田關閘自由堰流流量系數率定分析

龔波濤 楊愛華

1、綜合說明

1.1 概述

田關閘是四湖流域上區用于防汛抗旱兩用涵閘，是控制荊門、荊州、潛江經長湖調蓄后匯入田關河的來水，及引入東荊河進行灌溉。工程的永久性建筑結構形成了水流穩定可靠的邊界條件，對研究閘孔出流條件，水力影響因素，分析和建立相關因素關系，運用水力學原理推求過閘流量，及區域內的水情測報和水文預報都有十分重要意義，同時對資源合理的有效配置和水量調度又有著準確的科學依據。因此，通過多年收集的流量資料對自由堰流進行如下分析。

1.2 田關閘基本概況及功能

田關閘位于潛江市境內，距市郊西11公里，東荊河右岸，田關河與東荊河交繪處，東經112°49′03〞，北緯30°23′48〞。田關閘原名為紅軍閘，“文革”后期更名為田關閘。紅軍閘（老閘）1960年建成，因閘基地質不當，操作不規范，導致閘身拱頂開裂，基礎下滑，嚴重威脅涵閘安全，1964年經省政府批準，廢除老閘，重建新閘（現閘）。1964年11月開基，于1965年5月使用。啟閉臺為堅井式，螺桿式啟閉機啟閉。原裝配手搖式啟閉機50噸、30噸各4臺。1980年將4臺30噸啟閉機更換為50噸，并全部改裝成手、電兩用啟閉機。

田關河為人工河道，于1958年10月開挖，為了引長湖水灌溉后湖、周磯等地的農田，同時也成為四湖上區的泄洪河道，田關閘的主在功能是在當時的水利大建設的背景下，逐步形成了對四湖地區的荊門、荊州、潛江部分面積共3240km2其900萬余畝糧田漬水由長湖調蓄后經田關河，田關閘排入東荊河；如遇干旱年份，田關閘可由東荊河引水供四湖中區的潛江、監利部分農田100萬余畝的灌溉抗旱。

1.3 田關水文站的基本情況及功能

田關水文站始建于1963年5月，為國家基本水文站，長江流域內荊河水系，站類精度為二類，與田關閘同處。老閘在新閘上320m處，老閘廢棄后，在新閘重新設立斷面。早期觀測項目有水位、流量、降水、蒸發，現今觀測項目為水位、流量、降水、土壤墑情及地下水、田關周邊區域水質監測。田關水文站的主要功能是監測田關河進出的水量；收集代表田關區域的降水量資料；收集當地的土壤含水量及地下水位資料；對田關河、東荊河進行水質監測等，為上級防汛機構提供防汛抗旱、實時水情、用水安全的決策依據。

1.4 水文氣象特征

潛江市屬亞熱帶季風氣候區，光照充足、熱量豐富、雨量充沛、四季分明雨熱同季。以田關水文站為代表，年平均氣溫為16.2℃，降水主要集中在4～9月，約占年降水量的70%左右，多年平均降雨量為1178mm，最大年降水量1616.1mm（1983年），最小年降水量737.8mm（1966年）。年均氣溫為15.9～16.2℃，極端最高氣溫達38℃，最低氣溫-16.5℃；田關河歷年最高水位為33.04m，最大瞬時流量為314 m3/s，最大年徑流量15.67×108 m3。

境內水量充沛，多年平均徑流深370mm，主要過境河流有漢江、東荊河，多年平均過境水量500.1億m3。因受季風影響，降水年際變化較大，時空分布不均，暴雨出現頻率較高，導致洪澇災害時有發生。境內主要為平原湖區，洪水與暴雨相應，持續時間長，影響范圍廣，易形成外洪內澇。

2、流量測驗的基本情況

2.1 測驗斷面

測驗斷面位于閘室上游170m處，斷面上游河段順直為U型河槽，2012年5月田關閘上斷面經重新整治，左岸為混凝土護坡，右岸為拋拋石，河床由砂壤土組成。2006年至2012年大斷面為原斷面，2013年至2014年為整治后的斷面。斷面河床穩定，無明顯沖淤變化；測驗斷面上游150m為廢棄老閘，對測驗斷面有阻流影響。距閘室下游150m內有護坡，河床有拋石，300m為東荊河，上下游河斷順直均無漫灘。

2.2 流量測次的控制

自由堰流以上游水頭作為相關因素，在水流關系穩定的前提下，每年從出現該流態開始施測，在此之后，一般hu變幅在0.25左右進行施測，必要時在相同相關因素下或變幅小于0.25時進行施測。

2.3 流量測驗的方法

采用流速儀法與水工建筑物法相結合。即通過對過水斷面采用流速儀進行流理的測驗，再選擇合適的水力學公式來反推流量系數，通過長期的流量測驗對各種流態的系數進行收集，當積累到期一定數量時，再對同流態的系數進行綜合分析，進行流量系數的綜合率定。

3、流態的判別

3.1 堰孔流態界定

堰流與孔流的是以閘門是否出水來進行界定的。一般閘門提出水面為堰流，出流為堰頂控制，取27.08m計算閘上水頭（hu）；閘門不出水為孔流，出流為閘底控制取26.45m計算閘上水頭。對于通過閘上水頭計算，出現閘門介于提出水面或不出水時的臨界狀態時，通過多年實測資料分析及堰孔流理論判別值，當e/hu≥0.65且e≥hl（閘下水頭）為堰流，反之為孔流。

4、公式的選用與關系曲線的建立

4.1 公式的選用

根據《水文資料整編規范》（SL247-2012）。田關閘自由堰流采用堰閘流量系數計算公式，即：Q=C1×B×hu3/2

4.2 關系曲線的建立

本次率定由堰采用2006～2014年資料進行分析，均滿足《水工建筑物與堰槽測流規范》（SL537-2011）第3.3.1條規定。實測流量資料為56次，實測最高相關因素3.95，最低相關因素0.78，根據《水文資料整編規范》（SL247-2012）3.4.2，本次率定采用2014年8測次的流量資料進行校核。

5、結論

由于該站水工建筑物穩定，多年水力因素關系無顯著變化，按照《水文巡測規范》（SL195-97）2.2.5.7和2.3.5的規定，則該站自由堰流相關因素hu在0.70～4.00范圍內流量可以間測。