溢洪道泄量動態函數庫在岸堤水庫的應用

袁德泉，夏茂林，李文華

（臨沂市岸堤水庫管理處，山東 臨沂 276217）

岸堤水庫位于泰沂山南區、蒙山北麓，控制流域面積1 690 km2。根據初步設計，岸堤水庫溢洪閘為寬頂堰，單孔凈寬13 m，共10孔，堰頂高程（閘底板）164.50 m；溢流壩5孔，單孔凈寬10 m，堰頂高程177.45 m，閘前明渠長690 m。溢洪道的泄量，水面線推求成為泄量計算的難點。為簡化計算過程，岸堤水庫溢洪道推求水面線時，僅按照斷面形狀擬定了4個斷面，分別為0+76.5、0+237、0+651和0+690，并設閘前斷面0+76.5的總水頭H0為閘前水頭。

1 泄量計算和水面線推求

閘前具有引水明渠的溢洪道泄量計算，較為實用可行的方法依然是試算法。最為便捷的算法是通過假定閘前水頭H0，依據閘門的堰流或孔口出流公式，在特定閘門開啟信息的制約下計算泄量值，再依據該泄量數據推求對應水面線，獲取庫水位值；按照已知庫水位和推求庫水位的差值，采用逐步逼近法，通過逐步調整閘前水頭H0賦值，最終獲取特定庫水位和閘門開啟信息下的流量真值。通過這種遞歸循環運算，可快速逼近對應的泄量真值。

構建計算機溢洪道泄量動態函數庫時，泄量計算過程和水面線推求過程，與岸堤水庫溢洪道基礎數據實行的是分體設計，這有利于動態函數庫在其他水庫上的推廣應用和普及。

1.1 閘門泄量計算

式中：B為溢洪道凈寬，m；H為堰頂水頭，m；m為垂直收縮綜合系數；n為閘門開啟孔數；ξk為邊墩形狀系數；ξ0為中墩形狀系數。

其中：流量系數與閘墩結構等因素有關。

岸堤水庫溢洪道流量系數：

孔流堰流的臨界點判斷，沒有采用傳統的e/H0值作為判定標準，而是按照絕對條件予以判定。即對于特定庫水位和閘門開啟信息，堰流泄量等于孔流泄量時的堰上水頭H0值才是絕對臨界點。這樣雖然增加了計算量，但理論上更合理。

1.2 渠明水面線的推求

明渠水面線的推求，是依據明渠的斷面形狀和長度，逐段推求水面線參數。溢洪道閘前明渠水面線需逐個斷面依次推求。計算公式采用《水文調查規范》（SL196-97）附錄C天然河道水面曲線計算公式：

式中：Zu、ZL為上下游斷面水位，m；VU、VL為上下游斷面平均流速，m/s；KU、KL為上下游斷面流量模數，m3/s；α為斷面擴散系數；L為上下游間距，m。

第二斷面列方程：H0＝H＋V2/2g

聯立以上兩個非線性方程求解，即可完成水面線推求。求解過程采用試算法完成。

2 參數選定和試算過程

2.1 泄量動態函數庫的參數選定

岸堤水庫溢洪道明渠段斷面形狀采用初步設計的梯形斷面，邊坡為1∶1.5，糙率取0.055；溢洪閘按寬頂堰計算，流量系數取0.43，中墩系數取0.45，邊墩系數取0.70，溢流壩流量系數取0.42，其他同溢洪閘參數。

實際進行泄量計算和水面線推求時，在小流量狀態時，因沿程損失較小，直接采用了內插算法，設庫水位為堰上水頭H0，計算泄量和推求庫水位數據，最后依據庫水位的實際數據和推求數據，內插計算相應泄量和水面線，這樣可以在不影響計算精度的前提下簡化計算，提高運算速度。

2.2 溢洪道泄量試算流程

1）已知庫水位h和閘門啟閉信息逆水流推求泄量 Q；2）擬定閘前水頭 H0；3）依據閘前水頭H0利用堰流或孔流公式計算閘門泄量Q；4）依據閘前水頭H0和閘門泄量Q逐段推求斷面參數（H0、H、A、K等）；5）最末斷面總水頭H0即為庫水位的推求值；6）依據庫水位推求值和已知數據偏差調整擬定閘前水頭H0的值循環試算，逼近真值。

3 成果分析和結論

岸堤水庫溢洪道水面線推求成果表見表1。

表1 岸堤水庫溢洪道水面線推求成果表（部分成果展示）

表1中列出了幾個特定參數時，岸堤水庫溢洪道泄量計算動態圖函數庫的水面線計算成果，現將這些計算結果與岸堤水庫除險加固工程初步設計成果比對如下：

岸堤水庫除險加固初步設計批復，100年一遇洪水位是177.51 m，對應閘門全開泄量為8 938 m3/s（溢流壩頂高程為177.45 m，不包括溢流壩自流泄量）；對應條件下的動態函數庫泄量計算數據為9 035.15 m3/s（包括溢流壩自流泄量）。函數庫輸出數據與初步設計數據基本吻合。

岸堤水庫除險加固初步設計批復，10 000年一遇洪水位是180.33 m，對應閘門全開泄量為12 161 m3/s（不包括溢流壩自流泄量）；對應條件下的動態函數庫泄量計算數據為12 291.53 m3/s（包括溢流壩自流泄量），其中溢流壩自由出流441.54 m3/s，溢洪閘泄量為11 849.99 m3/s。函數庫輸出數據與初步設計數據比較，誤差為2.5%，這與溢洪道斷面設置和閘前水頭斷面設置，以及其他參數的選定有密切關系。

通過對這些計算結果與初步設計比對，得出結論：岸堤水庫溢洪道泄量函數庫與岸堤水庫除險加固工程初步設計成果基本吻合，動態庫輸出數據，完全可以滿足水庫防汛、日常管理和智慧水利、信息化等方面的工作要求。