刘家道口节制闸泄流曲线研究

李 蔚，郝学宁，王保申

（临沂水文水资源勘测局，山东 临沂 276001）

刘家道口枢纽工程于2005年12月开工，2008年5月主体工程基本完成。刘家道口水文站有闸上水尺（闸前204 m处）水位，在“09721”洪水后，刘家道口水文站在闸前105 m处设立一个闸前水位观测固定点，并进行水位比测，自此后刘家道口水文站即按固定点处闸前水位进行报汛。有关工程指标值见表1。

表1 沂河刘家道口节制闸工程指标表

1 泄流计算公式

1.1 堰流公式

根据《水工建筑物测流规范》SL20—1992及刘家道口节制闸工程指标，推算出该闸淹没堰流公式为：

式中：σ为堰流经验淹没系数，0≤σ≤1，σ=1时为自由堰流；H为闸上实测水头，m；Q为过闸流量，m3/s。

1.2 孔流公式

根据刘家道口节制闸工程指标，推算出其自由孔流公式（不受李庄闸回水影响）为：

以淹没孔流为主（受李庄闸回水影响）的刘家道口节制闸淹没孔流公式为：

式中：e为闸门开高，m；H 为闸上总水头，m；ΔZ为闸上下游水位差，m；Q为过闸流量，m3/s。

2 刘家道口闸泄流能力计算

2.1 堰流计算

选用2008—2010年间ADCP及流速仪实测流量数据进行计算,用来对泄流曲线进行率定。实测流量见表2。

当现状闸上水尺 （闸前204 m）水 位≥56.00 m时，用公式(1)计算出自由堰流流量，按《水工建筑物测流规范》SL20—1992第34页 “表4.2.4淹没系数（σ）值表”查出淹没系数，二者相乘即得实际过闸流量。

当现状闸上水尺水位＜56.00 m时，可直接查读依据ADCP实测流量率定的淹没堰流关系线。

根据实测数据利用公式(1)计算过程见表2。

刘家道口节制闸固定点闸上水位和现状水位计算的实测流量见表3。由表3可以看出：1）无论是按现状闸上水位进行计算还是按固定点闸上水位进行计算，考虑行近流速计算的过闸流量明显偏大。2）在闸下水位保持不变的情况下，按固定点闸上水位计算的过闸流量较采用现状闸上水位计算的过闸流量要小。

表2 不考虑行近流速计算过程表

表3 刘家道口节制闸实测流量计算表

2.2 孔流计算

刘家道口节制闸有多个时间为闸门控泄，流态为淹没孔流。依据公式(3)计算的流量过程见表4。

由表4可以看出，考虑行近流速计算的过闸流量比不计行近流速计算的过闸流量略偏小。由于采用(3)式计算，当闸门开启高度、上下游水头差一定时，总水头与流量成反比。

采用公式(2)计算结果见表5。从表5可见，由于受到李庄闸回水影响，相对误差过大。淹没孔流采用式(3)进行计算，采用不计行近流速计算的过闸流量推算过程略。

3 率定采用的刘家道口节制闸泄流曲线

3.1 堰流泄流曲线

不再考虑行近流速水头影响，直接采用闸前实测水头进行计算。堰流泄流曲线见图1。由图1可以看出：堰流状态时，当现状闸上水尺水位超过56.00 m时，计算的实际过闸流量与ADCP实测值基本一致，说明此时的闸上水尺水位具有代表性。当现状闸上水尺水位低于56.00 m时，计算的过闸流量与ADCP实测值存有偏差，且水位越低差别越大，说明此时的现状闸上水尺水位代表性不足。

表4 刘家道口节制闸淹没孔流计算表

表5 刘家道口节制闸不受李庄闸回水影响孔流计算过程表

3.2 孔流泄流曲线

亦不考虑行近流速水头影响，直接采用闸前实测水头进行计算。自由孔流泄流曲线见图2。

4 结论

1）刘家道口节制闸对过闸水流具有一定的阻水作用。现状闸下游水位亦经常受到李庄拦河闸回水影响。最后采用受李庄闸回水影响的公式计算淹没孔流。

2）本次即便是按固定点闸上水位进行计算，推求的过闸流量仍然比ADCP实测值要大。同时说明，在堰流情况下，现状闸上水位代表性不足。3）考虑行近流速水头计算的过闸流量偏大，最后采用不考虑行近流速水头影响，直接采用闸前实测水头进行计算。4）泄流曲线修订也是一个动态过程。随着实测流量资料的积累，刘家道口节制闸泄流曲线将更加完善。