荆山湖进洪闸行洪期推流问题解析

■吕俊士 ■安徽省茨淮新河工程管理局，安徽 蚌埠 233400

1 工程概况

荆山湖进洪闸位于淮河干流淮南田家庵以下，蚌埠市怀远县常坟镇境内(荆山湖行洪区上口门)，始建于2004年2月，2007年4月完工并正式投入运行。本闸属于大(2)型水闸，设计流量为3500 m3/s，其主要建筑物为2级，堤防级别为3级。荆山湖进洪闸共31孔，单孔净宽为10 m，总净宽310 m，闸门高8.0 m，水闸底槛高程为17.5 m，防洪校核水位为24.75 m，防洪设计水位24.25 m。当湖内水位达24.0 m时，相应的库容4.6 m3亿。

依据荆山湖进洪闸行蓄洪期运行操作规程规定，过闸流量不应超过设计流量，引起下游冲刷;泄流水跃必须保证在任何情况下均发生在消力池内，确保建筑物安全。因此，只有及时分析、判断闸孔出流流态，准确测算分洪流量，才能确保荆山湖进洪闸行洪安全。

2 流态判别程序及方法

荆山湖进洪闸为开敞式平底设计，闸孔出流可分为孔流及堰流。影响闸孔出流的主要水力要素:闸门开启高度e;上游水头h上;下游水头h下;上下游水位差 z等。当闸孔出流时，流态可按以下程序分析判别。见进洪闸闸孔出流流态判别流程图。

2.1 孔流及堰流判别

当进洪闸闸孔出流为孔流时，流态判别见式(1)。

式中:e—— 单孔闸门开启高度，m;

h上——进洪闸上游水头，m;h上=上游水位H上-闸底高程17.50 m;

反之，为堰流。

2.2 自由式及淹没式流态判别

依据水力学理论，当下游收缩断面水头与上游水头之比小于或等于0.80时，闸孔出流均为自由式;反之，闸孔出流均为淹没式。由于下游收缩断面水位不易观测，通常在实际生产中，以下游水位H下代替。自由式流态判别见式(2)。

式中:H下——湖内消力池水位，m;h下=H下-17.50;

反之，为淹没式流态。

3 推流公式选择

判别出闸孔出流流态类型之后，正确选择相应堰闸流量公式是推流报汛工作的关键。根据荆山湖进洪闸设计、运行操作规程及水工试验等成果资料分析，本闸分洪期闸孔出流流态以自由式孔流为主，淹没式孔流为辅。

3.1 自由式孔流

推流可采用公式(3)。

式(3)中:q自孔—— 单孔闸门分洪流量，m3/s;

b—— 单孔闸门净宽，m;

e、h上——同式(1)、(2);

μ—— 自由式孔流流量系数;

流量系数μ值确定方法:通过堰闸在不同水力要素条件下进行大量流量测验并进行堰闸流量系数率定，建立e/h～μ关系线而得。但是，由于本闸无实测流量资料，因此，参考并借用进洪闸水工试验数据资料是处理现行测洪报汛工作唯一有效途径。经试验数据分析，f(μ)函数关系见式(4)。

3.2 淹没式孔流

式(5)中:

q淹孔—— 自由式孔流流量，m3/s;

q自孔—— 淹没式孔流流量，m3/s;

σ——淹没孔流系数，通过实测流量率定而得。经验取值0.92～0.98。

4 推流及验证

依据上述流态判别方法，正确选用相应流态的流量公式是推流成果合理性的关键。现根据荆山湖进洪闸运行操作规程，验证在行洪期设计不同水力要素条件下的堰闸推流过程，见表1。

由表1可知:设计不同闸上水位、闸下水位及不同闸门开启高度情况下，进洪闸推流成果(分洪流量)均控制在同等水力条件下的设计允许最大分洪流量之内，说明该成果具有较强的合理性。在目前没有实测流量资料的情况下，该成果作为应急报汛手段之一，具有重要的参考价值。

表1 进洪闸在行洪期设计不同水力条件下的堰闸(孔流)推流过程计算表

闸上水位(H上)闸下水位(H下)相应闸门开度(e)设计允许最大分洪流量孔流推流过程孔流判别 自由式孔流 淹没式孔流 自由孔流经验系数分洪流量17.5 0.3 700 0.05 0.00 0.59 596 17.5 0.5 1100 0.08 0.00 0.58 983 23.518 1 2100 0.17 0.08 0.57 1913 19 1.3 2500 0.22 0.25 0.56 2447 19.5 1.6 3000 0.27 0.33 0.55 2962 20 1.9 3500 0.32 0.42 0.54 3458 17.5 0.3 700 0.05 0.00 0.59 570 17.5 0.5 1100 0.09 0.00 0.58 939 2318 1 2100 0.18 0.09 0.57 1823 19 1.3 2500 0.24 0.27 0.56 2328 19.5 1.7 3000 0.31 0.36 0.54 2970 20 2.0 3500 0.38 0.45 0.53 3429

5 几点建议

(1)建议分洪期加强流量测验工作，及时进行流量系数率定，验证并修订流量系数关系线以满足防洪报汛精度要求。

(2)进洪闸分洪期应注意观察上、下游流态有无折冲水流、回流、漩涡等现象;下游河床和岸坡有无冲、淤现象。如有上述不良流态及下游冲、淤现象，应及时调整闸门开度，以改善其流态。

［1］吴中贻主编.水力学及水文测验.黄河水利出版社.

［2］水文资料整编规范(SL247-2012).中国水利水电出版社.

［3］荆山湖进洪闸水工模型试验报告