岗南水库二坝调节池水位～泄量曲线率定分析

张砚芳

（河北省岗南水库管理局，石家庄 050410）

1 概况

岗南水库位于滹沱河中游，是海河流域内的一座大（Ⅰ）型水利枢纽工程，水库总库容17.04亿m3，控制流域面积1.59万km2，其地理位置和作用十分重要。

水库工程于1958年3月动工兴建，1959年开始拦洪，历经初建、续建、扩建加固及除险加固等，防洪标准达到万年一遇。水库枢纽建筑物主要由主坝、副坝、第一溢洪道、第二溢洪道、泄洪洞、输水洞、电站及二坝调节池等部分组成［1］。

2 二坝调节池概况

二坝调节池修建于1960年，坝体为粘土斜墙坝，坝前铺盖长100m，坝长350m，顶宽5.0m，坝顶高程：左侧148.29m，右侧149.40m，坝顶上铺筑混凝土路面，上游坡型1∶2.75，铺反滤料砌石护坡至坝顶，下游坡型1∶2.5，初建时坝左侧建有2孔泄洪闸，右侧建有7孔泄洪闸，两侧共计9孔泄洪闸，每孔宽4m，堰顶高程143m。

水库续建后在右侧原有7孔的基础上再增建2孔4m宽泄水闸，使泄水闸孔数增至11孔。其中，左侧仍为原有2孔不变，右侧变为9孔。

3 泄量曲线计算修正原因

改建加固前，二坝调节池闸门启闭形式为左侧2孔1机，右侧7孔2机，闸门不能以任意开度启闭，只能以1.3，1.8m和全开的3种开度来开启闸门，因此，运用的二坝调节池泄量曲线分别为单孔2条 （1.3m开度线和1.8m开度线），以及9孔全开泄量曲线。

改建加固后，二坝调节池闸门启闭形式发生了很大变化，每孔闸门均可以任意开度开启，单孔闸门可以以相应的泄量下泄，因此现运用的泄量曲线已经不能满足闸门启闭的查询需要，后经有关调度人员多方查找，只在有关技术档案中找到了初建时7孔全开泄量曲线的计算过程以及1983年整理的一份有关调节池泄量曲线的复印件，初建时单孔泄量曲线的计算过程及所用计算公式并没有找到，1983年整理的调节池泄量曲线绘制完整，但其有关详细计算数据及所用计算公式已无从查找，因此重新计算并绘制调节池泄量曲线对于管理运用十分必要。

4 计算分析

4.1 堰型确定

如图1所示，经计算比较可知：泄水闸孔堰顶厚度在0.67H<δ<2.5H范围内（H为堰顶水头），因此可以确定调节池泄水闸的底槛为实用堰，同时可以查出其为曲线型实用堰。查初建时调节池7孔全开泄量的计算过程也可以得知堰型为曲线型实用堰，其设计定型标明为梯形顶角修圆曲线型堰，而在泄量计算中采用克—奥型堰的计算公式［2］。

图1 堰型确定

4.2 出流分析

由闸门启闭泄流过程可知：闸门提起初始时，出流为闸孔出流，当闸门开度e逐渐增大到一定程度时，闸门底边缘与堰顶水面脱离，水流逐渐变为堰流；相反，在堰流情况下，当闸门关闭到一定开度时，闸门底边缘接触水面，约束了过堰水流，此时水流逐渐转变为闸孔出流。查《水力学计算手册》可知：闸底坎为曲线型堰时，当e/H≤0.75时水流为闸孔出流；当e/H>0.75时水流为堰流 （e为开度，H为堰上水头）。由于调节池设计最高水位为148m，相对于堰底高程143m的最大水头为5m，而闸门开度可由0逐渐提高到5m，因此，当水位一定时，在二坝调节池开启闸门的泄流过程中既存在闸孔出流，又存在堰流。

4.3 公式选用

由出流分析分析可知，调节池泄流过程中既存在闸孔出流，又存在堰流，因此在泄量计算中应该分别选用计算公式［3］。

4.3.1 堰流计算公式

4.3.1.1 流量公式确定查《水力计算手册》可知：

式中 σ1为侧收缩系数；σ2为淹没系数；m为自由溢流的流量系数；n为闸门孔数；b为每孔净宽；H0为包括行近流速的堰前水头。

在这次的“葛兰素史克事件”中，内部人员的举报才使得商业贿赂的丑闻被揭开。这在一定程度上也反映出相关政府部门的不作为，存在监管上的漏洞。一些地方政府对商业贿赂的危害性认识不够，认为是商品交易中的潜规则，是一种正常的商业习惯。更有甚者认为查处商业贿赂会影响当地的投资环境，不利于当地财政的创收。正是由于这种想法的存在，导致他们对企业的商业行为不进行监管，对于违法的商业行为不去查处，睁一只眼闭一只眼，放任了商业贿赂的肆意发展。

4.3.1.2 侧收缩系数σ1的确定

式中 b为每孔的净宽；H0为包括行近流速的堰前水头；ζ0为闸墩形状系数，取0.7；ζk为边墩形状系数，取 0.57。

4.3.1.3 淹没系数σ2的确定

经分析可知：调节池提闸泄流时，水跃发生位置较远，下游水位对过堰流量不构成影响，因此，计算时淹没系数σ2可以按σ2=1处理。

公式（2）从《水力计算手册》中查出，经比对发现与初建时计算全开泄量所用公式相同。

由于行近水头比较小，可忽略不计，因此本次计算中用H代替H0，取相应的水头进行计算。

在调节池的初建、续建、及运行维护中底坎堰型均未发生变化，故本次计算中，有关堰流部分计算的流量系数m仍然选用初建计算时的数据，取0.48。

4.3.2 闸孔出流计算公式

由于在原始资料中未能找到有关调节池泄量闸孔出流部分的计算公式和过程，因此在本次计算中，有关闸孔出流部分的计算公式均由《水力计算手册》中查出。

4.3.2.1 闸孔出流流量计算基本公式（根据《水力计算手册》）

式中 σs为淹没系数；μ0为闸孔自由出流的流量系数；e为闸门开启高度；n为闸门孔数；b为闸门净宽；H0为堰前全水头。

4.3.2.1 淹没系数σ1的确定

和堰流计算相同：调节池提闸泄流时，水跃发生位置较远，下游水位对过堰流量不构成影响，计算时淹没系数σ1仍然按σ1=1处理。另外，在实际泄流过程中，由于行近水头比较小，可忽略不计，因此本次计算中用H代替H0。

4.3.2.3 流量系数μ0的确定（根据《水力计算手册》）

5 计算及结果比较分析

5.1 堰流部分的数据结果分析

有关堰流部分的数据分别用了初建时的计算公式和修正后的计算公式进行计算，发现两个结果略有差距，经分析得知，出现差距的原因是对侧收缩系数的修正造成的：原计算中，式（2）中H0的取值为平均水头（3m）；而修正计算时，式（2）中 H0的取值为泄流时相应水头，因此两个计算结果出现一点差距。

虽然两个计算结果的差距不大，基本可以忽略不计，但分析可以得知：在原始计算中，只有水头接近平均水头（3m）时，计算结果才更接近真实的数据，而当水头与平均水头相差较大时，计算结果则有一定差距。而在修正计算中，H0的取值为相应水头，计算结果显然更接近真实数据，因此泄量曲线的绘制应该选用修正计算中的数据结果。

5.2 闸孔出流部分的数据结果分析

由于在原始资料中未能发现闸孔出流部分的计算结果数据，因此计算中闸孔出流部分的计算结果只能与1983年泄量曲线 （已无计算公式与数据）做查询对比，结果发现所查数据与本次计算数据基本一致 （开度在3.5m以上时略有差距），由此可以推断：有关闸孔出流部分的计算，1983年泄量曲线与本次计算所使用的公式完全一样。

在开度达到3.5m以上时，1983年泄量曲线中查出的数据与本次计算数据略有差距，经分析得出：曲线中查出的数据和用堰流计算公式（式1）计算的计算结果完全一致，由此可以推断1983年泄量曲线中有关调节池单孔泄量数据在开度大于等于3.5m时是用堰流公式计算的，而此时，随水位的增加，仍有e/H≤0.75情况出现，因此计算时应该用闸孔出流的计算式（3），这是本次修正计算与原曲线所查询数据出现差距的原因。

6 实际校验结果

岗南二坝调节池泄量曲线的计算及修正是为了满足改建加固后泄量查询的需要，其数值均为通过水力学公式计算的理论数据。为了对本次计算结果进行校验，在春季向黄壁庄水库输水过程中，由二坝调节池南堤泄洪闸出流的部分流量，引用修正后的《二坝调节池单孔泄量曲线》根据不同输水流量查询闸门启闭开度，得出计算流量。输水过程中，在下游水流较稳定的河道内进行实际测量校验，应用修正后曲线查询流量与实际测量结果对比，如表1所示。

表1 拟定曲线后计算流量与实际测量结果对比

7 结语

通过表1对二坝调节池水位在输水过程中的对比分析可以看出，修正后理论泄流量与实际泄流量差值最大不超过1.2m3/s，且实测值与计算值相差不超过2%。根据以上分析结果可以看出此次泄量曲线的修订计算结果与实测结果差值不大，在以后实际运用过程中，可以作为向下游输水时的管理与调度的依据。

［1］张波子.岗南水库防汛抢险应急预案［R］.2012.

［2］林继镛.水工建筑物［M］.北京：中国水利水电出版社，2009.

［3］李炜.水力学计算手册（第二版）［K］.北京：中国水利水电出版社，2006.

［4］郑文康，刘翰湘.水力学［M］.北京：中国水利水电出版社，2004.