小河新闸闸孔淹没出流流量计算方法研究

仲兆林 邵春楼 夏玉林

（1.江苏省水文水资源勘测局常州分局，江苏 常州 213001；2.常州市长江堤防工程管理处，江苏 常州 213001）

长江常州段长约18 km，其中，大型口门4 个，小型口门2 个。小河新闸为沿江大型口门之一，位于新孟河上游，距入江口约8.5 km，于1959年建成，同年设立小河新闸水文站。本闸属于感潮闸坝，为平底闸，有5 孔，其中，中孔为航孔（9 m×8.4 m），两侧各有边孔2 个（9 m×8.4 m），闸门开启受潮水因素的影响。对于平底板水闸，一般认为：当闸孔开度与堰上水头的比值e/H1≤0.65 时为闸孔出流（e为闸门开启高度、H1为上游水深）；当e/H1>0.65 时为堰流。在多年的实际运行中，为确保船只通航安全和最大引水量，e/H1基本都大于0.65，属于堰流。堰流又分自由堰流和淹没堰流，笔者就小河新闸堰流流量在一潮推流法的基础上运用堰闸公式计算方法的可行性进行探讨。

1 感潮闸孔淹没出流界限

在常州沿江感潮河道上都建有闸门控制，魏村枢纽等还建有翻水站。在闸门控制的河道，孔流与堰流也可以相互转化，水流状态主要随闸门开启和上下游水位变化而变化。闸孔淹没出流的判别条件为：下游水深H2大于水跃跃后水深hc，且闸孔被淹没；对于收缩断面水深hc大于临界水深hk的闸孔淹没流，其下游水深与逆向落差之差H2-ΔZ 应大于闸孔开度e。闸孔淹没出流示意图见图1。

自由堰流e/H1>0.65，H/h≤0.8

淹没堰流e/H1>0.65，H/h>0.8

2 淹没堰流计算方法分析

由于堰闸类型多样，所以流量计算的公式也很多，最常见的是采用“一潮推流法”计算，计算公式为：Q=a×h22.5×ΔZ0.5）b，其除了要考虑下游开闸水位及水位差外，还需率定出a、b两个参数。

笔者主要讨论平底闸淹没流态时的流量计算，计算公式为：

式中:

C—淹没堰流系数；

B—堰闸宽度；

h2—下游开闸水位；

ΔZ—下游最高水位与开闸水位之差。

在式（1）中，主要是淹没堰流系数C 难求，在国内常采用一些经验公式和查表法求得，但是像公式C=受到适用范围0.05≤e/H1≤0.6 的限制，查表法受到e/H1≤0.65的限制，在e/H1>0.65 时均不能适用。

笔者考虑在感潮闸坝站一潮推流法的基础上，运用已有流量成果反推堰闸流量计算公式的淹没流量系数，从而建立淹没流量系数与下游开闸水位的关系。

3 淹没堰流系数计算成果分析

对2011～2012年小河新闸水文站共40 次实测潮量成果进行分析计算，根据实测平均流量计算实测淹没流量系数，然后点绘下游开闸水位与实测淹没流量系数关系图，见图2。通过分析试算，确定下游开闸水位与淹没流量系数的关系为：

对定线公式进行成果计算见表1，其中，误差在±8%内的36 次，占总测次的90%，基本满足规范≥90%的要求。

图1 闸孔淹没出流示意图

表1 小河新闸淹没流量系数计算成果表

图2 下游开闸水位与淹没流量系数关系图

根据一潮推流法分别推求小河新闸2011年和2012年的引水量分别为2.48 亿m3和4.20 亿m3。采用堰闸公式推求小河新闸这两年的引水量分别为2.46 亿m3和4.16 亿m3，两者推求引水量值较为接近，堰闸公式计算水量相对略小（约为99%），说明新率定的堰闸淹没流量系数较为合理。

4 结语

通过对小河新闸实测水文资料的计算分析可见，淹没流态时，堰闸公式对小河新闸的流量计算是实用可行的，而且堰闸公式需要率定的参数要比一潮推流法少，减少了部分工作量，率定成功后，在区域工况不变的条件下，较为稳定。江苏沿江小口门较多，而且大部分口门都不设站控制，在这种情况下，运用堰闸公式，只要研究率定出闸门的流量系数，就可以推求过闸的流量和水量。