扬州万福大桥建设对大型闸坝泄洪影响初探

王骏秋王成李江艳（江苏省江都水利工程管理处 扬州 225200）

扬州万福大桥建设对大型闸坝泄洪影响初探

王骏秋王成李江艳
（江苏省江都水利工程管理处 扬州 225200）

万福大桥建设完工后，为精确掌握过闸流量的状况，使用走航式ADCP（声学多普勒流量流速剖面仪）测流仪器，对万福闸不同流态、工况的流量进行了测验，计算出多组流量测点，与历年的资料对比分析检验，判断是否沿用往年的水位流量关系推求现在的过闸流量。

万福大桥 流态 对比分析 定线

1　工程状况

万福闸位于江苏省扬州市广陵区泰安镇，在凤凰河、新河、壁虎河三河的汇合处，下游连接廖家沟，属大型水闸，Ⅱ级建筑物，是淮河入江水道归江控制的主要排洪水利工程。该闸共65孔，每孔净宽6.0m，总净宽390m，闸底高程-2.00m，设计流量8270m3/s，占淮河入江流量的65%。工程的主要作用是泄洪、引潮、补水等。该闸自1962年建成以来，共下泄淮河洪水8300多亿m3，尤其在1972年、1991年、2003年3次排泄特大洪水的过程中发挥了巨大的工程效益，为淮河中下游地区社会经济发展做出了重要贡献。

2012年11月，扬州市根据城市发展规划，开始打造江广融合区，建设“七河八岛”项目，在广陵区新万福路新建地标级交通、景观工程——万福大桥。大桥位于万福闸以南（下游）240m处，跨越廖家沟，桥体巨大的桥墩和入水钢栏对万福闸泄洪水流有阻流影响，桥上下游存在水位差，引起了测流断面的流速分布的变化。由于水力因素和出流条件的改变，根据水工建筑物测流规范的要求，需要对万福闸不同流态下的流量进行测验和分析。

2　历年定线过程分析

万福闸为宽顶平底闸，出流方式有堰流和孔流两种。堰流期间，畅流期下游水位受潮汐影响，高于堰顶，且无明显水跌落现象，故判定为淹没堰流。按照《水文资料整编规范》规定，平底闸淹没堰流采用编号3公式定线（式中：Q—流量，C2—流量系数，B—闸孔总宽，hl—下游水头，△Z—上、下游水位差），共收集2003~2014年开启堰流期间测得的85个测点，以hl和C2相关，绘制出相关因数测点图，图上点距非常散乱，未形成明显的点带。如若使用这些测点来定线，会产生较大的任意性，且在淹没堰流时，上下游水位差甚小，所定水位流量关系线不能拉开实测变幅，定线效果不理想。

经过实地勘测，测流断面设置在闸下185m，测验河段均匀顺直，水面比降接近河槽底坡，堰流期间水流稳定，与河道站推流条件相似。经多次试算和分析，最终采用实测落差法定线，落差为六闸（三）与该站上游水位之差，以Zu和Qc、△Z′和Q/Qc（其中：△Z′—六闸三水位与闸上水位之差，Qc—比例流量）两组相关，绘制出流量关系曲线，得到的幂函数方程和Q/Qc=△Z0.84效果较好，水位流量关系线通过了三种检验。

万福闸开启孔流期间，闸下出现淹没水跃，水跃前端接触闸门，闸下水头大于闸门开启高度，判别为淹没孔流。历年淹没孔流采用堰闸流量系数法定线，以△Z/e与M2相关，采用编号6公式来率定水位流量关系线。万福闸孔流采用了1973年、1975年和1979年这三年期间的46个测点来合并定线推流，水位流量关系持续稳定。1979年，经江苏省水文水资源勘测局批准，万福闸孔流实行间测，隔4年校测一次。大桥开建前在2010年对关系线进行了校测，实测14个关系点，发现测点分布在关系线周围，点距良好，进行学生t检验，显著性水平α取0.05，通过公式计算出|t|=1.04＜t1-a/2=2.00，可判定原水位流量关系线仍可继续使用。

综上所述，通过长期的测验和分析，万福大桥开建之前，万福闸在堰流和孔流两种流态下水位流量关系一直比较稳定。

3　大桥完工后新测点定线分析

2015年4月，万福大桥桥体合拢，9月开始通车。汛期开闸泄洪期间，水文站严格控制测验精度，使用瑞智牌走航式声学多普勒流量流速剖面仪，加装专用三体船，在不同流态、不同工况下，对过闸流量进行多次测验，计算出33组有效的流量数据。

3.1淹没堰流

共实测23组流量数据，采用实测落差法将新测点点绘在往年的水位流量关系曲线上，跟往年测点比较，已不属于同一系列，趋势走向明显不同。万福大桥的建设，对万福闸淹堰出流产生一定的影响。往年的水位流量关系曲线已经不适合当前的流量推求。

《水文资料整编规范》规定当实测流量不少于10次，且测点均匀分布，控制实测水力因素变幅不少于80%时，可用当年测点单独率定水位流量关系曲线推求流量。对大桥完工后测得的23个测点进行单独计算分析，绘制出流量关系曲线（如图1、图2），发现曲线光滑平顺，满足在2015年度堰流时期高、中、低水位时的流量推求要求，即所有测点都均匀分布于关系线的两侧，且在相关因素变幅内均匀分布成带状，并能控制相关因素全部变幅的87.6%（实测变幅1.91m，年际变幅2.18m），所有的测点偏离关系线的误差均符合综合定线的允许误差（中上部为±8%下部为±10%），最大误差为-7.6%。

图1　　万福闸Zu~Q关系曲线图

图2　　万福闸△Z~Q关系曲线图

图3　　万福闸水位~流量关系曲线图

根据水文规范要求，新定的水位流量关系线需要做三种检验：

（1）符号检验，检验所定流量系数关系线两侧测点数目分配的合理性。在23个测次中，有11个测点偏正、12个测点偏负，故确定k=11。经过计算，当α采用0.25时满足μ=0＜μ1-α/2=1.15的合理判定条件，判定此关系曲线合理，成功通过了符号检验（其中：k—正号或负号个数，α—显著性水平，μ—统计量，μ1-α/2—临界值）。

（2）适线检验，按水力因素递增次序，检验实测点偏离曲线正负符号的排列情况，借以检查定线有无明显系统偏差。在适线检验中，将万福闸闸上水位按从低到高的顺序排列，从第二点开始统计偏移正负符号变换，变换符号记1，否则记0，统计出其变换符号次数为15，变换符号次数多于不变符号次数，则免作此项检验，适线检验通过。

（3）偏离数值检验，检验测点偏离关系线的平均偏离值（即平均相对误差）的合理性。在进行偏离数值检验中，利用公式分别计算出sp值、t值，当α采用0.20时，|t|=0.63＜t1-α/2=1.33，认为新定线合理，接受偏离数值检验（其中：sp—标准差，t—统计量，t1-α/2—临界值）。

稳定的水位流量曲线，均应计算关系点对关系线的标准差和随机不确定度，根据公式计算出万福闸淹没堰流测点Se=2.4%、P=-0.3%、Xq=4.8%，精度指标达到一类精度水文站（其中：Se—标准差，P—系统误差，Xq—随机不确定数）。

通过三种检验，此次在万福大桥建成以后，采用实测落差法率定的新流量关系曲线可以作为万福闸淹没堰流推流关系曲线。

3.2淹没孔流

万福闸开启孔流时，水文站测得10组有效的流量数据，采用闸坝流量系数法，建立△Z/e与M2之间的关系。将新的测点绘制在往年的关系曲线上发现（如图3，图中△标志为2015年测点），测点左右均匀分布在关系曲线的两侧，上线吻合度良好，无明显系统偏差，△Z/e大于0.28时，流量系数M2稳定在3.45。对新测点做学生t检验，按照公式计算出|t|=1.03，在显著性水平α取0.05时，|t|

3.3结论

万福大桥的建设对万福闸的下泄流量产生了一定的影响。

当流态为淹没堰流时，闸孔全部开启，下泄流量较未建设大桥时偏小，往年水位流量关系曲线的结点和推流公式已经不再适应当前的水文测报、水利工程建设，需要重新率定新的水位流量关系曲线来推求准确的流量。

当流态为淹没孔流时，根据本年测验结果分析得出，万福大桥对孔流的影响不太明显，可以继续使用往年的水位流量关系线进行推流、报讯及资料整编。

4　结语

万福闸作为淮河入江水道的主要控制口门，为排泄淮河洪水入江、引纳江水改善邵伯湖沿湖地带农田用水条件、控制扬州段京杭大运河水位改善通航、城市工业和生活用水条件发挥了巨大的作用。因此，万福闸准确可靠的引排流量数据是防洪减灾、工程管理运用、区域水量平衡计算及水文情报供水的重要依据。

万福大桥的完工对万福闸的过闸流量产生了一定的影响，往年的水位流量关系曲线已经不再满足当前的推流精度。针对万福闸淹没堰流和淹没孔流两种流态下的流量，采用先进的测验仪器测定出准确有效的流量数据，经过计算、比较、分析和检验，判定两种流态下往年的水位流量关系曲线是否能继续使用，率定出受大桥阻流影响下新的淹没堰流水位流量关系曲线。新关系曲线在2015年度江都水利工程管理处全处水文资料审查中获得审查人员的一致认可，并顺利通过省水文局在无锡举办的水文资料复审。

当然，在淹没孔流测验期间，受工程调度的影响，万福闸闸门的开启孔数和开启高度的频繁变动，导致测验时机较少、测流期间无用的数据较多。虽然这次测点数量和精度满足了水文测验规范的要求，但此次是万福大桥完工后的第一次分析和率定，缺乏长期的代表性和稳定性■