芒稻闸在潮汐影响下水位流量定线方法探讨

王骏秋 李江艳 王成

【摘要】芒稻闸下游受潮汐影响，一般都是用流量系数法。但是，该方法基于水力学的能量方程式，主要考虑水流的位置高度，压强和流速这三个水力因素，未考虑潮汐引力的影响，用这种方法定线推流误差较大。受潮汐影响的堰闸用堰闸过水平均流速法定线比较合理。

【关键词】潮汐；堰闸；定线；能量方程式；流量系数法；平均流速法

一、工程及水文设施简介

芒稻闸位于扬州市江都区引江桥西的芒稻河上，既是江都水利枢纽配套工程，也是淮河入江水道的控制工程之一，于1964年9月开工建设，1965年7月竣工。该闸共7孔，每孔净宽10.0m，总宽70.0m，闸底高程-1.00m，设计流量830m3/s，工程主要作用是：排洪、蓄水和调节水位。

芒稻闸水文站1966年1月设立，观测项目有水位、流量，现有基础设施设备：水位观测为上、下游岛式水位自记台各一座，均配备自记水位计和遥测水位计。流量测验使用转子式流速仪或声学多普勒剖面仪。闸下游为潮位站，常年受潮汐影响。

二、定线分析

在以往的实践中，芒稻闸一般都是用流量系数法，当受潮汐影响的堰闸流量时，我们认为，这不尽合理。

潮汐是由于太阳和月亮引力的作用使海水呈周期涨落的自然现象。受潮汐影响河道的水位、流速、流量等都随时间变化，而涨落转变时期的流向改变和流速分布的变化更加复杂，再加上高低潮的交替出现，朔望潮的周期变化，可以说，受潮汐影响河道的水文要素每时每刻都在变化。

芒稻闸为平底节制闸，关闸时，闸下受潮汐影响，闸上不受潮汐影响；开闸时闸上、閘下受洪水和潮汐的共同影响，这时，如果用堰闸流量系数法率定流量曲线，有以下问题：

1、虽然是堰闸，但是，用堰闸流量系数法定线的条件不完全具备。堰闸流量系数法是基于水力学的能量方程式，即伯努利方程式，它反映了恒定流中沿流各点的位置高度，压强和流速这三个水力要素之间的变化规律。无论是孔流流量系数 、还是堰流流量系数 都要求堰闸的上下游不受变动回水的影响，水流的流向是单一不变的。而我们现在讨论的情况不是这样，开闸期间，闸上下游要受洪水和潮水的共同影响，即除要考虑水流的位置高度，压强和流速这三个水力因素外，还要考虑引力的影响，而堰闸流量系数法没有考虑这一因数。（M2-流量系数，Q-实测流，B-开，e-开高，△Z-水位差，σ-淹没系数，C1、C2-流量系数，σ-淹没系数，hu-闸上水头，hl-闸下水头）

2、相关因数的代表性不强。堰闸站流量定线的相关因数一般都选用e、ΔZ、hl、hu等的不同组合，在一定的工况（某一开启高度e）下，相关因数（ΔZ、hl、hu等）跟排水量的多少密切相关，相关系数越大代表性越强。而在我们的问题中，除了e是人为控制外，其它因子（ΔZ、hl、hu等）都受排水量和潮汐的共同影响。

受潮汐影响的堰闸流量用堰闸过水平均流速法比较合理。

可能有人说，不管用什么方法定线，都要受潮汐影响，这改变不了，这话是对的，但是，方法不同影响的性质不同。

用堰闸过水平均流速法定线V=Q/Be，即过闸平均流速等于过闸流量与闸孔过水面积的比值。尽管不同潮期、不同潮型、不同潮流对排水流量的影响不同，即同一个相关因数（ΔZ、hl、ΔZ/hu等）的流量不同，但那只是误差，而计算公式V=Q/Be在这些情况下都是成立的，也就是说，该公式的适用条件一直存在。在我们实际工作中，可以用不同潮期、不同潮型、不同潮流的测点合并定线推流，把潮汐的影响综合考虑，以减少误差。（V-过闸平均流速B-闸门宽度）

收集了芒稻闸加固改造后淹没孔流测点，用堰闸流量系数法定线点据非常散乱，也未形成明显的点带，有很大的任意性（图1），而用堰闸过水平均流速法定线，点据比较集中，有明显的点带，定线效果较好（图2）；

将堰闸过水平均流速发关系线做符号检验、适线检验和偏离值检验，统计量均符合最大临界值，可见芒稻闸淹没孔流所定曲线合理通过。

综上所述，芒稻闸在开启淹没孔流泄洪时，受潮汐影响较大，从相关因数的代表性、定线的合理性和推流的正确性来考虑，适合用堰闸过水平均流速法来定线推流；堰流时，由于流量较大，潮汐的影响相对较弱，堰闸过水平均流速法也是首选的方法之一。用堰闸流量系数法定线，必需严格界定流态，因为，不同流态流量系数的计算公式不一样。一般水力学书上是用闸门相对开度e/hu判别流态的，其实，各闸的情况不一样，即使同一座堰闸，由于水力因数的变化造成流态的变化，其相对开度也不是固定不变的，所以，准确地界定孔、堰流是件很复杂的工作。用堰闸过水平均流速法定线，省却了这项工作，因为，不同流态过闸平均流速的计算公式都是一样的。

受潮汐影响的堰闸流量定线方法很多，不过，无论用什么方法定线，首先，要考虑该方法是否符合本站特性；同时，要注意定线测点的分布是否合理，用于定线的测点是否有代表性；再者，要分析用该曲线推出的流量是否符合实际情况，以及该曲线与不同流态的曲线的衔接是否正确，一定要杜绝定线与推流脱节、缺乏一致性的现象发生。

三、结语

芒稻闸为大型排洪节制闸，在排泄淮河洪水入江、配合江都抽水站排里下河涝水入江以及蓄水保水调节大运河通航水位等方面发挥了巨大的工程效益，精确可靠的流量数据是芒稻闸工程调度的依据，因此必须选择合理的水位流量关系线来推求准确的过闸流量，通过多次的测验和分析，认为在潮汐影响下，堰闸过水平均流速法适合率定本闸的水位流量关系线。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部水文司，水工建筑物测流（M），中国科学技术出版社，1994

[2]水利部水文司，水文资料整编规范（M），水利水电出版社，1999

[3]清华大学水力学教研组，水力学〔M〕，人民教育出版社，1981

[4]姚建栋，二河闸丰水期淹没式堰流水位流量关系初探（J）水文，水利水电出版，2012

[5]江都水利工程管理处编委会，江都水利工程枢纽志（M），河海大学出版社，2013

作者简介：王骏秋，男，（1978.09—），江苏扬州人，毕业于河海大学，本科，工程师，研究方向：水文水资源。