溢洪道泄量动态函数库在岸堤水库的应用

袁德泉，夏茂林，李文华

（临沂市岸堤水库管理处，山东 临沂 276217）

岸堤水库位于泰沂山南区、蒙山北麓，控制流域面积1 690 km2。根据初步设计，岸堤水库溢洪闸为宽顶堰，单孔净宽13 m，共10孔，堰顶高程（闸底板）164.50 m；溢流坝5孔，单孔净宽10 m，堰顶高程177.45 m，闸前明渠长690 m。溢洪道的泄量，水面线推求成为泄量计算的难点。为简化计算过程，岸堤水库溢洪道推求水面线时，仅按照断面形状拟定了4个断面，分别为0+76.5、0+237、0+651和0+690，并设闸前断面0+76.5的总水头H0为闸前水头。

1 泄量计算和水面线推求

闸前具有引水明渠的溢洪道泄量计算，较为实用可行的方法依然是试算法。最为便捷的算法是通过假定闸前水头H0，依据闸门的堰流或孔口出流公式，在特定闸门开启信息的制约下计算泄量值，再依据该泄量数据推求对应水面线，获取库水位值；按照已知库水位和推求库水位的差值，采用逐步逼近法，通过逐步调整闸前水头H0赋值，最终获取特定库水位和闸门开启信息下的流量真值。通过这种递归循环运算，可快速逼近对应的泄量真值。

构建计算机溢洪道泄量动态函数库时，泄量计算过程和水面线推求过程，与岸堤水库溢洪道基础数据实行的是分体设计，这有利于动态函数库在其他水库上的推广应用和普及。

1.1 闸门泄量计算

式中：B为溢洪道净宽，m；H为堰顶水头，m；m为垂直收缩综合系数；n为闸门开启孔数；ξk为边墩形状系数；ξ0为中墩形状系数。

其中：流量系数与闸墩结构等因素有关。

岸堤水库溢洪道流量系数：

孔流堰流的临界点判断，没有采用传统的e/H0值作为判定标准，而是按照绝对条件予以判定。即对于特定库水位和闸门开启信息，堰流泄量等于孔流泄量时的堰上水头H0值才是绝对临界点。这样虽然增加了计算量，但理论上更合理。

1.2 渠明水面线的推求

明渠水面线的推求，是依据明渠的断面形状和长度，逐段推求水面线参数。溢洪道闸前明渠水面线需逐个断面依次推求。计算公式采用《水文调查规范》（SL196-97）附录C天然河道水面曲线计算公式：

式中：Zu、ZL为上下游断面水位，m；VU、VL为上下游断面平均流速，m/s；KU、KL为上下游断面流量模数，m3/s；α为断面扩散系数；L为上下游间距，m。

第二断面列方程：H0＝H＋V2/2g

联立以上两个非线性方程求解，即可完成水面线推求。求解过程采用试算法完成。

2 参数选定和试算过程

2.1 泄量动态函数库的参数选定

岸堤水库溢洪道明渠段断面形状采用初步设计的梯形断面，边坡为1∶1.5，糙率取0.055；溢洪闸按宽顶堰计算，流量系数取0.43，中墩系数取0.45，边墩系数取0.70，溢流坝流量系数取0.42，其他同溢洪闸参数。

实际进行泄量计算和水面线推求时，在小流量状态时，因沿程损失较小，直接采用了内插算法，设库水位为堰上水头H0，计算泄量和推求库水位数据，最后依据库水位的实际数据和推求数据，内插计算相应泄量和水面线，这样可以在不影响计算精度的前提下简化计算，提高运算速度。

2.2 溢洪道泄量试算流程

1）已知库水位h和闸门启闭信息逆水流推求泄量 Q；2）拟定闸前水头 H0；3）依据闸前水头H0利用堰流或孔流公式计算闸门泄量Q；4）依据闸前水头H0和闸门泄量Q逐段推求断面参数（H0、H、A、K等）；5）最末断面总水头H0即为库水位的推求值；6）依据库水位推求值和已知数据偏差调整拟定闸前水头H0的值循环试算，逼近真值。

3 成果分析和结论

岸堤水库溢洪道水面线推求成果表见表1。

表1 岸堤水库溢洪道水面线推求成果表（部分成果展示）

表1中列出了几个特定参数时，岸堤水库溢洪道泄量计算动态图函数库的水面线计算成果，现将这些计算结果与岸堤水库除险加固工程初步设计成果比对如下：

岸堤水库除险加固初步设计批复，100年一遇洪水位是177.51 m，对应闸门全开泄量为8 938 m3/s（溢流坝顶高程为177.45 m，不包括溢流坝自流泄量）；对应条件下的动态函数库泄量计算数据为9 035.15 m3/s（包括溢流坝自流泄量）。函数库输出数据与初步设计数据基本吻合。

岸堤水库除险加固初步设计批复，10 000年一遇洪水位是180.33 m，对应闸门全开泄量为12 161 m3/s（不包括溢流坝自流泄量）；对应条件下的动态函数库泄量计算数据为12 291.53 m3/s（包括溢流坝自流泄量），其中溢流坝自由出流441.54 m3/s，溢洪闸泄量为11 849.99 m3/s。函数库输出数据与初步设计数据比较，误差为2.5%，这与溢洪道断面设置和闸前水头断面设置，以及其他参数的选定有密切关系。

通过对这些计算结果与初步设计比对，得出结论：岸堤水库溢洪道泄量函数库与岸堤水库除险加固工程初步设计成果基本吻合，动态库输出数据，完全可以满足水库防汛、日常管理和智慧水利、信息化等方面的工作要求。