陆浑灌区渠首闸分水计算方法研究

齐润利，韩明海，费海宇，李学军

（河南省陆浑水库管理局，河南 洛阳 471003）

1 水库和灌区基情

陆浑水库位于黄河二级支流伊河中游的嵩县境内，坝址坐落于河南省洛阳市嵩县陆浑镇陆浑村西南的峡谷中，陆浑峡谷古称陆浑关，故陆浑水库因此得名。水库总库容13.20 亿m3，是一座以防洪为主，结合灌溉、发电、城市供水和旅游等综合利用的大（1）型水利枢纽工程，同时亦是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。

陆浑灌区位于伏牛山北麓，嵩山、熊耳山谷地，跨黄河、淮河两个流域。灌区西从陆浑水库饮水，东至荥阳的汜水河、南到汝河北岸、北达伊洛河南岸。灌区于1970年2月开始动工兴建，规划总控制灌溉面积12万hm2，其中新发展灌溉面积8.93万hm2，改善灌溉面积3.07万hm2，设计保证率78%；整个灌区规划工程包括总干渠、东一干渠、东二干渠、西干渠、滩渠五条干渠，总长377 km，渠系建筑物1 100多座。灌区覆盖（县）市有：嵩县、伊川县、汝阳县、偃师区、巩义市、荥阳市、汝州市，惠及沿渠广袤地域的42个乡镇、470个行政村151万人口。

2 灌区渠首段基情

灌区渠首段蜿蜒盘绕在右坝肩山腰，系陆浑灌区总干渠（全长44.40 km）的起始部分，位于水库溢洪道和输水洞之间，处于水库工程管理范围内，日常运行维护由水库管理处负责。渠首段上部连接灌溉洞工作门出口消力池和灌溉洞电站尾水出口，渠道原为浆砌石护砌，2004年陆浑水库除险加固工程期间，将该段全部采用150 mm厚钢筋混凝土衬砌加固，不仅解决了渠首段严重的渗漏问题，同时改善和优化了渠道糙率、流速和流态。加固后渠首断面型式仍保留为梯形，底部宽13.50 m，上口宽度17.80 m，渠深4.30 m，渠底高程为292.34～292.49 m，设计输水流量为77 m3/s；渠首段总长度320.50 m，其中闸前弯曲段（K0+074.50～K0+235）长160.50 m，闸后至“东方红一号渡槽”直线段（K0+245～K0+395）长度为150 m，闸室段（K0+235～K0+245）长度10 m；在弯曲段和直线段衔接部位分别设置2孔节制闸和2孔退水闸，整体称谓渠首闸，其主要功能是分配节制渠道水位、流量和紧急情况下渠道快速退水，并兼顾在水库遭遇百年一遇洪水时按照批复的汛期调度运用计划，灌溉洞参加泄洪向伊河主河道泄水的重要任务，故渠首闸在水库兴利调度和防洪调度方面作用极为重要。

3 渠首闸分水计算方法

3.1 后汛期预泄调度过程

2017 年9 月25 日至10 月6 日，伊河流域出现“华西秋雨”天气，水库上游栾川、嵩县县域普降中到大雨，平均降雨量33.10 mm，虽以稳定性降水为主但持续时间较长，最大入库流量达428 m3/s，坝前水位由314.08 m快速涨至317.46 m，11 d上涨3.38 m，涨幅为30.70 cm/d。依据黄河防总办批准的陆浑水库汛期调度运用计划，由于正值后汛期（9月1日～10月31日），要求不得超限运行，必须控制坝前水位不得超过317.50 m。基于此，陆浑水库防汛指挥部办公室组织技术人员，经综合会商和研判后期雨水情及未来一周天气情况后，报经黄河防总办同意和省防办批准，决定采用开启坝后2座电站6台机组，以最大发电流量（55 m3/s）预泄水腾库容的措施降低坝前水位。

2017年10月6日10时，水库坝前水位超过317.50 m，陆浑水库防汛指挥部办公室电话应急请示黄河防总办和省防办，输水洞电站3台机组率先开机满负荷发电泄水；18时预泄水请示公文传至黄河防总办和省防办；10月7日10时，省防办明传电报批复陆防办预泄水请示，同意输水洞、灌溉洞电站全部开机满负荷发电预泄扩容；10月7日15时，经与国网嵩县供电公司电力调度中心商议，灌溉洞电站3 台机组全开满负荷发电泄水。至此，陆浑水库首次实现自2015年完成电站机组“增效扩容”后6台机组全开满负荷发电。

3.2 弃用分水计算方法

3.2.1 渠首闸位置特性

陆浑灌区渠首节制闸和退水闸居于水库大坝右坝肩下游300 m处，两闸呈“＜”型单体布设但紧密相连，互相配合，两闸总宽均为15 m（包括中墩），每闸设两孔，闸孔净宽均为6.70 m。根据稳定、构造和运用需要，节制闸设计为胸墙式，闸室长度为10 m；泄洪闸设计为敞开式，闸室长度为8 m（下接泄洪陡槽），四扇闸门均采用2-6.70 m×5 m 钢质平板闸门和2×15 t 固定式卷扬启闭机启闭。

陆浑灌区渠首闸系灌区总干渠起始控制的最高点，闸室位置基本处于灌溉洞电站和东方红一号渡槽两类水工建筑物的中间部位，且位于曲线段和直线段衔接部位，位置十分独特，属兴利除弊的上乘设计。曲线段中心半径115 m，圆心角80 度，灌溉洞发电尾水水流中间线与退水闸泄流中心线夹角为165.49 度，接近180 度平直方向，这样设计有利于灌溉洞参与泄洪时畅泄；直线段节制闸水流中线与闸前曲线段水流中线夹角为145.27度，这样设计的利好在于可有效抑制或延缓渠道流速，降低冲蚀便于施测，且有利于渠道长时间、大流量、低流速安全输水。

3.2.2 渠首闸分水计算

陆浑灌区总干渠（含渠首闸）于1970年2月开工兴建，查阅有关文献资料，仅退水闸西孔有闸门开度计算公式，而东孔则没有。根据经验，正常情况下，节制闸与退水闸闸门全部开启，灌溉洞电站发电尾水流经两个闸门，节制闸过流约1/3，退水闸过流约为2/3，由于当时操作规范尚不健全，在实际调度执行过程中，仅使用退水闸西孔控制渠道流量，此种单孔运行方式对闸室结构受力平衡不利，且存在较大误差。

2017年10月7日17时37分，水库防汛值班接上级调度指令，下游电厂需补水，要求渠道内保持10 m3/s 输水，其余全部退入河道。根据渠首退水闸特性，调度技术人员经综合会商，决定采用“全开节制闸，控制退水闸”的方案实施分水。在分水调度计算中，退水闸门开度是关键重点，退水闸门开度最终确定采取“双扇闸门开启，东孔参照西孔”的计算方案。如下10月7日调度计算实例：

根据《陆浑水库调度规程》（2020版）第五章：发电调度、发电流量计算办法、退水闸泄流计算办法之规定，按下列公式计算：①灌溉洞电站尾流：Q总=（有功负荷+600）（/库水位-292.70-渠道水深）/9.80=（5000+2*600）（/317.7-292.7-2.7）/9.80=28.30 m3/s；②渠道输水流量10 m3/s，则退水闸Q退=Q总-Q干渠=18.30 m3/s；③因发电尾水多于灌溉输水量，渠道不需太多流量，故开启退水闸门进行分流，在节制闸全开，东孔退水闸全关时，则退水闸西孔泄流公式为：Q退=Q总-Q干渠=4.355e，其中e为闸门开度，采用试算法假设开度计算流量，然后与要求流量比对，计算结果最接近的值对应的e即为闸门开度。

假设e=0.50 m,试算反推退水闸西孔Q退=7.90 m3/s，东孔参照西孔，Q总退=15.80 m3/s；假设e=0.60 m,试算反推退水闸西孔Q退=9.00 m3/s，东孔参照西孔，Q总退=18.00 m3/s。

根据上述计算结果，采取“双扇闸门开启，东孔参照西孔”的原则，退水闸东孔、西孔同时开启0.60 m退水，经陆浑水文站10月8日上午实测，渠道（东方红渡槽标准断面）实际输水流量为8.60 m3/s，实际退入河道（陆浑三断面）流量19.50 m3/s。

4 结语

上述计算办法和调度方案偏于保守和安全，输水误差在15%左右，本次补水3 d，时间短、流量小，水量损失相对不大；对于长时间、大流量输水，则水量损失、运行成本将成倍增加，这是不经济、不划算的。分析原因，退水闸东、西孔位置特性不同，若以退水闸控制渠道流量，两孔开度相同，则总退水流量会较大，输水流量会减小。下一步，以上述原则和计算办法为前提，通过多次开度测试和实测比对，得出东、西孔闸门同时开启时开度的比例和修正系数，做出科学、合理和精准的分水计算方案。