淮涟灌区三干闸报汛推流率定分析

李毅，陈啸宇，李迪睿

（1.江苏省淮沭新河管理处，江苏 淮安 223001；2.江苏师范大学，江苏 徐州 221116）

1 引言

江苏省淮安市淮连灌区位于准沭河以东，北六塘河以南，盐河以北，西张河以西，北与宿迁市沭阳县、连云港市灌南县接壤，东和涟水县涟西灌区毗邻[1]。2019年建设了淮涟智慧灌区平台（以下简称GMS），实现了灌区各主要控制闸的视频监视、数据监测、远程调度、实时运行[2]等信息化管理，但尚未确定三干闸是否满足水文报汛站的报汛推流需求。针对此种情况，2021年淮涟灌区管理处组织开展了流量测验，并进行三干闸水位流量关系曲线定线及精度率定。在此基础上，本文主要研究三干闸流量曲线率定及精度分析。

2 工程简介

淮涟灌区三干闸位于淮安市淮阴区刘老庄街东首三干渠桩号13+500处，建于1971年4月，2010年改建，为3级水工建筑物，抗震设防烈度7度，设计流量40.5 m3/s。闸室为开敞式平底板结构，共3孔，单孔净宽3.5 m。闸室底板顶面高程6.8 m，底板顺水流方向长11.0 m、垂直水流方向长[3]13.7 m。闸底板厚0.7 m、中墩厚0.9 m、边墩厚0.7 m，闸墩顶高程12.0 m。胸墙布置在工作闸门下游，与闸墩固支连接，采用等厚度板式结构，厚0.25 m。胸墙顶部高程与闸墩顶部高程相同为12.0 m，底部高程9.77 m。胸墙底部下游一侧做成圆弧形，圆弧半径25 cm。现浇混凝土工作桥，工作桥上设启闭机房，启闭机房地面高程16.2 m。检修便桥为现浇混凝土板桥，桥面宽度1.2 m，桥面高程12.0 m。现浇混凝土板交通桥，桥面宽5.0+2×0.25 m，桥面高程12.0 m。上游翼墙为圆弧形接直线形重力式浆砌石挡土墙，下游翼墙为直线形接圆弧形重力式浆砌石挡土墙，上、下游翼墙圆弧段半径均为4.0 m。上游翼墙顶高程12.0～11.5 m，收缩角12°，墙身前缘与上游护坦平齐；下游翼墙顶高程10.0 m，扩散角10°，墙身前缘与下游消力池平齐。上、下游第二节翼墙底板均坐落在回填土上，采用水泥土回填，水泥含量12%。下游消力池采用钢筋混凝土结构，总长10.0 m，深0.5 m，斜坡段坡比1∶4，厚度0.4 m。消力池后半段4.5 m长设反滤层及冒水孔，呈梅花形布置。消力池后接20.0 m浆砌石海漫，坡比1∶20。海墁末端设置防冲槽，底宽3.0 m，顶宽8.0 m，深1.5 m，顶高程5.8 m。上游设8.0 m长的混凝土铺盖和10.0 m长浆砌石护底。上游引渠渠底高程6.8 m，堤顶高程12.0 m，渠底宽16.0 m，边坡1∶2.5。下游引渠渠底高程6.8 m，渠底宽26.0 m，边坡1∶3.0。上游护坡、护底长度均为10 m，下游护坡至防冲槽末端。防冲槽长10 m，底高程5.8～6.8 m，按坡比1∶10与下游渠道连接。

3 水位流量关系曲线定线方法及率定

3.1 定线概况

基于中华人民共和国水利行业标准《水文资料整编规范》（SL/T 247-2020）有关堰闸、涵管、隧洞流量系数计算公式选用表，结合本闸站下多次实测流量成果，使用堰闸水工建筑物流量推求方法，经过多种相关因素解析，最终采用堰闸过水平均流速法定线，其关系最稳定、相关因素推算最便捷。

3.2 水位流量关系曲线定线推流率定

基于三干闸节制闸淹没式孔流流态下的总计18个有效流量测次，本研究涵盖了三干闸闸门开高0.20～1.70 m的多个工况、上下游水位差0.22～1.68 m的多种水情。以三干闸闸孔处平均流速V为横坐标，以上下游水位差ΔZ为纵坐标，点绘相关散点如图1所示，并以此实测流量及选定的相关因素为节点，率定符合实测资料正负偏大致均等的流量系数趋势线，即符合三干闸水流特性的水位流量关系曲线。

图1 淮涟灌区三干闸水位流量关系曲线

根据率定的水位流量关系曲线，对最终节点进行解析评判，本站水位流量关系曲线为单一关系曲线。

根据本次三干闸水位流量关系曲线定线成果，三干闸流量推求公式为：

式中：Q为流量（m3/s）；A为过水面积（m2）；K为开孔数（个）；G为单孔开高（m）；V为闸孔处平均流速（m/s）。

三干闸流量既可以由三干闸水位流量关系曲线根据上下游水位差ΔZ查图可得，也可以由三干闸水位流量关系曲线的节点进行直线插补求得。

三干闸率定系数线标准差计算公式为：

式中：Vi为每个测次的流速（m/s）；Vci为平均流速（m/s）；n为测点（个）。

经计算，该闸率定系数线标准差为4.8%，其随机不确定度为0.048×2=9.6%。

按照《水文资料整编规程》（SL247-2012）对堰闸水位流量关系曲线定线精度的有关规定，三干闸率定系数线标准差为4.8%＜5%，其随机不确定度为9.6%＜10%，故本次率定的水位流量关系曲线符合一类精度水文站的标准。

3.3 符号检验

本次定线有效测点共18测次（点），测点偏离曲线的正、负号[4]个数分别为9、9次，符号检验统计量计算公式为：

式中：k为异号个数（个）；其余变量含义同上。

经计算，符号检验统计量为-0.236。根据符号检验定理，取显著性水平a为0.25，统计量u查表为1.15。由于本次三干闸符号检验统计量u＜u1-a/2=0.236＜1.15，所以认为本次定线合理，通过符号检验。

3.4 适线检验

按照三干闸18个实测流量测次中下游水位递升排序，通过检验其实测点偏离曲线的正负号的排列情况进行比对解析。

适线检验统计量计算公式为：

经计算，适线检验统计量为0。根据适线检验定理，取显著性水平a为0.10，统计量u1-a查表为1.64。由于本次三干闸适线检验统计量u=0＜u1-a=1.64，所以认为本次定线合理，通过适线检验。

3.5 偏离数值检验

根据偏离数值定义，测点平均相对偏离值计算公式为：

式中：Pi为测点值；其余变量含义同上。

经计算，测点平均相对偏离值为0.006 571 981。

统计量t的计算公式为：

经计算，统计量t为0.611。

取显著性水平a为0.10，即置信水平达90%的临界值，根据总测次位于18个测点情况，经查临界值表格插补t1-a/2≈1.74。

根据偏离数值检验原理，由于本次三干闸偏离数值检验统计量||t＜t1-a/2，所以认为本次定线合理，通过偏离数值检验。

3.6 水位流量关系曲线推流节点

三干闸水位流量关系曲线推流节点，详见表1。

表1 水位流量关系曲线推流节点

4 结语

本文研究了淮涟灌区三干闸水位流量关系曲线定线及精度率定，通过堰闸水位流量关系的3种检验证明定线合理，其流量定线精度符合一类精度水文站[4]标准，其测点标准差为4.8%满足了三干闸作为水文报汛站的流量报汛需求，为淮安智慧水利进一步优化提供了有效的第一手数据。