多水头下单位闸门开度与平均流量分析应用

张文斌

（安徽省蚌埠闸工程管理处，安徽 蚌埠 233000）

随着沿淮城市的发展和农业灌溉面积的增加，水资源日益紧缺，在灌溉保粮食安全和放水保生态流量的新要求、新形势下，为提高水资源利用率，以蚌埠闸上下游水位差在2.5～7.0m 的天数，分别以0.5m 间隔区间进行单位闸门开度（1m）与平均流量统计分析，通过科学精准调度，取得了良好效果。

1 工程概况

蚌埠闸枢纽工程位于淮河中游安徽省蚌埠市，闸上流域面积12.1 万km2，工程始建于1958 年年底，1962 年基本竣工，历经近60 年的不断建设与完善，目前已形成由28 孔节制闸、12 孔节制闸、双线船闸、水电站、分洪道、3.37km 堤防组成的大型枢纽工程。工程设计洪水标准为百年一遇，设计流量12030m3/s，设计灌溉面积884 万亩，具有防洪、蓄水灌溉、航运、发电、城市供水等综合效益。

2 分析思路

2.1 现状需求

蚌埠闸水利枢纽为淮河干流安徽段最后一个拦河工程，调度的重要性不言而喻，但蚌埠闸至临淮岗洪水控制工程区间槽蓄容量小，可调控水量不足，尤其是抗旱及用水紧张期时，既要确保城乡供水安全，又要保证生态流量达标泄放，调度精准化难度较大。以往蚌埠闸主要根据闸上水位变化趋势凭经验调度，水文分析计算能力有限，造成调度较为被动且不够科学精准，动闸频次较高，因此需要对历史水文资料进行分析总结，确定闸门在不同水头区间内的泄流量，以减少闸门启闭次数，为水资源的充分利用奠定基础。

2.2 资料来源

本研究所用资料为2012—2022 年蚌埠水文水资源局公布的蚌埠闸每日8 时水文信息，包含蚌埠闸上下游水位、闸门开启孔数、闸门开度、水电站开机台数、吴家渡流量等详细数据。考虑到在实际运用过程中，因抗旱保水需要，在蚌埠闸上下游水位差较大且下游水位较低期间，由于泄流量较小引起的流量偏差较大的天数，本文进行了剔除，未纳入统计。

2.3 分析方法

因蚌埠闸40 孔节制闸联合运用时不易划分单闸各自泄水流量，本次分析采用区间分析法，按照28孔节制闸和12 孔节制闸单独运行进行统计，在计算过程中以吴家渡总流量为基础，相应核减水电站发电尾水流量、船闸通航流量和市政排放流量。上下游水位差在0～2.5m 时仅发生在主汛期，水量充沛，精准控制要求不高，仅需对水位差在2.5～7.0m 的天数分别以0.5m 间隔区间进行统计分析（蚌埠闸历史最大水位差为7.07m），能更加科学合理调度闸门启闭，有效利用水资源。

3 平均流量分析

蚌埠闸28 孔节制闸为浅孔闸，12 孔节制闸为深孔闸，根据多年日常控制运用实际，12 孔闸较28孔闸调度运用次数偏多，相对来说其统计分析的单位闸门开度平均流量更为精确。

3.1 12 孔闸平均流量分析

12 孔闸闸身全长141.7m，每孔净宽10m，底板高程9.132m，设计流量3410m3/s，弧形钢闸门，卷扬式启闭机。2012—2022 年在单独运行期间，累计统计有效天数1165 天，水位差按0.5m 间隔区间分9 组进行统计分析，在各水头下根据实际统计时间分析计算得出闸门开度为1m 时的平均流量，具体分析结果见表1。

表1 12 孔闸各水头下单位闸门开度与平均流量分析结果表

3.2 28 孔闸平均流量分析

28 孔闸闸身全长336m，每孔净宽10m，堰顶高程12.0m，底板高程10.2m，设计流量8620m3/s，弧形钢闸门，卷扬式启闭机。2012—2022 年在单独运行期间，累计统计有效天数232 天，水位差按0.5m间隔区间分9 组进行统计分析，在各水头下，根据实际统计时间分析计算得出闸门开度为1m 时的平均流量，具体分析结果见表2。

表2 28 孔闸各水头下单位闸门开度与平均流量分析结果表

3.3 两闸平均流量对比

根据表1、表2 分析结果，绘制12 孔闸与28孔闸单位开度平均流量对比图（见图1），可以看出在相同水头区间内，12 孔闸单位闸门开度平均流量要比28 孔闸单位闸门开度平均流量稍大，统计分析结果符合水闸孔流流量计算公式特征并与现场实际情况较为吻合，可以判定统计分析数据合理有效。

图1 12 孔闸与28 孔闸单位开度平均流量对比图

4 成果运用

以单独调度12 孔闸为例，根据上级主管部门要求，闸上水位应在规定时间内控制在某一特定水位，此时需要开闸泄水。设定当前上下游水位差为4.6m，通过蚌埠闸水位库容关系曲线图推算出需下泄流量400m3/s，由表1 可知，该水头下单位闸门开度平均流量为87.1m3/s，算得闸门需增加开度值为400÷87.1 ≈4.6m，遵照闸门操作规程，每次开启高度不大于0.5m，故单孔闸门开度需增加4.6÷12 ≈0.4m，调度人员可以按照12 孔×0.4m 下达调度命令。同理，如单独调度28 孔闸，假设此时仍需下泄流量400m3/s，由表2 可知，该水头下单位闸门开度平均流量为79.6m3/s，算得闸门需增加开度值为400÷9.6 ≈5.0m，调度人员可以按照10 孔×0.5m 下达调度命令。减少流量分别以此类推。两闸联合运用时，可根据流量分配参考表1、表2 分析结果分别计算闸门开度。

本文通过运用以上分析结果，并经2023 年实际控制运用检验，达到了预期效果。2021 年全年闸门累计启闭3168 台次，其中1—9 月累计启闭2252 台次；2022 年因夏秋连旱蓄水保水需要，闸门启闭次数较少，不考虑对比；截至2023 年9 月底，闸门累计启闭1996 台次，同期闸门启闭台次比2021 年减少11.4%，成果运用取得了实效。

5 结语

随着水资源的愈发紧缺，蚌埠闸作为安徽省淮河干流大型水利枢纽工程，一方面要保水蓄水，一方面又要泄放生态流量。如何在两者之间找到平衡点，十分考验蚌埠闸的调度水平。通过以上分析并经实践检验，基本上解决了这一问题，能更好地为当前及今后一段时期蚌埠闸科学合理调度提供技术支撑，同时为大中型水闸调度提供相关经验参考■