芒稻閘在潮汐影響下水位流量定線方法探討

王駿秋 李江艷 王成

【摘要】芒稻閘下游受潮汐影響，一般都是用流量系數(shù)法。但是，該方法基于水力學的能量方程式，主要考慮水流的位置高度，壓強和流速這三個水力因素，未考慮潮汐引力的影響，用這種方法定線推流誤差較大。受潮汐影響的堰閘用堰閘過水平均流速法定線比較合理。

【關(guān)鍵詞】潮汐；堰閘；定線；能量方程式；流量系數(shù)法；平均流速法

一、工程及水文設(shè)施簡介

芒稻閘位于揚州市江都區(qū)引江橋西的芒稻河上，既是江都水利樞紐配套工程，也是淮河入江水道的控制工程之一，于1964年9月開工建設(shè)，1965年7月竣工。該閘共7孔，每孔凈寬10.0m，總寬70.0m，閘底高程-1.00m，設(shè)計流量830m3/s，工程主要作用是：排洪、蓄水和調(diào)節(jié)水位。

芒稻閘水文站1966年1月設(shè)立，觀測項目有水位、流量，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備：水位觀測為上、下游島式水位自記臺各一座，均配備自記水位計和遙測水位計。流量測驗使用轉(zhuǎn)子式流速儀或聲學多普勒剖面儀。閘下游為潮位站，常年受潮汐影響。

二、定線分析

在以往的實踐中，芒稻閘一般都是用流量系數(shù)法，當受潮汐影響的堰閘流量時，我們認為，這不盡合理。

潮汐是由于太陽和月亮引力的作用使海水呈周期漲落的自然現(xiàn)象。受潮汐影響河道的水位、流速、流量等都隨時間變化，而漲落轉(zhuǎn)變時期的流向改變和流速分布的變化更加復雜，再加上高低潮的交替出現(xiàn)，朔望潮的周期變化，可以說，受潮汐影響河道的水文要素每時每刻都在變化。

芒稻閘為平底節(jié)制閘，關(guān)閘時，閘下受潮汐影響，閘上不受潮汐影響；開閘時閘上、閘下受洪水和潮汐的共同影響，這時，如果用堰閘流量系數(shù)法率定流量曲線，有以下問題：

1、雖然是堰閘，但是，用堰閘流量系數(shù)法定線的條件不完全具備。堰閘流量系數(shù)法是基于水力學的能量方程式，即伯努利方程式，它反映了恒定流中沿流各點的位置高度，壓強和流速這三個水力要素之間的變化規(guī)律。無論是孔流流量系數(shù) 、還是堰流流量系數(shù) 都要求堰閘的上下游不受變動回水的影響，水流的流向是單一不變的。而我們現(xiàn)在討論的情況不是這樣，開閘期間，閘上下游要受洪水和潮水的共同影響，即除要考慮水流的位置高度，壓強和流速這三個水力因素外，還要考慮引力的影響，而堰閘流量系數(shù)法沒有考慮這一因數(shù)。（M2-流量系數(shù)，Q-實測流，B-開，e-開高，△Z-水位差，σ-淹沒系數(shù)，C1、C2-流量系數(shù)，σ-淹沒系數(shù)，hu-閘上水頭，hl-閘下水頭）

2、相關(guān)因數(shù)的代表性不強。堰閘站流量定線的相關(guān)因數(shù)一般都選用e、ΔZ、hl、hu等的不同組合，在一定的工況（某一開啟高度e）下，相關(guān)因數(shù)（ΔZ、hl、hu等）跟排水量的多少密切相關(guān)，相關(guān)系數(shù)越大代表性越強。而在我們的問題中，除了e是人為控制外，其它因子（ΔZ、hl、hu等）都受排水量和潮汐的共同影響。

受潮汐影響的堰閘流量用堰閘過水平均流速法比較合理。

可能有人說，不管用什么方法定線，都要受潮汐影響，這改變不了，這話是對的，但是，方法不同影響的性質(zhì)不同。

用堰閘過水平均流速法定線V=Q/Be，即過閘平均流速等于過閘流量與閘孔過水面積的比值。盡管不同潮期、不同潮型、不同潮流對排水流量的影響不同，即同一個相關(guān)因數(shù)（ΔZ、hl、ΔZ/hu等）的流量不同，但那只是誤差，而計算公式V=Q/Be在這些情況下都是成立的，也就是說，該公式的適用條件一直存在。在我們實際工作中，可以用不同潮期、不同潮型、不同潮流的測點合并定線推流，把潮汐的影響綜合考慮，以減少誤差。（V-過閘平均流速B-閘門寬度）

收集了芒稻閘加固改造后淹沒孔流測點，用堰閘流量系數(shù)法定線點據(jù)非常散亂，也未形成明顯的點帶，有很大的任意性（圖1），而用堰閘過水平均流速法定線，點據(jù)比較集中，有明顯的點帶，定線效果較好（圖2）；

將堰閘過水平均流速發(fā)關(guān)系線做符號檢驗、適線檢驗和偏離值檢驗，統(tǒng)計量均符合最大臨界值，可見芒稻閘淹沒孔流所定曲線合理通過。

綜上所述，芒稻閘在開啟淹沒孔流泄洪時，受潮汐影響較大，從相關(guān)因數(shù)的代表性、定線的合理性和推流的正確性來考慮，適合用堰閘過水平均流速法來定線推流；堰流時，由于流量較大，潮汐的影響相對較弱，堰閘過水平均流速法也是首選的方法之一。用堰閘流量系數(shù)法定線，必需嚴格界定流態(tài)，因為，不同流態(tài)流量系數(shù)的計算公式不一樣。一般水力學書上是用閘門相對開度e/hu判別流態(tài)的，其實，各閘的情況不一樣，即使同一座堰閘，由于水力因數(shù)的變化造成流態(tài)的變化，其相對開度也不是固定不變的，所以，準確地界定孔、堰流是件很復雜的工作。用堰閘過水平均流速法定線，省卻了這項工作，因為，不同流態(tài)過閘平均流速的計算公式都是一樣的。

受潮汐影響的堰閘流量定線方法很多，不過，無論用什么方法定線，首先，要考慮該方法是否符合本站特性；同時，要注意定線測點的分布是否合理，用于定線的測點是否有代表性；再者，要分析用該曲線推出的流量是否符合實際情況，以及該曲線與不同流態(tài)的曲線的銜接是否正確，一定要杜絕定線與推流脫節(jié)、缺乏一致性的現(xiàn)象發(fā)生。

三、結(jié)語

芒稻閘為大型排洪節(jié)制閘，在排泄淮河洪水入江、配合江都抽水站排里下河澇水入江以及蓄水保水調(diào)節(jié)大運河通航水位等方面發(fā)揮了巨大的工程效益，精確可靠的流量數(shù)據(jù)是芒稻閘工程調(diào)度的依據(jù)，因此必須選擇合理的水位流量關(guān)系線來推求準確的過閘流量，通過多次的測驗和分析，認為在潮汐影響下，堰閘過水平均流速法適合率定本閘的水位流量關(guān)系線。

參考文獻：

[1]中華人民共和國水利部水文司，水工建筑物測流（M），中國科學技術(shù)出版社，1994

[2]水利部水文司，水文資料整編規(guī)范（M），水利水電出版社，1999

[3]清華大學水力學教研組，水力學〔M〕，人民教育出版社，1981

[4]姚建棟，二河閘豐水期淹沒式堰流水位流量關(guān)系初探（J）水文，水利水電出版，2012

[5]江都水利工程管理處編委會，江都水利工程樞紐志（M），河海大學出版社，2013

作者簡介：王駿秋，男，（1978.09—），江蘇揚州人，畢業(yè)于河海大學，本科，工程師，研究方向：水文水資源。