李毅，陳嘯宇，李迪睿

（1.江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223001；2.江蘇師范大學，江蘇 徐州 221116）

1 引言

江蘇省淮安市淮連灌區(qū)位于準沭河以東，北六塘河以南，鹽河以北，西張河以西，北與宿遷市沭陽縣、連云港市灌南縣接壤，東和漣水縣漣西灌區(qū)毗鄰[1]。2019年建設了淮漣智慧灌區(qū)平臺（以下簡稱GMS），實現(xiàn)了灌區(qū)各主要控制閘的視頻監(jiān)視、數(shù)據(jù)監(jiān)測、遠程調(diào)度、實時運行[2]等信息化管理，但尚未確定三干閘是否滿足水文報汛站的報汛推流需求。針對此種情況，2021年淮漣灌區(qū)管理處組織開展了流量測驗，并進行三干閘水位流量關(guān)系曲線定線及精度率定。在此基礎上，本文主要研究三干閘流量曲線率定及精度分析。

2 工程簡介

淮漣灌區(qū)三干閘位于淮安市淮陰區(qū)劉老莊街東首三干渠樁號13+500處，建于1971年4月，2010年改建，為3級水工建筑物，抗震設防烈度7度，設計流量40.5 m3/s。閘室為開敞式平底板結(jié)構(gòu)，共3孔，單孔凈寬3.5 m。閘室底板頂面高程6.8 m，底板順水流方向長11.0 m、垂直水流方向長[3]13.7 m。閘底板厚0.7 m、中墩厚0.9 m、邊墩厚0.7 m，閘墩頂高程12.0 m。胸墻布置在工作閘門下游，與閘墩固支連接，采用等厚度板式結(jié)構(gòu)，厚0.25 m。胸墻頂部高程與閘墩頂部高程相同為12.0 m，底部高程9.77 m。胸墻底部下游一側(cè)做成圓弧形，圓弧半徑25 cm。現(xiàn)澆混凝土工作橋，工作橋上設啟閉機房，啟閉機房地面高程16.2 m。檢修便橋為現(xiàn)澆混凝土板橋，橋面寬度1.2 m，橋面高程12.0 m?，F(xiàn)澆混凝土板交通橋，橋面寬5.0+2×0.25 m，橋面高程12.0 m。上游翼墻為圓弧形接直線形重力式漿砌石擋土墻，下游翼墻為直線形接圓弧形重力式漿砌石擋土墻，上、下游翼墻圓弧段半徑均為4.0 m。上游翼墻頂高程12.0～11.5 m，收縮角12°，墻身前緣與上游護坦平齊；下游翼墻頂高程10.0 m，擴散角10°，墻身前緣與下游消力池平齊。上、下游第二節(jié)翼墻底板均坐落在回填土上，采用水泥土回填，水泥含量12%。下游消力池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總長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長設反濾層及冒水孔，呈梅花形布置。消力池后接20.0 m漿砌石海漫，坡比1∶20。海墁末端設置防沖槽，底寬3.0 m，頂寬8.0 m，深1.5 m，頂高程5.8 m。上游設8.0 m長的混凝土鋪蓋和10.0 m長漿砌石護底。上游引渠渠底高程6.8 m，堤頂高程12.0 m，渠底寬16.0 m，邊坡1∶2.5。下游引渠渠底高程6.8 m，渠底寬26.0 m，邊坡1∶3.0。上游護坡、護底長度均為10 m，下游護坡至防沖槽末端。防沖槽長10 m，底高程5.8～6.8 m，按坡比1∶10與下游渠道連接。

3 水位流量關(guān)系曲線定線方法及率定

3.1 定線概況

基于中華人民共和國水利行業(yè)標準《水文資料整編規(guī)范》（SL/T 247-2020）有關(guān)堰閘、涵管、隧洞流量系數(shù)計算公式選用表，結(jié)合本閘站下多次實測流量成果，使用堰閘水工建筑物流量推求方法，經(jīng)過多種相關(guān)因素解析，最終采用堰閘過水平均流速法定線，其關(guān)系最穩(wěn)定、相關(guān)因素推算最便捷。

3.2 水位流量關(guān)系曲線定線推流率定

基于三干閘節(jié)制閘淹沒式孔流流態(tài)下的總計18個有效流量測次，本研究涵蓋了三干閘閘門開高0.20～1.70 m的多個工況、上下游水位差0.22～1.68 m的多種水情。以三干閘閘孔處平均流速V為橫坐標，以上下游水位差ΔZ為縱坐標，點繪相關(guān)散點如圖1所示，并以此實測流量及選定的相關(guān)因素為節(jié)點，率定符合實測資料正負偏大致均等的流量系數(shù)趨勢線，即符合三干閘水流特性的水位流量關(guān)系曲線。

圖1 淮漣灌區(qū)三干閘水位流量關(guān)系曲線

根據(jù)率定的水位流量關(guān)系曲線，對最終節(jié)點進行解析評判，本站水位流量關(guān)系曲線為單一關(guān)系曲線。

根據(jù)本次三干閘水位流量關(guān)系曲線定線成果，三干閘流量推求公式為：

式中：Q為流量（m3/s）；A為過水面積（m2）；K為開孔數(shù)（個）；G為單孔開高（m）；V為閘孔處平均流速（m/s）。

三干閘流量既可以由三干閘水位流量關(guān)系曲線根據(jù)上下游水位差ΔZ查圖可得，也可以由三干閘水位流量關(guān)系曲線的節(jié)點進行直線插補求得。

三干閘率定系數(shù)線標準差計算公式為：

式中：Vi為每個測次的流速（m/s）；Vci為平均流速（m/s）；n為測點（個）。

經(jīng)計算，該閘率定系數(shù)線標準差為4.8%，其隨機不確定度為0.048×2=9.6%。

按照《水文資料整編規(guī)程》（SL247-2012）對堰閘水位流量關(guān)系曲線定線精度的有關(guān)規(guī)定，三干閘率定系數(shù)線標準差為4.8%＜5%，其隨機不確定度為9.6%＜10%，故本次率定的水位流量關(guān)系曲線符合一類精度水文站的標準。

3.3 符號檢驗

本次定線有效測點共18測次（點），測點偏離曲線的正、負號[4]個數(shù)分別為9、9次，符號檢驗統(tǒng)計量計算公式為：

式中：k為異號個數(shù)（個）；其余變量含義同上。

經(jīng)計算，符號檢驗統(tǒng)計量為-0.236。根據(jù)符號檢驗定理，取顯著性水平a為0.25，統(tǒng)計量u查表為1.15。由于本次三干閘符號檢驗統(tǒng)計量u＜u1-a/2=0.236＜1.15，所以認為本次定線合理，通過符號檢驗。

3.4 適線檢驗

按照三干閘18個實測流量測次中下游水位遞升排序，通過檢驗其實測點偏離曲線的正負號的排列情況進行比對解析。

適線檢驗統(tǒng)計量計算公式為：

經(jīng)計算，適線檢驗統(tǒng)計量為0。根據(jù)適線檢驗定理，取顯著性水平a為0.10，統(tǒng)計量u1-a查表為1.64。由于本次三干閘適線檢驗統(tǒng)計量u=0＜u1-a=1.64，所以認為本次定線合理，通過適線檢驗。

3.5 偏離數(shù)值檢驗

根據(jù)偏離數(shù)值定義，測點平均相對偏離值計算公式為：

式中：Pi為測點值；其余變量含義同上。

經(jīng)計算，測點平均相對偏離值為0.006 571 981。

統(tǒng)計量t的計算公式為：

經(jīng)計算，統(tǒng)計量t為0.611。

取顯著性水平a為0.10，即置信水平達90%的臨界值，根據(jù)總測次位于18個測點情況，經(jīng)查臨界值表格插補t1-a/2≈1.74。

根據(jù)偏離數(shù)值檢驗原理，由于本次三干閘偏離數(shù)值檢驗統(tǒng)計量||t＜t1-a/2，所以認為本次定線合理，通過偏離數(shù)值檢驗。

3.6 水位流量關(guān)系曲線推流節(jié)點

三干閘水位流量關(guān)系曲線推流節(jié)點，詳見表1。

表1 水位流量關(guān)系曲線推流節(jié)點

4 結(jié)語

本文研究了淮漣灌區(qū)三干閘水位流量關(guān)系曲線定線及精度率定，通過堰閘水位流量關(guān)系的3種檢驗證明定線合理，其流量定線精度符合一類精度水文站[4]標準，其測點標準差為4.8%滿足了三干閘作為水文報汛站的流量報汛需求，為淮安智慧水利進一步優(yōu)化提供了有效的第一手數(shù)據(jù)。