張 亮

（四川省綿陽水文水資源勘測局 四川 綿陽 621000）

1 基本情況

2004年，梓潼縣在梓潼水文站下游約2km處開始修建文昌閘壩工程，工程于2006年9月完工。工程為梓潼縣的景觀河道工程，工程的樞紐部署包括左右兩岸分別寬15m的WES實(shí)用溢流堰、7孔寬12m的平底閘壩以及位于河道左岸的溢洪道組成。WES溢流堰為上游側(cè)垂直、頂高468.70m的實(shí)用堰，其堰底高程為464.00m，采用折線消力舌進(jìn)行連接，在尾端采用消力坎進(jìn)行最后消能；閘門組由7孔12m寬平底閘組成，閘底高程464.00m，閘門的頂高為469.50m。

2 流量推求方案

梓潼水文站的流量推求方案：當(dāng)文昌閘壩不開閘泄流時(shí)，采用兩側(cè)的溢流堰進(jìn)行推求；當(dāng)文昌閘壩的泄洪閘開啟泄洪后，分別對閘前水深與閘門開啟高度進(jìn)行比較，確定采用閘孔出流與溢流堰結(jié)合方式、閘單獨(dú)出流以及閘全開采用寬頂堰方式或河槽過流進(jìn)行出流來推求下泄流量。當(dāng)基本水尺斷面能正常測流后，采用基本水尺斷面的水位流量關(guān)系線進(jìn)行推流，三種方法結(jié)合推求梓潼站流量。

表1 WES實(shí)用溢流堰水位～流量曲線關(guān)系

表2 文昌閘壩的閘門的垂直收縮系數(shù)參數(shù)表

表3 平底閘淹沒系數(shù)表

2.1 WES實(shí)用堰推流

堰流流量的計(jì)算公式為

式中，b——每孔凈寬；

N——閘孔孔數(shù)；

H0——包括行近流速水頭的堰前水頭；

v0——行進(jìn)流速；

m——自由溢流的流量系數(shù)，它與堰型、堰高等邊界條件有關(guān)；

σc——側(cè)收縮系數(shù)，它反映由于閘墩（包括翼墻、邊墩和中墩）對堰流的橫向收縮，減小有效的過流寬度和增加的局部能量損失對泄流的影響；

σs——淹沒系數(shù)，當(dāng)下游水位影響的泄流能力時(shí)，堰流為淹沒堰流，其影響用淹沒系數(shù)表達(dá)；當(dāng)下游水位不影響堰的泄流能力時(shí)，為自由堰流，此時(shí)σs=1.0。

2.1.1 流量系數(shù)m

根據(jù)梓潼文昌閘壩設(shè)計(jì)資料，溢流堰采用上側(cè)垂直，堰高P=4.7m，根據(jù)設(shè)計(jì)資料和推流水位的范圍，其P/H0〉1.33，為高堰，可不計(jì)其行進(jìn)流速，其流量系數(shù)計(jì)算采用計(jì)算（其中A=1.7915，B=0.2062，并 且 H0/Hd＞0.4），H0/Hd≤0.4 采 用內(nèi)插 表進(jìn)行計(jì)算。梓潼文昌閘壩的設(shè)計(jì)水頭為Hd=474.80-468.70=6.10m。

2.1.2 淹沒系數(shù)σs

根據(jù)梓潼文昌閘壩設(shè)計(jì)和梓潼水文站推流的要求，文昌閘壩的溢流堰為自由出流，其淹沒系數(shù)確定為1。

2.1.3 側(cè)收縮系數(shù)σc

或中，b——為每孔凈寬；

H0——為堰頂全水頭；

ζ0——為閘墩形狀系數(shù)；

ζk——為邊墩形狀系數(shù)。

根據(jù)梓潼文昌閘壩的設(shè)計(jì)，由于是采用單孔的溢流堰，其邊墩系數(shù)ζk=0.1，閘墩形狀系數(shù)ζ0=0。堰下實(shí)測流量，率定后的溢流堰水位流量關(guān)系，見表1。

2.2 閘孔出流

式中，e——為閘門開啟高度；

b——為每孔凈寬；

n——為閘孔孔數(shù)；

H0——為包括行進(jìn)流速水頭的閘前水頭；

ε——為垂直收縮系數(shù)，見表2；

μ——閘孔自由出流的流量系數(shù)，它綜合反映閘孔形狀和閘門相對開度e/H對泄流量的影響；

σs——淹沒系數(shù)。自由出流時(shí)σs=1.0。

根據(jù)梓潼文昌閘壩的設(shè)計(jì)，泄洪閘為7孔12m的平底閘，其流量系數(shù)μ采用進(jìn)行計(jì)算。

淹沒系數(shù)σs，見表3。根據(jù)計(jì)算出的收縮系數(shù)和初算流量以及閘下水深進(jìn)行自回歸計(jì)算。其計(jì)算流程，見圖1。

圖1 計(jì)算流程

2.3 無坎寬頂堰推流

梓潼文昌閘壩在閘門完全打開后，閘室下游為陡坡河道，其坡降為1：4，下游流態(tài)為急流，因此形成了無坎寬頂堰出流。

無坎寬頂堰流，是由于堰孔寬度小于上游引渠寬度，水流受平面上的束窄產(chǎn)生側(cè)向收縮,引起水面跌落而形成.其計(jì)算公式與普通寬頂堰流公式相同。但在計(jì)算中一般不單獨(dú)考慮側(cè)向收縮的影響，而是把它包含在流量系數(shù)中一并考慮，即令m’=m*ε1，m’為包括側(cè)收縮影響的流量系數(shù)。計(jì)算公式為無坎寬頂堰的流量系數(shù)m'，可根據(jù)進(jìn)口翼墻的形式及平面收縮的程度查取而得。

根據(jù)梓潼文昌閘壩的設(shè)計(jì)方案，梓潼文昌閘壩的進(jìn)口翼墻為直角式翼墻，采用直角翼墻根據(jù)b/B的關(guān)系進(jìn)行流量系數(shù)插補(bǔ)，見表4。

表4 b/B關(guān)系

文昌閘壩的閘門開啟為人為控制，其方式按實(shí)際高度記載資料進(jìn)行分析，對于多孔則采用邊孔及中孔的加權(quán)平均值，梓潼文昌閘壩的中墩和中墩厚為均2m。

無坎寬頂堰的淹沒系數(shù)，可近似地采用下表進(jìn)行查用，見表5。

表5 無坎寬頂堰的淹沒系數(shù)

梓潼文昌閘壩的寬頂堰方式出流的流量計(jì)算采用“逐步近似法”進(jìn)行計(jì)算，由于閘孔全開后流量較大，因此采用“逐步近似法”的流量精度控制在1m3/s。

3 流量推求成果

根據(jù)梓潼閘壩實(shí)時(shí)記錄成果分析，當(dāng)閘門全關(guān)閉時(shí)，直接采用兩側(cè)的WES實(shí)用堰進(jìn)行計(jì)算泄流流量；當(dāng)閘門開啟后，閘前水深大于閘門的開啟高度時(shí)，采用閘孔泄流和WES實(shí)用堰聯(lián)合泄流方式計(jì)算泄流流量；當(dāng)閘門的開啟高度大于閘前水深時(shí)，則采用無坎寬頂堰和WES實(shí)用堰聯(lián)合泄流方式計(jì)算泄流流量。

4 成果評定

根據(jù)梓潼水文站實(shí)測的流量與溢流堰下泄流量進(jìn)行對比分析。采用WES實(shí)用堰計(jì)算的堰流與實(shí)測的流量成果相符，各種方法推流銜接較好，資料可供使用。

5 結(jié)論

由于目前綿陽水文水資源勘測局各水文站所在河流大部分受水利工程影響，測驗(yàn)情況千變?nèi)f化，采用工程水文學(xué)的方法對水文測驗(yàn)進(jìn)行有益的補(bǔ)充和擴(kuò)展勢在必行。

梓潼水文站的推流方法結(jié)合了本站河段的實(shí)際情況，推流方法選用較合理，成果比較可靠。

[1]趙振興，《水力學(xué)》，清華大學(xué)出版社.

[2]齊清蘭，孟慶才，單長河，WES剖面實(shí)用堰流量系數(shù)的計(jì)算.

[3]單長河，齊清蘭，無坎寬頂堰流量系數(shù)的計(jì)算及討論.

[4]山東建筑工程學(xué)院城市建設(shè)系，直立平板閘門流量計(jì)算的實(shí)驗(yàn)研究.