半日河川水库法在确定排涝规模中的应用

郭家朋 王朝进

（1.宿州市水利水电建筑勘测设计院，安徽宿州 234000；2.连云港市水利规划设计院有限公司，江苏 连云港 222006）

0 引言

在高潮倒灌的河道中兴建挡潮闸后，汛期可当挡潮闸闸下水位下跌时开闸放水，当挡潮闸闸下水位上涨时，关闸防止潮水倒灌。在挡潮闸关闭期间，上游河道仍不断来水，并蓄于挡潮闸闸上游的河槽之中，使挡潮闸上游水位不断上升。当挡潮闸上游水位高于下游水位时，开闸排泄闸上游河槽所蓄之水，闸上游河槽水位便随之下降。闸上半日河川水库的水流情况属于变量变速流，各处的水位、流量及流速均不断变化，其计算比较复杂。可以将挡潮闸上游河槽看成为一个调节上游来水的临时蓄水水库，由于潮水位每次涨落约半日，故称之为闸上半日河川水库，按半日河川水库法可确定排涝规模。

1 工程概况

徐圩新区位于连云港市城区东南部，根据《连云港市徐圩新区防洪排涝规划》，徐圩新区张圩港以南排水片区涝水均通过挡潮闸和排涝泵站直接排入外海，区域内河道及湖泊规划见表1、表2。

2 半日河川水库动态水量平衡演算

（1）河道槽蓄量

河道槽蓄量是半日河川水库调蓄计算的一个重要参数，计算公式［1］为：

式中：

ωI—过水面积，m2；

LI（I+1）—两相邻断面间距离，m；

根据各断面形状及河段长短、水位，利用计算机计算出实时的河道槽蓄量。水位与河道槽蓄量关系见表3。

（2）排涝设计潮型

闸下潮水过程为燕尾港潮位站一日排涝潮型，闸上洪水过程为设计20年一遇洪水过程，按最高潮位错后降雨主峰1 h 计算。按照连云港地区惯例，排涝设计潮型采用汛期多年平均高高潮位潮型。燕尾港潮位站多年平均高高潮排涝潮型见图1。

（3）约定开闸水位

闸前水位超过汛限水位且低于外海潮位时开闸泄水，其出流计算公式采用淹没式宽顶堰公式［2］：

表1 张圩港河以南片河道规模

表2 湖泊湿地规划规模

表3 张圩港以南片水位～槽蓄量

图1 燕尾港潮位站P=50%一日排涝潮型潮位过程线

式中：

σ—淹没出流系数；

ε—侧收缩系数；

m—流量系数，取0.385；

B0—闸孔总净宽，初定为110 m；

H0—上游水头。

（4）计算过程

各挡潮闸闸底高程均为-1.0 m，汛限水位为1.6 m。挡潮闸开闸后，由闸上游水位H，下游水位h，查算淹没出流系数σ，通过堰流公式计算挡潮闸出流能力，并由H 与河源水位的平均值查出开闸时对应的河道槽蓄量，在下一个计算时段时，槽蓄量应为W2（式中：Q为入流，q 为出流），即：下一时段的槽蓄量等于前一时段的槽蓄量加槽蓄量的变化量。由求得的第二时段槽蓄量W2在槽蓄关系表中查对应的闸前水位H，如此逐时段计算，可试算出流域最高水位。

（5）计算结果

经计算，挡潮闸孔总净宽为110 m，片区内发生20年一遇洪水时河道最高水位为2.64 m，大于河道最高控制水位2.60 m，不满足排水要求。由此可知，在该片区水面率一定的情况下，需进一步扩大闸孔规模或增加排涝泵站以降低内河最高水位，使内河最高水位控制在2.6 m 以内。

增加泵站对降低河网最高水位起到一定的作用。由于水闸排水能力强，运行成本低，单从经济上看，扩大水闸规模优于增设泵站，但泵站运行调度灵活，排水基本不受潮水位变化影响，在遇河网水位较高，又恰逢外海高潮位水闸不能自排时，可迅速开启泵站强排，同时，遇紧急情况（如水闸闸门出现故障，不能及时打开排水等）和超标准洪水时还可起到应急作用，因此，增设一定规模的泵站也是需要的。针对张圩港河以南片闸孔总净宽110 m、泵站规模40 m3/s，采用半日河川水库动态水量平衡演算法对规划方案进行计算，在河道水位高于汛限水位且低于外海潮位时，关闭闸门运行泵站排涝。经计算，区域内发生20年一遇洪水时口门最大流量为1016 m3/s，此时河道水位为最高水位2.58 m，外海潮位为1.66 m，最高水位小于河道最高控制水位2.60 m。《连云港市徐圩新区防洪排涝规划》采用河网非恒定流水利计算模型对该区域在相同条件下进行排涝水利计算，计算结果表明，张圩港河以南片最高水位为2.60 m，两种方法计算结果相差不大。

3 结语

半日河川水库法是根据挡潮闸的控制特点，利用简化的变量流动力平衡方程式和连续方程式逐段地计算过闸流量及河网内各地流量随外河潮水位变化在时段内的水力参数。这种计算方法比较简便且符合客观情况，概念清楚，计算结果误差较小，对于小流域排涝规模的设计计算，基本能满足要求，但潮水河段的情况比较复杂，仍需进一步深入研究。

［1］江苏省水利厅.挡潮闸的设计与施工［M］.北京：水利电力出版社，1958.

［2］中华人民共和国水利部.水闸设计规范（S）.北京：中国水利水电出版社，2011.