田关闸自由堰流流量系数率定分析

龚波涛 杨爱华

1、综合说明

1.1 概述

田关闸是四湖流域上区用于防汛抗旱两用涵闸，是控制荆门、荆州、潜江经长湖调蓄后汇入田关河的来水，及引入东荆河进行灌溉。工程的永久性建筑结构形成了水流稳定可靠的边界条件，对研究闸孔出流条件，水力影响因素，分析和建立相关因素关系，运用水力学原理推求过闸流量，及区域内的水情测报和水文预报都有十分重要意义，同时对资源合理的有效配置和水量调度又有着准确的科学依据。因此，通过多年收集的流量资料对自由堰流进行如下分析。

1.2 田关闸基本概况及功能

田关闸位于潜江市境内，距市郊西11公里，东荆河右岸，田关河与东荆河交绘处，东经112°49′03〞，北纬30°23′48〞。田关闸原名为红军闸，“文革”后期更名为田关闸。红军闸（老闸）1960年建成，因闸基地质不当，操作不规范，导致闸身拱顶开裂，基础下滑，严重威胁涵闸安全，1964年经省政府批准，废除老闸，重建新闸（现闸）。1964年11月开基，于1965年5月使用。启闭台为坚井式，螺杆式启闭机启闭。原装配手摇式启闭机50吨、30吨各4台。1980年将4台30吨启闭机更换为50吨，并全部改装成手、电两用启闭机。

田关河为人工河道，于1958年10月开挖，为了引长湖水灌溉后湖、周矶等地的农田，同时也成为四湖上区的泄洪河道，田关闸的主在功能是在当时的水利大建设的背景下，逐步形成了对四湖地区的荆门、荆州、潜江部分面积共3240km2其900万余亩粮田渍水由长湖调蓄后经田关河，田关闸排入东荆河；如遇干旱年份，田关闸可由东荆河引水供四湖中区的潜江、监利部分农田100万余亩的灌溉抗旱。

1.3 田关水文站的基本情况及功能

田关水文站始建于1963年5月，为国家基本水文站，长江流域内荆河水系，站类精度为二类，与田关闸同处。老闸在新闸上320m处，老闸废弃后，在新闸重新设立断面。早期观测项目有水位、流量、降水、蒸发，现今观测项目为水位、流量、降水、土壤墒情及地下水、田关周边区域水质监测。田关水文站的主要功能是监测田关河进出的水量；收集代表田关区域的降水量资料；收集当地的土壤含水量及地下水位资料；对田关河、东荆河进行水质监测等，为上级防汛机构提供防汛抗旱、实时水情、用水安全的决策依据。

1.4 水文气象特征

潜江市属亚热带季风气候区，光照充足、热量丰富、雨量充沛、四季分明雨热同季。以田关水文站为代表，年平均气温为16.2℃，降水主要集中在4～9月，约占年降水量的70%左右，多年平均降雨量为1178mm，最大年降水量1616.1mm（1983年），最小年降水量737.8mm（1966年）。年均气温为15.9～16.2℃，极端最高气温达38℃，最低气温-16.5℃；田关河歷年最高水位为33.04m，最大瞬时流量为314 m3/s，最大年径流量15.67×108 m3。

境内水量充沛，多年平均径流深370mm，主要过境河流有汉江、东荆河，多年平均过境水量500.1亿m3。因受季风影响，降水年际变化较大，时空分布不均，暴雨出现频率较高，导致洪涝灾害时有发生。境内主要为平原湖区，洪水与暴雨相应，持续时间长，影响范围广，易形成外洪内涝。

2、流量测验的基本情况

2.1 测验断面

测验断面位于闸室上游170m处，断面上游河段顺直为U型河槽，2012年5月田关闸上断面经重新整治，左岸为混凝土护坡，右岸为抛抛石，河床由砂壤土组成。2006年至2012年大断面为原断面，2013年至2014年为整治后的断面。断面河床稳定，无明显冲淤变化；测验断面上游150m为废弃老闸，对测验断面有阻流影响。距闸室下游150m内有护坡，河床有抛石，300m为东荆河，上下游河断顺直均无漫滩。

2.2 流量测次的控制

自由堰流以上游水头作为相关因素，在水流关系稳定的前提下，每年从出现该流态开始施测，在此之后，一般hu变幅在0.25左右进行施测，必要时在相同相关因素下或变幅小于0.25时进行施测。

2.3 流量测验的方法

采用流速仪法与水工建筑物法相结合。即通过对过水断面采用流速仪进行流理的测验，再选择合适的水力学公式来反推流量系数，通过长期的流量测验对各种流态的系数进行收集，当积累到期一定数量时，再对同流态的系数进行综合分析，进行流量系数的综合率定。

3、流态的判别

3.1 堰孔流态界定

堰流与孔流的是以闸门是否出水来进行界定的。一般闸门提出水面为堰流，出流为堰顶控制，取27.08m计算闸上水头（hu）；闸门不出水为孔流，出流为闸底控制取26.45m计算闸上水头。对于通过闸上水头计算，出现闸门介于提出水面或不出水时的临界状态时，通过多年实测资料分析及堰孔流理论判别值，当e/hu≥0.65且e≥hl（闸下水头）为堰流，反之为孔流。

4、公式的选用与关系曲线的建立

4.1 公式的选用

根据《水文资料整编规范》（SL247-2012）。田关闸自由堰流采用堰闸流量系数计算公式，即：Q=C1×B×hu3/2

4.2 关系曲线的建立

本次率定由堰采用2006～2014年资料进行分析，均满足《水工建筑物与堰槽测流规范》（SL537-2011）第3.3.1条规定。实测流量资料为56次，实测最高相关因素3.95，最低相关因素0.78，根据《水文资料整编规范》（SL247-2012）3.4.2，本次率定采用2014年8测次的流量资料进行校核。

5、结论

由于该站水工建筑物稳定，多年水力因素关系无显著变化，按照《水文巡测规范》（SL195-97）2.2.5.7和2.3.5的规定，则该站自由堰流相关因素hu在0.70～4.00范围内流量可以间测。