孝感市堰闸水文站流态判别方法探讨
2017-09-01方星萍
方星萍
【摘要】：为宣泄洪水或引水灌溉，常修建水闸或溢流坝等泄水建筑物。要较准确推算出通过堰闸的水量，首先要根据堰闸型式、闸门开启情况来判别通过堰闸的水流流态，然后选择合适的水力学公式分析获得不同出流情况下水力因素与流量系数的相关关系，以推算堰闸的过水流量，为当地防汛抗旱和水资源评价服务提供了可靠的依据。现以汉川泵站为例对孝感市堰闸水文站流态判别方法进行探讨。
【关键词】：堰闸水文站；流态判别；探讨
1、基本情况
1.1 孝感市基本水文站网及测站特性概况
孝感市境内有国家基本水文站11处，其中有7处是受水利工程控制的堰闸、水库水文站，有4处是受河槽控制的河道水文站。7处堰闸、水库水文站控制河段情况分别为：4处堰闸水文站为汈汊湖区进出口控制站；2处堰闸水文站为汉北河出口控制站；1处水库水文站为涢水中游干流控制站。4处河道水文站控制河段情况为；1处为涢水干流控制站；2处为澴水干流控制站；1处为大富水干流控制站。
1.2 孝感市堰闸水文站堰闸型式
7處堰闸闸门和堰的型式均相同，闸门型式为平底直升式，堰的形状为无坎宽顶堰，堰顶为矩形。
1.3 汉川泵站基本情况
汉川泵站为汈汊湖区出口控制站之一，主要控制交往水量，属二类精度堰闸站。测验河段为人工开挖河道，U型河槽，顺直整齐，河床由粘壤土组成，断面稳定，基本无冲淤，河底在夏秋季节生长水草。共有6个断面整编定名为汉川泵站（一泵）、汉川泵站（二泵）、汉川泵站（船闸进水、船闸出水）、汉川泵站（排水闸有栏、排水闸无栏）、汉川泵站（高闸）、汉川泵站（低闸）统称为汉川泵站。各断面的情况分别如下：
一泵建在基本水尺断面下游320m处，位于断面左侧，装有泵机6台，每台功率2300kw，中心高程16.05m；二泵建在一泵断面右岸引水渠上，装有泵机4台，每台功率2800kw，中心高程16.80m；船闸建在基本水尺断面下游320m处，位于断面中间，共1孔，孔宽8.0m，孔高13.80m，闸底高程为16.84m；排水闸建在基本水尺断面下游320m处，共6孔，左3孔建在一泵与船闸左侧之间，右3孔建在船闸右侧，6孔的孔宽、孔高、闸底高程均相同，每孔宽6.5m，孔高8.00m，闸底高程18.37m；高闸建在二泵左侧，共4孔，每孔宽5.0m，孔高5.00m，闸底高程20.00m；低闸建在二泵右侧，共3孔，每孔宽5.0m，孔高6.00m，闸底高程16.30m。
2、流态判别
本站堰闸为平底闸，属宽顶堰。全年采用人工判别流态，流态判别方法是：当闸门提出水面为堰流，反之为孔流，当△Z/hu≤0.22为淹没堰流，反之为自由堰流。当闸门未提出水面，闸门开高加闸底高程（船闸16.84m，排水闸18.37m）大于下游水位为自由孔流，反之为淹没孔流。
其中：堰流与孔流的分界判别方法符合《水工建筑物与堰槽测流规范》3.2.6中第3条规定；当堰闸闸门或胸墙接触水面，并对过水闸水流起到约束作用时为孔流；闸门或胸墙不接触水面时为堰流。
自由孔流判别方法符合《水工建筑物与堰槽测流规范》3.2.6中第5条：宽顶堰闸（包括平底闸）闸下水位低于闸门底边，即闸下水头小于闸门开启高度（hl 淹没孔流判别方法符合《水工建筑物与堰槽测流规范》3.2.6中第6条：宽顶堰闸（包括平底闸）闸下出现淹没水跃，水跃前端接触闸门，闸下水头高于闸门底边，即闸下水头大于闸门开启高度（hl>e）。 自由堰流与淹没堰流判别方法与《水工建筑物与堰槽测流规范》不一致，其判别方法由实测资料分析而得，具体分析方法如下： 由水力学得知：当宽顶堰为堰流时，下游水位低于临界水深线，即：下游水深hl小于临界水深hk（hl 临界水深计算公式为：临界水深hk=[Q2/（gB2）]^（1/3） g=9.8，hk：临界水深，Q：实测流量，B：闸门总宽。 根据前苏联教授别列辛斯基的试验：当hl≥1.3hk时发生淹没。由于临界水深hk计算比较麻烦，在实际工作中不便应用。可以建立△Z/hu-бC1关系，当hl≥1.3hk时，为淹没堰流；hl<1.3hk时为自由堰流。自由堰流点子必然散乱，自由堰流与淹没堰流之间也必然出现转折，此转折点处的△Z/hu值为堰流淹没临界点，△Z/hu小于此临界点时堰流发生淹没。 通过建站以来实测资料进行分析，确定自由堰流与淹没堰流临界点的△Z/hu值。选取船闸1976-1985年84次实测堰流资料进行计算（点绘△Z/hu-流量系数关系图即图2-1）。从图上可以看出：△Z/hu=0.22时出现转折，说明△Z/hu=0.22为所求的临界值。 图2-1 △Z/hu-流量系数关系图 结论 本站是受工程控制的堰闸站。采用人工判别流态，判别方法为：当闸门提出水面为堰流，反之为孔流，当△Z/hu≤0.22为淹没堰流，反之为自由堰流。自由孔流与淹没孔流判别方法：当闸门未提出水面，闸门开高加闸底高程（船闸16.84m，排水闸18.37m）大于下游水位为自由孔流，反之为淹没孔流。 通过本次分析为孝感市其他堰闸站流态判别方法提供了参考与借鉴。也为孝感局水文监测业务改革、巡测制度的建立提供技术支撑。 【参考文献】： [1]《水文资料整编规范》（SL247-2012）. [2]《水工建筑物与堰槽测流规范》（SL537-2011）.
