石佛寺水库水位流量关系线绘制及影响精度的探析

于 洋

(辽宁省鞍山市岫岩水文站，辽宁 鞍山 114300)

石佛寺水库水位流量关系线绘制及影响精度的探析

于 洋

(辽宁省鞍山市岫岩水文站，辽宁 鞍山 114300)

文章根据石佛寺水库的测验方式，确定了测验方法及所采取的技术措施，通过不同闸门开启高度，绘制了坝上、坝下水位差及下泄流量的水位流量关系线，经检验，该水位流量关系线是合理的，旨在为相关工程提供科学依据。

水位差；流量；精度；石佛寺水库

1 测验概况

石佛寺水库是平原水库，其平顶堰经过消力池直接与下游河道相连，平顶堰与下游河道基本没有落差，水库功能主要以大洪水时调洪为主，平时库区水量用上游来水量与下泄量之差来控制[1]。石佛寺水库上游流量控制站为铁岭水文站，离石佛寺水库比较远，期间还有支流汇入，所以很难准确掌握上游来水量。由于石佛寺水库的调节作用，下游河道流量失去了天然河道自有规律，所以如何确定石佛寺水库下泄量，对下游河道的水量变化尤为重要[2]。目前泄洪闸泄洪流量，根据闸门开启方式(孔流与堰流)、闸门开启高度以及水流形态(淹没流和自由出流)进行推算。由于平板闸门平顶堰与下游河道无明显落差，使得水流形态非常复杂，处于半淹没半自由出流形态，所以很难确定计算公式中的各种参数，导致推算流量出现很大偏差。因此，率定出一组泄流曲线、泄水建筑物流量系数来准确推算出水库下泄流量，显得尤为重要[3]。

2 工作内容

本次测验工作主要内容包括：在辽河石佛寺水库下游200m处建立的临时测验断面，开展为期3a的测流时段的坝上、坝下水位观测，采用ADCP进行流量测验。

3 测验方式

本次率定方案原则是，设立测流断面，开展定点流量测验，水位观测自记和人工观测相结合，分析并建立坝上、坝下水位差-闸门开度-下泄流量关系曲线及坝下断面水位-流量关系曲线，率定泄水建筑物流量系数。

水库下泄流量或来水量在800m3/s以下时，在闸下流量测验断面架设低索，用ADCP施测流量。流量>800m3/s时，由于低索架设高度有限，用其他方法进行流量测验。

4 测验方法及技术措施

4.1 技术思路

考虑到水库泄流设备运行频率、自身状况及河流测流条件等因素[3]，在闸门下游200m处布设测流断面，对闸门泄流量进行实测[4]。利用闸门上下游水位落差-闸门开启高度-下泄流量关系曲线，推算出淹没孔流流量系数，建立闸门上下游水位落差-闸门开启高度-淹没孔流流量系数关系曲线，确定计算淹没孔流流量系数的计算公式，用来推算闸门下泄流量。

4.2 项目内容

4.2.1 布设水尺

1)在石佛寺水库坝上远离闸门水流平稳处布设2根人工观读水尺，在闸门下游250m处布设2根人工观读水尺。

为了防止水流冲刷水尺造成水尺倾覆，每根水尺用水泥灌注水尺桩(水泥柱)，建成永久性的人工观测水尺。水泥柱高4m，水泥灌注至水泥柱1.5m处。

2)为了便于观测水尺水位，在通往水尺断面处铺设道路，总路程达40m。

3)为了计算出闸门上下游水位，引测了水尺零点高程，总路程达5km。

4.2.2 架设低索

在闸门下游200m处选择流量测验断面，为了便于用声学多普勒流速剖面议(ADCP)进行闸门下泄流量测验，两岸埋设架杆各一根，架杆高4m，埋入2m，在架杆上固定直径6mm钢丝绳，用尼龙绳带动钢丝绳上的滑轮，两岸各3人回拉动ADCP进行流量测验。

由于测验断面比较宽，河面宽达到240 m，在架杆上固定钢丝绳和尼龙绳时，首先固定一头钢丝绳，用橡皮船把钢丝绳从河里运到对岸，再固定另一头，然后人工用绞磨拉紧钢丝绳。再次用橡皮船把尼龙绳运到对岸，在尼龙绳上固定小滑轮。

4.2.3 建立坝上、坝下水位差-闸门开度-下泄流量关系曲线

1) 利用架设的低索，流量<800m3/s时，来回拉动ADCP进行下泄流量测验。由于架设低索条件有限，流量>800m3/s时，用机船带动ADCP进行流量测验。选择不同坝上水位，不同闸门开启高度，不同闸门开启孔数，以便在相同闸门开启高度情况下，得到不同坝上、坝下水位差。闸门开启高度、开启孔数固定后，要进行4次流量测验，所测流量相对误差比较大时，还要增加测验次数，选择比较接近的流量，进行平均后得到相应的流量。

2) 根据不同闸门开启高度及不同坝上、坝下水位差对应的下泄流量，选配不同关系曲线(见图1)，进行误差和精度评定，推算出对应的下泄流量关系表。

在实际应用中，根据闸门开启高度，闸上、闸下水位差，在相应关系曲线上查得闸门下泄流量，或者利用下泄流量关系表查得闸门下泄流量。坝上、坝下水位差-闸门开启高度-下泄流量关系曲线检验及标准差计算见表1。

表1 曲线检验及标准差计算

图1 坝上、坝下水位差对应的下泄流量

4.2.4 率定泄水建筑物流量系数

利用所建立坝上、坝下水位差-闸门开度-下泄流量关系曲线，用淹没孔流流量计算公式：

(1)

式中：μ为淹没孔流流量系数；e为闸门开启高度；b为闸门宽度；⊿Z为坝上、坝下水位差

计算出闸门开启高度对应的淹没孔流流量系数μ，建立淹没孔流e/⊿Z-e-μ关系曲线，建立淹没孔流e/⊿Z-e-μ关系曲线表(表略)，建立闸门开启高度对应的关于淹没孔流流量系数μ、闸门开启高度e与坝上、坝下水位差⊿Z之比即μ-e/⊿Z计算公式[4]。其中，闸门开启高度0.20-0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、3.50为实测值定线而得，其它为内插所得。

在实际应用中，利用淹没孔流e/⊿Z-e-μ关系曲线或者淹没孔流e/⊿Z-e-μ关系曲线表查得淹没孔流流量系数μ，或者利用计算公式算得淹没孔流流量系数μ，再根据闸门开启高度e、闸门宽度b及坝上坝下水位差⊿Z，利用淹没孔流流量计算公式计算出闸门下泄流量[4]。

4.3 测验方法

流量测验采用ADCP对闸门下泄流量进行测验。

5 定线、定线精度及影响精度的分析

根据石佛寺水库目前运行的最高水位及平水期所保证的水库水位，共施测8种不同闸门开启高度的流量组，建立8组关系曲线，各组曲线上的流量为单孔泄流量。由于条件所限，缺少大洪水期间的实测流量，即坝上、坝下水位差较小的部分，根据其它实测点做了相应的延长[4]。对所定关系曲线进行了3种检验，即符号检验、适线检验和偏离数值检验及标准差计算，检验结果均合理，标准差范围为0.3%-1.5%。

由于石佛寺水库闸门至下游测验断面，纵比降比较小，利用水工建筑物孔流计算公式推算下泄流量时，水流形态处于半淹没、半自由出流状态，因此采用淹没孔流计算公式[5]。根据所建立坝上、坝下水位差-闸门开度-下泄流量关系曲线，反推淹没孔流流量系数，建立淹没孔流e/⊿Z-e-μ关系曲线，对所定关系曲线进行了3种检验，即符号检验、适线检验和偏离数值检验及标准差计算，检验结果均合理，标准差范围为0.3%-3.5%。推导出闸门开启高度e对应的关于e/⊿Z的淹没孔流流量系数关系式。

6 结论与建议

由于天然来水、水库调度及水库运行所限，不能实测太多的实测流量，故采用综合定线的方法，精度能满足水文资料整编精度要求。

[1]周林飞,周乃恒,张静.石佛寺水库历史洪水过程数值模拟与分析[J].水电能源科学，2016 (09)：56-60.

[2]王猛.石佛寺水库洪水预报及其实时修正方法研究[D].大连：大连理工大学，2012.

[3]姜灏.石佛寺水库人工湿地生态水位研究[J].水利建设与管理，2016(04)：42-45，8

[4]许学娇.石佛寺水库安全监测设计探讨[J].水利规划与设计，2016(03)：93-95.

[5]梁文章,韩永升,孙强.石佛寺水库综合利用规划与生态水库建设初探[J].水利建设与管理，2010(04)：79-80.

DrawingofShifosiReservoirWaterLevelandflowRelationCurveandAnalysisonEffectAccuracy

YU Yang

(Anshan Urban Xiuyan Hydrological Station Liaoning Province，Anshan 114300，China)

According to the test style of the Shifosi reservoir，the test method and technical measures were determined，based on the lift heights of various gates，drawing out the water level difference of the dam up and down and the water level and flow relationship curve of discharging. The water level and flow relationship curve is reasonable，aiming to provide scientific accordance for correlative projects.

hydraulic head；flow；accuracy；Shifosi Reservoir

1007-7596(2017)10-0062-02

TV124

B

2017-09-24

于洋(1984-),男,辽宁鞍山人,工程师,从事水文测验整编工作。