杨桥闸水文站水位流量关系特性分析

李守浩

(阜阳水文水资源局，安徽 阜阳 236002)

杨桥老闸2004年大修后闸底板加高,孔宽变窄,以及河道特性改变各流太水力因素发生变化,已形成前后2个资料系列,本文利用2004年检修后的水文资料系列分析率定出其新的关系线。杨桥新闸2005年除险加固后已形成前后2个资料系列,本文利用2005年检修后的水文资料系列分析率定出其新的关系线。

1 水位流量关系特性分析

1.1 计算公式

杨桥新、老闸利用相关水力因素系数法定线推流,老闸常出现流态为自由式孔流和自由式堰流;新闸常出现流态为淹没式孔流。

自由式孔流、自由式堰流和淹没式孔流选用的计算公式分别如式(1)、式(2)和式(3):

(1)

自由式堰流计算公式Q=C1BH3/2

(2)

(3)

其中,Q为过闸流量,m3/s;M1为自由式孔流流量系数;B为闸孔开启净宽,m;e为闸门开启高度,m;hu为上游水头,m;hc为收缩断面处水深=εe,m;c1为自由式堰流流量系数;H为上游水头=Zu-Ha,m;Ha为堰顶高程,m;ΔZ为闸上下游水位差。根据上述公式可用实测资料推求自由式堰流、自由式孔流淹没式孔流流量系数。

1.2 资料的选用

本次分析,新闸采用2007年至2014年实测资料,老闸采用2005年至2016年实测资料,流量资料均为流速仪实测,精度较高。

1.3 水位变幅及高低水延长及关系线划分

本站水位流量关系特性分析采用堰闸流量系数法定线推流。新闸深孔采用水位差与闸孔平均流速建立关系;老闸采用堰闸流量计算公式分别计算出各种流态的流量系数,进行分析。老闸2004年大修后闸底板加高,孔宽变窄,以及河道特性改变,关系线系重新率定。老闸分别定出以下系数线:① 自由式孔流,② 自由式堰流,其他系数线因点次少无法率定。

新闸深孔淹没式孔流ΔZ～V关系线划分如下:ΔZ值在1.30m以下为下部,ΔZ值在1.30m以上为中、上部。

新闸深孔淹没式孔流ΔZ历年最大变幅5.00m,实测点据变幅4.47m,占历年变幅89.0%;高水延长变幅0.11m,占实测变幅2.5%;低部延长变幅0.02m,占实测变幅0.45%。

老闸(闸下)站关系线的划分如下:依据实测流量资料,按照文[3]平底闸流态判别,根据本站堰闸实际情况将孔流和堰流分界点定在e/hu为0.70,由堰和由孔交界处测点按由堰处理。

(1)由孔。e/hu数值在0.17以下为下部,e/hu数值在0.17以上为中、上部。

(2)由堰。hu数值在1.0m以下为下部,hu数值在1.0m以上为中、上部。

老闸自由式孔流e/hu历年最大变幅0.660,实测点据变幅0.656,占历年变幅99.4%;低部延长变幅0.015,占实测变幅2.3%。

老闸自由式堰流hu历年最大变幅3.60m,实测点据变幅3.55m,占历年变幅98.6%;低部延长变幅0.10m,占实测变幅2.9%。

2 水位流量关系分析

2.1 测验河段情况

本站测验河段基本顺直,新闸上游右岸有涎河汇入,上游50km处为河南省沈邱闸,本站水位流量关系受上游沈丘闸和下游阜阳闸调节影响,当阜阳闸关闸时,受颍河回水顶托影响。泉河来水时水量调节多启用老闸,当遇大洪水时,新老闸同时开启泄洪。新、老闸引河在闸上游800m处分开,闸下游250m处汇合,2座闸的测流断面在各自闸下游的180m处,闸孔出流量受两闸运用形式影响较大。

2.2 定线

新闸关系线(深孔淹没式孔流)在水位差小于、等于0.02m时因受水尺零点高程位数取舍及水位观读误差影响点据较散乱,本次关系线误差统计仅为Z>0.02m的部分共率定31次建立ΔZ～V关系,点据关系良好如图1所示。

老闸自由式孔流共率定32次建立e/hu～M1关系,点据关系线良好如图2所示;老闸自由式堰流在单独开启共率定41次建立hu～C1关系,点据关系线良好如图3所示。

图1新闸深孔淹没式孔流过闸平均流速关系曲线

图2老闸自由式孔流流量系数关系曲线

图3老闸自由式堰流流量系数关系曲线

2.3 各种误差计算

根据文[1]、文[2]的相关规定,对个流态关系线进行3种检验和误差评定如表1、表2所列。

表1 新闸流量系数关系曲线误差统计表

表2 老闸流量系数关系曲线误差统计表

3 结束语

对老闸自由式孔流、自由式堰流出流,2004年大修后闸底板加高,孔宽变窄,以及河道特性改变各流太水力因素发生变化,形成前后2个系列老闸用2005年至2016年实测资料定得自由式孔流、自由式堰系数线基本稳定,可用来资料整编,但每年应认真校测;

对新闸深孔淹没式孔流出流,淹没式孔流线用2007年至2014年实测资料定出其新ΔZ～V关系线也基本稳定,但由于ΔZ在1.0以上分布较少,资料系列不长点据不多,所以在满足测验的情况下每年要抓好时机认真校测提高定线精度。