仲兆林 邵春樓 夏玉林

（1.江蘇省水文水資源勘測(cè)局常州分局，江蘇 常州 213001；2.常州市長(zhǎng)江堤防工程管理處，江蘇 常州 213001）

長(zhǎng)江常州段長(zhǎng)約18 km，其中，大型口門4 個(gè)，小型口門2 個(gè)。小河新閘為沿江大型口門之一，位于新孟河上游，距入江口約8.5 km，于1959年建成，同年設(shè)立小河新閘水文站。本閘屬于感潮閘壩，為平底閘，有5 孔，其中，中孔為航孔（9 m×8.4 m），兩側(cè)各有邊孔2 個(gè)（9 m×8.4 m），閘門開(kāi)啟受潮水因素的影響。對(duì)于平底板水閘，一般認(rèn)為：當(dāng)閘孔開(kāi)度與堰上水頭的比值e/H1≤0.65 時(shí)為閘孔出流（e為閘門開(kāi)啟高度、H1為上游水深）；當(dāng)e/H1>0.65 時(shí)為堰流。在多年的實(shí)際運(yùn)行中，為確保船只通航安全和最大引水量，e/H1基本都大于0.65，屬于堰流。堰流又分自由堰流和淹沒(méi)堰流，筆者就小河新閘堰流流量在一潮推流法的基礎(chǔ)上運(yùn)用堰閘公式計(jì)算方法的可行性進(jìn)行探討。

1 感潮閘孔淹沒(méi)出流界限

在常州沿江感潮河道上都建有閘門控制，魏村樞紐等還建有翻水站。在閘門控制的河道，孔流與堰流也可以相互轉(zhuǎn)化，水流狀態(tài)主要隨閘門開(kāi)啟和上下游水位變化而變化。閘孔淹沒(méi)出流的判別條件為：下游水深H2大于水躍躍后水深hc，且閘孔被淹沒(méi)；對(duì)于收縮斷面水深hc大于臨界水深hk的閘孔淹沒(méi)流，其下游水深與逆向落差之差H2-ΔZ 應(yīng)大于閘孔開(kāi)度e。閘孔淹沒(méi)出流示意圖見(jiàn)圖1。

自由堰流e/H1>0.65，H/h≤0.8

淹沒(méi)堰流e/H1>0.65，H/h>0.8

2 淹沒(méi)堰流計(jì)算方法分析

由于堰閘類型多樣，所以流量計(jì)算的公式也很多，最常見(jiàn)的是采用“一潮推流法”計(jì)算，計(jì)算公式為：Q=a×h22.5×ΔZ0.5）b，其除了要考慮下游開(kāi)閘水位及水位差外，還需率定出a、b兩個(gè)參數(shù)。

筆者主要討論平底閘淹沒(méi)流態(tài)時(shí)的流量計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中:

C—淹沒(méi)堰流系數(shù)；

B—堰閘寬度；

h2—下游開(kāi)閘水位；

ΔZ—下游最高水位與開(kāi)閘水位之差。

在式（1）中，主要是淹沒(méi)堰流系數(shù)C 難求，在國(guó)內(nèi)常采用一些經(jīng)驗(yàn)公式和查表法求得，但是像公式C=受到適用范圍0.05≤e/H1≤0.6 的限制，查表法受到e/H1≤0.65的限制，在e/H1>0.65 時(shí)均不能適用。

筆者考慮在感潮閘壩站一潮推流法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用已有流量成果反推堰閘流量計(jì)算公式的淹沒(méi)流量系數(shù)，從而建立淹沒(méi)流量系數(shù)與下游開(kāi)閘水位的關(guān)系。

3 淹沒(méi)堰流系數(shù)計(jì)算成果分析

對(duì)2011～2012年小河新閘水文站共40 次實(shí)測(cè)潮量成果進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)實(shí)測(cè)平均流量計(jì)算實(shí)測(cè)淹沒(méi)流量系數(shù)，然后點(diǎn)繪下游開(kāi)閘水位與實(shí)測(cè)淹沒(méi)流量系數(shù)關(guān)系圖，見(jiàn)圖2。通過(guò)分析試算，確定下游開(kāi)閘水位與淹沒(méi)流量系數(shù)的關(guān)系為：

對(duì)定線公式進(jìn)行成果計(jì)算見(jiàn)表1，其中，誤差在±8%內(nèi)的36 次，占總測(cè)次的90%，基本滿足規(guī)范≥90%的要求。

圖1 閘孔淹沒(méi)出流示意圖

表1 小河新閘淹沒(méi)流量系數(shù)計(jì)算成果表

圖2 下游開(kāi)閘水位與淹沒(méi)流量系數(shù)關(guān)系圖

根據(jù)一潮推流法分別推求小河新閘2011年和2012年的引水量分別為2.48 億m3和4.20 億m3。采用堰閘公式推求小河新閘這兩年的引水量分別為2.46 億m3和4.16 億m3，兩者推求引水量值較為接近，堰閘公式計(jì)算水量相對(duì)略小（約為99%），說(shuō)明新率定的堰閘淹沒(méi)流量系數(shù)較為合理。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)小河新閘實(shí)測(cè)水文資料的計(jì)算分析可見(jiàn)，淹沒(méi)流態(tài)時(shí)，堰閘公式對(duì)小河新閘的流量計(jì)算是實(shí)用可行的，而且堰閘公式需要率定的參數(shù)要比一潮推流法少，減少了部分工作量，率定成功后，在區(qū)域工況不變的條件下，較為穩(wěn)定。江蘇沿江小口門較多，而且大部分口門都不設(shè)站控制，在這種情況下，運(yùn)用堰閘公式，只要研究率定出閘門的流量系數(shù)，就可以推求過(guò)閘的流量和水量。