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        芒稻閘在潮汐影響下水位流量定線方法探討

        2016-10-19 14:40:39王駿秋李江艷王成
        水能經(jīng)濟 2016年6期
        關(guān)鍵詞:定線潮汐

        王駿秋 李江艷 王成

        【摘要】芒稻閘下游受潮汐影響,一般都是用流量系數(shù)法。但是,該方法基于水力學的能量方程式,主要考慮水流的位置高度,壓強和流速這三個水力因素,未考慮潮汐引力的影響,用這種方法定線推流誤差較大。受潮汐影響的堰閘用堰閘過水平均流速法定線比較合理。

        【關(guān)鍵詞】潮汐;堰閘;定線;能量方程式;流量系數(shù)法;平均流速法

        一、工程及水文設(shè)施簡介

        芒稻閘位于揚州市江都區(qū)引江橋西的芒稻河上,既是江都水利樞紐配套工程,也是淮河入江水道的控制工程之一,于1964年9月開工建設(shè),1965年7月竣工。該閘共7孔,每孔凈寬10.0m,總寬70.0m,閘底高程-1.00m,設(shè)計流量830m3/s,工程主要作用是:排洪、蓄水和調(diào)節(jié)水位。

        芒稻閘水文站1966年1月設(shè)立,觀測項目有水位、流量,現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備:水位觀測為上、下游島式水位自記臺各一座,均配備自記水位計和遙測水位計。流量測驗使用轉(zhuǎn)子式流速儀或聲學多普勒剖面儀。閘下游為潮位站,常年受潮汐影響。

        二、定線分析

        在以往的實踐中,芒稻閘一般都是用流量系數(shù)法,當受潮汐影響的堰閘流量時,我們認為,這不盡合理。

        潮汐是由于太陽和月亮引力的作用使海水呈周期漲落的自然現(xiàn)象。受潮汐影響河道的水位、流速、流量等都隨時間變化,而漲落轉(zhuǎn)變時期的流向改變和流速分布的變化更加復(fù)雜,再加上高低潮的交替出現(xiàn),朔望潮的周期變化,可以說,受潮汐影響河道的水文要素每時每刻都在變化。

        芒稻閘為平底節(jié)制閘,關(guān)閘時,閘下受潮汐影響,閘上不受潮汐影響;開閘時閘上、閘下受洪水和潮汐的共同影響,這時,如果用堰閘流量系數(shù)法率定流量曲線,有以下問題:

        1、雖然是堰閘,但是,用堰閘流量系數(shù)法定線的條件不完全具備。堰閘流量系數(shù)法是基于水力學的能量方程式,即伯努利方程式,它反映了恒定流中沿流各點的位置高度,壓強和流速這三個水力要素之間的變化規(guī)律。無論是孔流流量系數(shù) 、還是堰流流量系數(shù) 都要求堰閘的上下游不受變動回水的影響,水流的流向是單一不變的。而我們現(xiàn)在討論的情況不是這樣,開閘期間,閘上下游要受洪水和潮水的共同影響,即除要考慮水流的位置高度,壓強和流速這三個水力因素外,還要考慮引力的影響,而堰閘流量系數(shù)法沒有考慮這一因數(shù)。(M2-流量系數(shù),Q-實測流,B-開,e-開高,△Z-水位差,σ-淹沒系數(shù),C1、C2-流量系數(shù),σ-淹沒系數(shù),hu-閘上水頭,hl-閘下水頭)

        2、相關(guān)因數(shù)的代表性不強。堰閘站流量定線的相關(guān)因數(shù)一般都選用e、ΔZ、hl、hu等的不同組合,在一定的工況(某一開啟高度e)下,相關(guān)因數(shù)(ΔZ、hl、hu等)跟排水量的多少密切相關(guān),相關(guān)系數(shù)越大代表性越強。而在我們的問題中,除了e是人為控制外,其它因子(ΔZ、hl、hu等)都受排水量和潮汐的共同影響。

        受潮汐影響的堰閘流量用堰閘過水平均流速法比較合理。

        可能有人說,不管用什么方法定線,都要受潮汐影響,這改變不了,這話是對的,但是,方法不同影響的性質(zhì)不同。

        用堰閘過水平均流速法定線V=Q/Be,即過閘平均流速等于過閘流量與閘孔過水面積的比值。盡管不同潮期、不同潮型、不同潮流對排水流量的影響不同,即同一個相關(guān)因數(shù)(ΔZ、hl、ΔZ/hu等)的流量不同,但那只是誤差,而計算公式V=Q/Be在這些情況下都是成立的,也就是說,該公式的適用條件一直存在。在我們實際工作中,可以用不同潮期、不同潮型、不同潮流的測點合并定線推流,把潮汐的影響綜合考慮,以減少誤差。(V-過閘平均流速B-閘門寬度)

        收集了芒稻閘加固改造后淹沒孔流測點,用堰閘流量系數(shù)法定線點據(jù)非常散亂,也未形成明顯的點帶,有很大的任意性(圖1),而用堰閘過水平均流速法定線,點據(jù)比較集中,有明顯的點帶,定線效果較好(圖2);

        將堰閘過水平均流速發(fā)關(guān)系線做符號檢驗、適線檢驗和偏離值檢驗,統(tǒng)計量均符合最大臨界值,可見芒稻閘淹沒孔流所定曲線合理通過。

        綜上所述,芒稻閘在開啟淹沒孔流泄洪時,受潮汐影響較大,從相關(guān)因數(shù)的代表性、定線的合理性和推流的正確性來考慮,適合用堰閘過水平均流速法來定線推流;堰流時,由于流量較大,潮汐的影響相對較弱,堰閘過水平均流速法也是首選的方法之一。用堰閘流量系數(shù)法定線,必需嚴格界定流態(tài),因為,不同流態(tài)流量系數(shù)的計算公式不一樣。一般水力學書上是用閘門相對開度e/hu判別流態(tài)的,其實,各閘的情況不一樣,即使同一座堰閘,由于水力因數(shù)的變化造成流態(tài)的變化,其相對開度也不是固定不變的,所以,準確地界定孔、堰流是件很復(fù)雜的工作。用堰閘過水平均流速法定線,省卻了這項工作,因為,不同流態(tài)過閘平均流速的計算公式都是一樣的。

        受潮汐影響的堰閘流量定線方法很多,不過,無論用什么方法定線,首先,要考慮該方法是否符合本站特性;同時,要注意定線測點的分布是否合理,用于定線的測點是否有代表性;再者,要分析用該曲線推出的流量是否符合實際情況,以及該曲線與不同流態(tài)的曲線的銜接是否正確,一定要杜絕定線與推流脫節(jié)、缺乏一致性的現(xiàn)象發(fā)生。

        三、結(jié)語

        芒稻閘為大型排洪節(jié)制閘,在排泄淮河洪水入江、配合江都抽水站排里下河澇水入江以及蓄水保水調(diào)節(jié)大運河通航水位等方面發(fā)揮了巨大的工程效益,精確可靠的流量數(shù)據(jù)是芒稻閘工程調(diào)度的依據(jù),因此必須選擇合理的水位流量關(guān)系線來推求準確的過閘流量,通過多次的測驗和分析,認為在潮汐影響下,堰閘過水平均流速法適合率定本閘的水位流量關(guān)系線。

        參考文獻:

        [1]中華人民共和國水利部水文司,水工建筑物測流(M),中國科學技術(shù)出版社,1994

        [2]水利部水文司,水文資料整編規(guī)范(M),水利水電出版社,1999

        [3]清華大學水力學教研組,水力學〔M〕,人民教育出版社,1981

        [4]姚建棟,二河閘豐水期淹沒式堰流水位流量關(guān)系初探(J)水文,水利水電出版,2012

        [5]江都水利工程管理處編委會,江都水利工程樞紐志(M),河海大學出版社,2013

        作者簡介:王駿秋,男,(1978.09—),江蘇揚州人,畢業(yè)于河海大學,本科,工程師,研究方向:水文水資源。

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