李毅，陳嘯宇，李迪睿

（1.江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223001；2.江蘇師范大學(xué)，江蘇 徐州 221116）

1 引言

江蘇省淮安市淮連灌區(qū)位于準(zhǔn)沭河以東，北六塘河以南，鹽河以北，西張河以西，北與宿遷市沭陽(yáng)縣、連云港市灌南縣接壤，東和漣水縣漣西灌區(qū)毗鄰[1]。2019年建設(shè)了淮漣智慧灌區(qū)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)GMS），實(shí)現(xiàn)了灌區(qū)各主要控制閘的視頻監(jiān)視、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程調(diào)度、實(shí)時(shí)運(yùn)行[2]等信息化管理，但尚未確定三干閘是否滿(mǎn)足水文報(bào)汛站的報(bào)汛推流需求。針對(duì)此種情況，2021年淮漣灌區(qū)管理處組織開(kāi)展了流量測(cè)驗(yàn)，并進(jìn)行三干閘水位流量關(guān)系曲線(xiàn)定線(xiàn)及精度率定。在此基礎(chǔ)上，本文主要研究三干閘流量曲線(xiàn)率定及精度分析。

2 工程簡(jiǎn)介

淮漣灌區(qū)三干閘位于淮安市淮陰區(qū)劉老莊街東首三干渠樁號(hào)13+500處，建于1971年4月，2010年改建，為3級(jí)水工建筑物，抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)流量40.5 m3/s。閘室為開(kāi)敞式平底板結(jié)構(gòu)，共3孔，單孔凈寬3.5 m。閘室底板頂面高程6.8 m，底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)11.0 m、垂直水流方向長(zhǎng)[3]13.7 m。閘底板厚0.7 m、中墩厚0.9 m、邊墩厚0.7 m，閘墩頂高程12.0 m。胸墻布置在工作閘門(mén)下游，與閘墩固支連接，采用等厚度板式結(jié)構(gòu)，厚0.25 m。胸墻頂部高程與閘墩頂部高程相同為12.0 m，底部高程9.77 m。胸墻底部下游一側(cè)做成圓弧形，圓弧半徑25 cm。現(xiàn)澆混凝土工作橋，工作橋上設(shè)啟閉機(jī)房，啟閉機(jī)房地面高程16.2 m。檢修便橋?yàn)楝F(xiàn)澆混凝土板橋，橋面寬度1.2 m，橋面高程12.0 m?，F(xiàn)澆混凝土板交通橋，橋面寬5.0+2×0.25 m，橋面高程12.0 m。上游翼墻為圓弧形接直線(xiàn)形重力式漿砌石擋土墻，下游翼墻為直線(xiàn)形接圓弧形重力式漿砌石擋土墻，上、下游翼墻圓弧段半徑均為4.0 m。上游翼墻頂高程12.0～11.5 m，收縮角12°，墻身前緣與上游護(hù)坦平齊；下游翼墻頂高程10.0 m，擴(kuò)散角10°，墻身前緣與下游消力池平齊。上、下游第二節(jié)翼墻底板均坐落在回填土上，采用水泥土回填，水泥含量12%。下游消力池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)10.0 m，深0.5 m，斜坡段坡比1∶4，厚度0.4 m。消力池后半段4.5 m長(zhǎng)設(shè)反濾層及冒水孔，呈梅花形布置。消力池后接20.0 m漿砌石海漫，坡比1∶20。海墁末端設(shè)置防沖槽，底寬3.0 m，頂寬8.0 m，深1.5 m，頂高程5.8 m。上游設(shè)8.0 m長(zhǎng)的混凝土鋪蓋和10.0 m長(zhǎng)漿砌石護(hù)底。上游引渠渠底高程6.8 m，堤頂高程12.0 m，渠底寬16.0 m，邊坡1∶2.5。下游引渠渠底高程6.8 m，渠底寬26.0 m，邊坡1∶3.0。上游護(hù)坡、護(hù)底長(zhǎng)度均為10 m，下游護(hù)坡至防沖槽末端。防沖槽長(zhǎng)10 m，底高程5.8～6.8 m，按坡比1∶10與下游渠道連接。

3 水位流量關(guān)系曲線(xiàn)定線(xiàn)方法及率定

3.1 定線(xiàn)概況

基于中華人民共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水文資料整編規(guī)范》（SL/T 247-2020）有關(guān)堰閘、涵管、隧洞流量系數(shù)計(jì)算公式選用表，結(jié)合本閘站下多次實(shí)測(cè)流量成果，使用堰閘水工建筑物流量推求方法，經(jīng)過(guò)多種相關(guān)因素解析，最終采用堰閘過(guò)水平均流速法定線(xiàn)，其關(guān)系最穩(wěn)定、相關(guān)因素推算最便捷。

3.2 水位流量關(guān)系曲線(xiàn)定線(xiàn)推流率定

基于三干閘節(jié)制閘淹沒(méi)式孔流流態(tài)下的總計(jì)18個(gè)有效流量測(cè)次，本研究涵蓋了三干閘閘門(mén)開(kāi)高0.20～1.70 m的多個(gè)工況、上下游水位差0.22～1.68 m的多種水情。以三干閘閘孔處平均流速V為橫坐標(biāo)，以上下游水位差ΔZ為縱坐標(biāo)，點(diǎn)繪相關(guān)散點(diǎn)如圖1所示，并以此實(shí)測(cè)流量及選定的相關(guān)因素為節(jié)點(diǎn)，率定符合實(shí)測(cè)資料正負(fù)偏大致均等的流量系數(shù)趨勢(shì)線(xiàn)，即符合三干閘水流特性的水位流量關(guān)系曲線(xiàn)。

圖1 淮漣灌區(qū)三干閘水位流量關(guān)系曲線(xiàn)

根據(jù)率定的水位流量關(guān)系曲線(xiàn)，對(duì)最終節(jié)點(diǎn)進(jìn)行解析評(píng)判，本站水位流量關(guān)系曲線(xiàn)為單一關(guān)系曲線(xiàn)。

根據(jù)本次三干閘水位流量關(guān)系曲線(xiàn)定線(xiàn)成果，三干閘流量推求公式為：

式中：Q為流量（m3/s）；A為過(guò)水面積（m2）；K為開(kāi)孔數(shù)（個(gè)）；G為單孔開(kāi)高（m）；V為閘孔處平均流速（m/s）。

三干閘流量既可以由三干閘水位流量關(guān)系曲線(xiàn)根據(jù)上下游水位差ΔZ查圖可得，也可以由三干閘水位流量關(guān)系曲線(xiàn)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直線(xiàn)插補(bǔ)求得。

三干閘率定系數(shù)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式為：

式中：Vi為每個(gè)測(cè)次的流速（m/s）；Vci為平均流速（m/s）；n為測(cè)點(diǎn)（個(gè)）。

經(jīng)計(jì)算，該閘率定系數(shù)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)差為4.8%，其隨機(jī)不確定度為0.048×2=9.6%。

按照《水文資料整編規(guī)程》（SL247-2012）對(duì)堰閘水位流量關(guān)系曲線(xiàn)定線(xiàn)精度的有關(guān)規(guī)定，三干閘率定系數(shù)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)差為4.8%＜5%，其隨機(jī)不確定度為9.6%＜10%，故本次率定的水位流量關(guān)系曲線(xiàn)符合一類(lèi)精度水文站的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 符號(hào)檢驗(yàn)

本次定線(xiàn)有效測(cè)點(diǎn)共18測(cè)次（點(diǎn)），測(cè)點(diǎn)偏離曲線(xiàn)的正、負(fù)號(hào)[4]個(gè)數(shù)分別為9、9次，符號(hào)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量計(jì)算公式為：

式中：k為異號(hào)個(gè)數(shù)（個(gè)）；其余變量含義同上。

經(jīng)計(jì)算，符號(hào)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為-0.236。根據(jù)符號(hào)檢驗(yàn)定理，取顯著性水平a為0.25，統(tǒng)計(jì)量u查表為1.15。由于本次三干閘符號(hào)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量u＜u1-a/2=0.236＜1.15，所以認(rèn)為本次定線(xiàn)合理，通過(guò)符號(hào)檢驗(yàn)。

3.4 適線(xiàn)檢驗(yàn)

按照三干閘18個(gè)實(shí)測(cè)流量測(cè)次中下游水位遞升排序，通過(guò)檢驗(yàn)其實(shí)測(cè)點(diǎn)偏離曲線(xiàn)的正負(fù)號(hào)的排列情況進(jìn)行比對(duì)解析。

適線(xiàn)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量計(jì)算公式為：

經(jīng)計(jì)算，適線(xiàn)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為0。根據(jù)適線(xiàn)檢驗(yàn)定理，取顯著性水平a為0.10，統(tǒng)計(jì)量u1-a查表為1.64。由于本次三干閘適線(xiàn)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量u=0＜u1-a=1.64，所以認(rèn)為本次定線(xiàn)合理，通過(guò)適線(xiàn)檢驗(yàn)。

3.5 偏離數(shù)值檢驗(yàn)

根據(jù)偏離數(shù)值定義，測(cè)點(diǎn)平均相對(duì)偏離值計(jì)算公式為：

式中：Pi為測(cè)點(diǎn)值；其余變量含義同上。

經(jīng)計(jì)算，測(cè)點(diǎn)平均相對(duì)偏離值為0.006 571 981。

統(tǒng)計(jì)量t的計(jì)算公式為：

經(jīng)計(jì)算，統(tǒng)計(jì)量t為0.611。

取顯著性水平a為0.10，即置信水平達(dá)90%的臨界值，根據(jù)總測(cè)次位于18個(gè)測(cè)點(diǎn)情況，經(jīng)查臨界值表格插補(bǔ)t1-a/2≈1.74。

根據(jù)偏離數(shù)值檢驗(yàn)原理，由于本次三干閘偏離數(shù)值檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量||t＜t1-a/2，所以認(rèn)為本次定線(xiàn)合理，通過(guò)偏離數(shù)值檢驗(yàn)。

3.6 水位流量關(guān)系曲線(xiàn)推流節(jié)點(diǎn)

三干閘水位流量關(guān)系曲線(xiàn)推流節(jié)點(diǎn)，詳見(jiàn)表1。

表1 水位流量關(guān)系曲線(xiàn)推流節(jié)點(diǎn)

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究了淮漣灌區(qū)三干閘水位流量關(guān)系曲線(xiàn)定線(xiàn)及精度率定，通過(guò)堰閘水位流量關(guān)系的3種檢驗(yàn)證明定線(xiàn)合理，其流量定線(xiàn)精度符合一類(lèi)精度水文站[4]標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差為4.8%滿(mǎn)足了三干閘作為水文報(bào)汛站的流量報(bào)汛需求，為淮安智慧水利進(jìn)一步優(yōu)化提供了有效的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。