邢家渡引黄闸闸孔出流推算方法探讨

张刚，李秉哲

（济南黄河河务局供水局，山东济南 250000）

邢家渡引黄闸闸孔出流推算方法探讨

张刚，李秉哲

（济南黄河河务局供水局，山东济南 250000）

以历史放水资料为基础，根据实测数据，推求了适用于邢家渡水闸的流量系数，建立流量推算公式，并进行了验证，验证结果较好。建立流量～开度～水位关系曲线，根据流量推算公式，在已知流量指标的前提下，还可以反推闸门开度，为调整闸门开度提供了一种简便、高效的方法。本文建立的闸孔出流流量公式计算过程简便，精度较高，对水闸科学管理具有一定的指导意义。

邢家渡引黄闸；闸孔出流；流量公式；关系曲线

邢家渡引黄闸位于黄河左岸山东省济阳县境内，最早建于1974年，后又在2000年进行改建。闸体为2联4孔，钢筋混凝土箱式涵洞，直升式平面闸门，孔口尺寸高、宽均为3 m，涵洞全长90 m。引黄闸设计流量为50 m3/s，设计灌溉面积6.2万hm2，主要供给济阳、商河2县的群众生活用水、农业用水和地下水补给。在水闸管理工作中，通过闸门启闭来控制水位，调节过闸流量是一项基本内容。灌区中利用水工建筑物量水是一种简便而经济的方法，如何由实测的水位、闸门开度信息计算出流量是利用建筑物进行量水的关键问题。本文基于历史放水资料，建立闸孔出流流量推算公式，对精确计量引水量、水闸科学管理具有重要意义。

1 闸孔流量推算

水闸的过闸水流一般可分为堰流和闸孔出流2种形式，堰流因不受闸门控制，水面线为光滑的降落曲线。引黄闸在闸门操作过程中一般不会将闸门提出水面，因此，闸门上下水面不是连续的自由水面，水流会受到建筑物的约束，称之为孔流。由于堰流和闸孔出流边界条件的不同，导致他们各自的水流特征和过水能力不同。闸孔出流根据出流流态是否受下游水位的影响，可以分为自由式、淹没式孔流。由于出流流态存在的差异，对过闸流量也会产生较大影响，所以在推算流量时就应该采用与之相对应的计算公式。

1.1 流量计算公式

根据闸前后水位对闸孔出流的影响，对闸孔出流流态进行分析，邢家渡水闸闸后水位对闸孔出流流量影响较大，因此可以认为闸孔出流形式以淹没式孔流为主，本文也是基于淹没式孔流对过闸流量进行推算。

选取淹没式孔流计算公式如下：

式中：μ为淹没孔流流量系数；n为闸门孔数；b为闸门宽度；e为闸门开度；g为重力常数；ΔH为闸门前后水位差。

1.2 推求流量系数

孔流流量系数推求方法有模型试验法、经验流量系数法、关系曲线法等，关系曲线法就是根据历史放水资料，建立闸门相对开度e/ΔH和流量系数μ的关系曲线，此方法计算简便，精度较高，因此，本文采用关系曲线法推求流量系数。

选取10组放水期间具有代表性的实测数据，利用公式（1）计算流量系数μ，数据见表1。建立流量系数～相对开度关系曲线，见图1。从图1中可以看出，流量系数随着相对开度的增加而增加，关系式为：

表1 水闸放水实测数据及流量系数计算值

图1 流量系数～相对开度关系曲线

根据拟合结果，相关系数R2=0.9686，说明流量系数和闸门相对开度相关性较大。在实际的水闸运行过程中，相对开度不会无限增大，而流量系数也是在一定范围内变化，且流量系数最大不超过1。在公式（1）中，已知闸门开度、水位差，再通过公式（2）计算得流量系数，便可以推算过闸流量。

1.3 流量公式的验证

随机选取10组实测数据，利用公式（1）和（2）分别计算流量系数和过闸流量，将流量实测值与计算值进行对比，得到两者的相对误差绝对值，对流量推算公式进行验证，见表2，表中，Q为实测流量值，Q1为计算值，λ为两者相对误差。

从表2中可以看出，选取的10组数据中，闸门开度变化由0.5 m到1.75 m，流量分布由3.5 m3/s到21.2 m3/s，数据分布范围较大，具有一定的代表性。相对误差的绝对值大部分在10%以内，平均值为6.7%，说明本文得到的流量推算公式具有一定的计算精度。

表2 相对误差计算结果

2 结语

推算过闸流量是水闸管理工作中的一项重要内容，对精确计量引水量和水闸科学管理具有重要意义。本文通过历史资料推求适用于邢家渡引黄闸的流量系数，建立淹没式孔流流量推算公式，并通过实测数据进行了验证，验证结果较好，可以直接应用于水闸管理工作中。另外，在已知流量指标的前提下，通过流量公式反推闸门开度，控制过闸流量，这种方法操作简便，精度较高，为水量控制、水闸管理提供了较好的理论依据。

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（责任编辑 崔春梅）

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张刚（1988—），男，助理工程师