插花闸水文站水位流量关系分析

张金良

本文通过对插花枢纽节制闸近40年来200 余次实测流量分析，得出水位差～闸门开启高度～单一流量关系公式，经检验误差满足《水文资料整编规范》SL-247-2012 要求，采用此公式可以正确计算插花节制闸的开闸流量，用于指导插花节制闸的水位～流量调控。采用此公式整编，可大大提高工作效率。

一、工程概况

插花枢纽是茨淮新河的第二级控制工程，位于阜阳市颍东区插花镇东7km 新建集附近，枢纽工程包括节制闸、船闸及两岸堤防等建筑物。其中节制闸工程设计为17 孔弧形钢闸门，每孔净宽10m，闸门高度为8.85m。该工程设计流量为3000m3/s，校核流量为3300m3/s，为大（2）型水闸。工程有蓄水、分洪、排涝、灌溉、航运以及城市供水等诸多功能。工程运行三十多年，发挥了巨大的经济和社会效益。该工程的水位差～闸门开启高度～单一流量关系公式，是由原设计部门根据工程水力模型实验经计算确定，后经多年应用并结合人工检验，该关系公式符合工程的实际情况，可以用以指导插花枢纽的工程调度和流量计算。

插花枢纽节制闸工程由于存在严重的安全隐患，于2008年进行除险加固。在除险加固施工期间，于节制闸上游150m 和下游100m 处分别填筑临时围堰，上游围堰高度7.7m，下游围堰高度5.4m。工程完成后，水下部分围堰用绞吸式挖泥船进行拆除，由于工期紧张，上下游水位较深，当时围堰拆除不彻底，不清楚是否对工程泄水有影响，因此需对原设计时采用的水位～流量关系公式进行校验。

二、测站基本情况

茨淮新河系人工开挖，河道顺直，河宽200m。该站上游约23km 处有茨河铺闸控制颍河分入水量，左岸有茨河汇入，右岸约4km 处有插花抽水站一座，闸下游右岸约1.5km 处建有阜阳二水厂一座，下游左岸约23km 处有西淝河上段汇入，西淝河入口下游5km 处有阚町闸一座。插花闸水文站为茨淮新河重要控制站，国家重要水文站，位于安徽省阜阳市插花闸管理区内，东经116°01′33″，北纬33°02′06″，集水面积3094km2，于1980年8月由安徽省水文总站设立，其目的主要是控制颍河由茨河铺闸的分入水量，重要任务之一就是对插花节制闸的水位及流量进行测报，因此在插花节制闸下游340m 处设测流断面，对插花闸的水流下泄情况进行监测。

三、资料情况

按照《河道流量测验规范》要求，流量采用流速仪法，精度较高，根据不同水位级布设流量点次，本次分析淹没孔流时流量与上下游水位差的单一关系，选取1980年建站以来至工程除险加固前和工程除险加固后的共211 次淹没孔流全部实测流量资料进行对比分析。

四、流量单一关系分析

淹没孔流公式Q=MBeZ1/2，

式中：Q 为流量（m3/s）；

M 为流量系数；

B 为闸门宽度（m）；

e 为闸门开启高度（m）；

Z 为上下游水位差（m）。

实际上M 和Z 的指数不可能适合每一个堰闸，现把公式改为Q=BeMZβ，Be 是过水面积，MZβ是过闸平均流速， MZβ与Z 有一定的函数关系，用历年 的VJ（VJ=Q/Be=MZβ）与Z建立关系，得VJ=3.5468Z0.5545，即Q=Be3.5468Z0.5545。如图1 所示。

图1 过闸平均流速～水位差关系图

五、成果误差分析

根据实测结果，具体计算成果误差分析见表1、表2。

表1 误差计算表

表2 误差成果表

六、结论

通过上述分析，插花节制闸淹没式孔流采用Q=Be3.5468Z0.5545关系式计算的过闸流量与实测流量误差在允许范围内，并且在工程除险加固前后没有发现明显变化，能够满足整编规范精度要求，该成果可以用于资料整编，以及用来指导插花节制闸的水位～流量调控