半日河川水庫法在確定排澇規(guī)模中的應用

郭家朋 王朝進

（1.宿州市水利水電建筑勘測設計院，安徽宿州 234000；2.連云港市水利規(guī)劃設計院有限公司，江蘇 連云港 222006）

0 引言

在高潮倒灌的河道中興建擋潮閘后，汛期可當擋潮閘閘下水位下跌時開閘放水，當擋潮閘閘下水位上漲時，關閘防止潮水倒灌。在擋潮閘關閉期間，上游河道仍不斷來水，并蓄于擋潮閘閘上游的河槽之中，使擋潮閘上游水位不斷上升。當擋潮閘上游水位高于下游水位時，開閘排泄閘上游河槽所蓄之水，閘上游河槽水位便隨之下降。閘上半日河川水庫的水流情況屬于變量變速流，各處的水位、流量及流速均不斷變化，其計算比較復雜。可以將擋潮閘上游河槽看成為一個調(diào)節(jié)上游來水的臨時蓄水水庫，由于潮水位每次漲落約半日，故稱之為閘上半日河川水庫，按半日河川水庫法可確定排澇規(guī)模。

1 工程概況

徐圩新區(qū)位于連云港市城區(qū)東南部，根據(jù)《連云港市徐圩新區(qū)防洪排澇規(guī)劃》，徐圩新區(qū)張圩港以南排水片區(qū)澇水均通過擋潮閘和排澇泵站直接排入外海，區(qū)域內(nèi)河道及湖泊規(guī)劃見表1、表2。

2 半日河川水庫動態(tài)水量平衡演算

（1）河道槽蓄量

河道槽蓄量是半日河川水庫調(diào)蓄計算的一個重要參數(shù)，計算公式［1］為：

式中：

ωI—過水面積，m2；

LI（I+1）—兩相鄰斷面間距離，m；

根據(jù)各斷面形狀及河段長短、水位，利用計算機計算出實時的河道槽蓄量。水位與河道槽蓄量關系見表3。

（2）排澇設計潮型

閘下潮水過程為燕尾港潮位站一日排澇潮型，閘上洪水過程為設計20年一遇洪水過程，按最高潮位錯后降雨主峰1 h 計算。按照連云港地區(qū)慣例，排澇設計潮型采用汛期多年平均高高潮位潮型。燕尾港潮位站多年平均高高潮排澇潮型見圖1。

（3）約定開閘水位

閘前水位超過汛限水位且低于外海潮位時開閘泄水，其出流計算公式采用淹沒式寬頂堰公式［2］：

表1 張圩港河以南片河道規(guī)模

表2 湖泊濕地規(guī)劃規(guī)模

表3 張圩港以南片水位～槽蓄量

圖1 燕尾港潮位站P=50%一日排澇潮型潮位過程線

式中：

σ—淹沒出流系數(shù)；

ε—側(cè)收縮系數(shù)；

m—流量系數(shù)，取0.385；

B0—閘孔總凈寬，初定為110 m；

H0—上游水頭。

（4）計算過程

各擋潮閘閘底高程均為-1.0 m，汛限水位為1.6 m。擋潮閘開閘后，由閘上游水位H，下游水位h，查算淹沒出流系數(shù)σ，通過堰流公式計算擋潮閘出流能力，并由H 與河源水位的平均值查出開閘時對應的河道槽蓄量，在下一個計算時段時，槽蓄量應為W2（式中：Q為入流，q 為出流），即：下一時段的槽蓄量等于前一時段的槽蓄量加槽蓄量的變化量。由求得的第二時段槽蓄量W2在槽蓄關系表中查對應的閘前水位H，如此逐時段計算，可試算出流域最高水位。

（5）計算結(jié)果

經(jīng)計算，擋潮閘孔總凈寬為110 m，片區(qū)內(nèi)發(fā)生20年一遇洪水時河道最高水位為2.64 m，大于河道最高控制水位2.60 m，不滿足排水要求。由此可知，在該片區(qū)水面率一定的情況下，需進一步擴大閘孔規(guī)?；蛟黾优艥潮谜疽越档蛢?nèi)河最高水位，使內(nèi)河最高水位控制在2.6 m 以內(nèi)。

增加泵站對降低河網(wǎng)最高水位起到一定的作用。由于水閘排水能力強，運行成本低，單從經(jīng)濟上看，擴大水閘規(guī)模優(yōu)于增設泵站，但泵站運行調(diào)度靈活，排水基本不受潮水位變化影響，在遇河網(wǎng)水位較高，又恰逢外海高潮位水閘不能自排時，可迅速開啟泵站強排，同時，遇緊急情況（如水閘閘門出現(xiàn)故障，不能及時打開排水等）和超標準洪水時還可起到應急作用，因此，增設一定規(guī)模的泵站也是需要的。針對張圩港河以南片閘孔總凈寬110 m、泵站規(guī)模40 m3/s，采用半日河川水庫動態(tài)水量平衡演算法對規(guī)劃方案進行計算，在河道水位高于汛限水位且低于外海潮位時，關閉閘門運行泵站排澇。經(jīng)計算，區(qū)域內(nèi)發(fā)生20年一遇洪水時口門最大流量為1016 m3/s，此時河道水位為最高水位2.58 m，外海潮位為1.66 m，最高水位小于河道最高控制水位2.60 m?！哆B云港市徐圩新區(qū)防洪排澇規(guī)劃》采用河網(wǎng)非恒定流水利計算模型對該區(qū)域在相同條件下進行排澇水利計算，計算結(jié)果表明，張圩港河以南片最高水位為2.60 m，兩種方法計算結(jié)果相差不大。

3 結(jié)語

半日河川水庫法是根據(jù)擋潮閘的控制特點，利用簡化的變量流動力平衡方程式和連續(xù)方程式逐段地計算過閘流量及河網(wǎng)內(nèi)各地流量隨外河潮水位變化在時段內(nèi)的水力參數(shù)。這種計算方法比較簡便且符合客觀情況，概念清楚，計算結(jié)果誤差較小，對于小流域排澇規(guī)模的設計計算，基本能滿足要求，但潮水河段的情況比較復雜，仍需進一步深入研究。

［1］江蘇省水利廳.擋潮閘的設計與施工［M］.北京：水利電力出版社，1958.

［2］中華人民共和國水利部.水閘設計規(guī)范（S）.北京：中國水利水電出版社，2011.