潘莊引黃閘設計水位分析計算

張娟，劉德東，紀玉翔

（1.山東黃河勘測設計研究院，山東 濟南 250013；2.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250014）

潘莊引黃閘設計水位分析計算

張娟1，劉德東2，紀玉翔1

（1.山東黃河勘測設計研究院，山東 濟南 250013；2.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250014）

本文通過分析計算，依次確定了潘莊引黃閘的設計引水位、設計和校核防洪水位、最高運用水位、施工期設計水位，為潘莊引黃閘的后續(xù)設計工作奠定基礎。

潘莊引黃閘；設計引水位；最高運行水位；施工期設計水位

潘莊引黃閘位于山東省德州市齊河縣馬集鄉(xiāng)潘莊險工13#～17#壩之間，相應臨黃大堤左岸樁號63+120處。1971年10月興建，1979年10月進行了加固改建。2003年5月由武漢大學工程檢測中心對該閘進行了安全鑒定，潘莊引黃閘為Ⅳ類閘。2011年7月黃委會黃河水利科學研究院對潘莊引黃閘安全鑒定成果進行了全面核查，核查結論是同意潘莊閘為Ⅳ類閘的安全鑒定結論。

根據(jù)安全鑒定結論，除險加固的主要任務為拆除重建潘莊引黃閘。新建潘莊閘位于潘莊險工17#～21#壩之間，閘軸線位于19號壩，大堤樁號63+263處，鋼筋混凝土涵洞式水閘，分上游連接段、閘首及洞身段、下游連接段。

1 水位流量關系

雖然潘莊閘處無水文站，但其上游有艾山水文站、下游有濼口水文站，都是黃委Ⅰ類水文站，測站資料準確可靠，可以滿足潘莊設計計算精度。因此，利用艾山站、濼口站2011—2013年實測水位流量成果點繪水位流量關系曲線。艾山站、濼口站水位流量關系見圖1、圖2。

2 設計引水流量

根據(jù)《黃河下游引黃涵閘、虹吸工程設計標準的幾項規(guī)定》（黃工字［1980］第5號水利部黃河水利委員會），設計引水時相應黃河流量艾山水文站（31+050）為350.0m3/s，濼口站（135+700）為200.0m3/s，線性內插出潘莊引黃閘（63+263）處設計引水時黃河流量為304.0m3/s。因此，潘莊引黃閘設計引水相應大河流量為304.0m3/s。

圖1 艾山站水位流量關系

圖2 濼口站水位流量關系

3 設計水位

3.1 設計引水位

設計引水位相應河道流量的水位即為設計引水水位。設計引水位采用工程修建前的3年平均值。

設計引水位推算采用以下三種方法：

方法一：利用艾山站、濼口站2011—2013年實測水位流量關系，分別查出黃河流量304.0m3/s時，相應的水位平均值H艾山為37.64m（大沽高程，下同，該閘處的大沽與黃海高程差為1.23m），H濼口為26.55m，利用線性插值計算潘莊閘引水口處的大河水位為34.23m。

方法二：利用艾山站2011—2013年水位流量關系，查處黃河流量304m3/s時，相應的水位平均值H艾山=37.64m，根據(jù)2011—2013年實測大斷面資料，計算艾山至潘莊河段的大河水面比降J=0.096‰，推算至潘莊閘引水口處的黃河水位為34.56m。

方法三：根據(jù)2009—2013年潘莊大斷面資料和艾山站當日流量資料，分析計算當艾山站304m3/s時，對應的潘莊斷面的平均水位為34.49m。潘莊閘引水口處的黃河水位為34.49m。

綜合考慮以上三種方法計算成果，從引水安全出發(fā)，選取潘莊閘引水口處黃河流量304m3/s時相應水位34.23m作為潘莊引黃閘的設計引水位，換算成黃海高程為33.0m，本次設計引水位取33.0m。

3.2 設計和校核防洪水位

設計水平年：根據(jù)《黃河下游標準化堤防工程規(guī)劃設計與管理標準》，工程建成后第30年作為設計水平年。潘莊引黃閘除險加固工程于2013年建成，設計水平年即為2043年。

根據(jù)黃規(guī)計[2011]148號文《關于印發(fā)黃河下游病險水閘除險加固工程設計水位推算結果的通知》，據(jù)黃河下游河道沖淤預測，采用《黃河古賢水利樞紐項目建議書》成果，即小浪底水庫運用后下游河道2020年左右沖刷到最大，2028年左右淤積恢復到2000年狀態(tài)。此后，黃河下游年平均淤積量為3.45億t，各河段的年平均淤積抬升速率為：鐵謝～花園口河段為0.047m/a；花園口～高村河段為0.062m/a；高村～艾山河段為0.073m/a；艾山～利津河段為0.075m/a。

潘莊引黃閘位于黃河大堤左岸樁號63+263處，采用艾山（31+050）和韓劉（77+787）兩處黃河防總頒發(fā)的相應黃河流量11000m3/s的2000年設計防洪水位，內插出潘莊引黃閘（63+263）處2000年設計防洪水位。根據(jù)魯黃防辦發(fā)[2000]13號文，艾山和韓劉兩處設計防洪水位分別為45.72m和41.14m（大沽高程），內插出潘莊引黃閘2000年設計防洪水位為42.56m（大沽高程）。

考慮到水位年升高率，經(jīng)計算潘莊引黃閘設計防洪水位為43.69m（大沽高程），換算黃海高程為42.46m，取值為42.5m。

校核防洪水位：為設計防洪水位加1m，即為43.5m。

3.3 最高運用水位

采用艾山（31+050）和韓劉（77+787）兩處黃河防總頒發(fā)的相應黃河流量5000m3/s的2000年水位，內插出潘莊引黃閘（63+263）處2000年水位。根據(jù)魯黃防辦發(fā)[2000]13號文，艾山和韓劉兩處水位分別為42.98m和38.61m（大沽高程），內插出潘莊引黃閘處水位為39.97m（大沽高程）。

黃河下游各河段恢復到2000年狀態(tài)水位作為起算水位，工程建成后（2013年）第30年（2043年）作為設計水平年，水位年平均升高約為0.075m。則潘莊引黃閘最高運用水位為41.10m（大沽高程）。換算成黃海高程為39.87m，取值為39.9m。

3.4 施工期設計洪水及相應水位

根據(jù)規(guī)范要求，工程導流建筑物級別為4級，施工期設計洪水標準選定為10年一遇。根據(jù)工程施工組織設計及進度要求，潘莊引黃閘主體工程施工期安排在非汛期，3月～6月調水調沙前。

利用艾山、濼口站2011—2013年實測水位流量關系查出10年一遇的施工流量為2305m3/s，計算潘莊閘處相應的施工期設計水位為36.56m，換算為黃海高程為35.33m。

4 結語

潘莊閘引水口處黃河流量304.0m3/s時相應設計引水位33.0m；黃河流量11000.0m3/s時對應的設計防洪水位為42.5m，校核防洪水位為43.5m；黃河流量5000.0m3/s時對應的最高運用水位為39.9m；潘莊引黃閘施工期設計洪水為2305.0m3/s，對應的施工期設計水位為35.33m。

（責任編輯遲明春）

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1009-6159（2017）-02-0003-02

2016-07-18

張娟（1982—），女，工程師