水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式在水閘調(diào)度運(yùn)行中的應(yīng)用探究

張波

摘 要：隨著近些年我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷升級(jí)與發(fā)展，我國(guó)的水利工程逐漸更多的服務(wù)于人們的生活之中。在水利工程中，水閘的管理問題與管理工作是現(xiàn)階段水利工程的重要工作方向之一。在水閘調(diào)度運(yùn)行的內(nèi)容中，水閘通過有計(jì)劃有目的的進(jìn)行開啟關(guān)閉閘門的過程就是水閘調(diào)度運(yùn)行中的一個(gè)重要應(yīng)用，而控制流量、調(diào)節(jié)水位則是水閘調(diào)度運(yùn)行中的重要工作組成部分。然而，要想更加有效、高質(zhì)量的完成水閘調(diào)度運(yùn)行工作、更精準(zhǔn)度的求出下泄流量、下游流量以及閘門開度問題，就需要在水閘調(diào)度運(yùn)行中合理的運(yùn)用水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式。本文從幾個(gè)具體的方面淺析我國(guó)水閘調(diào)度運(yùn)行中對(duì)于水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式的運(yùn)用，旨在更加有效地提高我國(guó)水閘調(diào)度工作的穩(wěn)定性與其內(nèi)在。

關(guān)鍵詞：水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式；水閘調(diào)度運(yùn)行；下泄流量

一、部分常見的水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式

在水閘調(diào)度運(yùn)行工作中應(yīng)用道的水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式有很多，由于水力學(xué)公式是對(duì)各方面的流量進(jìn)行測(cè)算的。因此，在進(jìn)行運(yùn)用的過程中，水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式較為好用的主要有三個(gè)：下泄流量；下游流量；閘門開度。這三個(gè)公式與水閘調(diào)度運(yùn)行工作有著密不可分的聯(lián)系。本文也對(duì)這三個(gè)公司的具體測(cè)算方式以及具體應(yīng)用內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析與討論。首先，本文在進(jìn)行具體測(cè)算之前要明確這三個(gè)測(cè)算公式的條件與測(cè)算目標(biāo)是什么。

（一）下泄流量的測(cè)算

下泄流量的測(cè)算主要是基于對(duì)閘上水位以及庫(kù)容的數(shù)據(jù)已知的情況下，進(jìn)行對(duì)下泄流量的測(cè)算，而下泄流量就是整個(gè)公式測(cè)算的目標(biāo)，下泄流量這一概念在沒有特殊說明的情況下，即為水庫(kù)運(yùn)行出庫(kù)流量，包含發(fā)電流量、溢洪道泄洪流量等。因此，測(cè)算下泄流量有助于明確其水閘調(diào)度過程中的額發(fā)電流量與溢洪道泄洪流量等。

（二）下游流量的測(cè)算

下游流量則是指通過對(duì)上下游水位及閘門開度的已知時(shí)，進(jìn)行對(duì)其中下游的流量的測(cè)算，而下游的流量就是整個(gè)公式測(cè)算過程中的測(cè)算目標(biāo)，利用水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式測(cè)算下游流量有助于相關(guān)工作人員更好的明確水利工程中的具體數(shù)據(jù)。

（三）閘門開度的測(cè)算

閘門開度的測(cè)算是基于對(duì)上下游水位及調(diào)度要求的已知，即在對(duì)其他條件已知的情況下，閘門開度就是公式測(cè)算過程中的測(cè)算目標(biāo)。明渠上的閘門或溢洪道上的閘門常用開啟的高度與閘前水頭的比值表示，也叫相對(duì)開度。因此，利用該公司對(duì)閘門開度進(jìn)行測(cè)算后可以更好的了解其水閘工程的運(yùn)行情況[1]。

二、水閘調(diào)度運(yùn)行的概念簡(jiǎn)述

（一）水閘調(diào)度工作的概念

水閘調(diào)度是為分泄、引用、滯蓄江河天然徑流及調(diào)節(jié)水位或阻擋海水入侵，而對(duì)水閘進(jìn)行的有計(jì)劃的管理運(yùn)用?？偟囊笫窃诒ＷC工程安全的條件下，合理地綜合利用水資源，按照規(guī)定的水利任務(wù)的主次合理分配水量。在防洪運(yùn)用中，必須與上下游工程相配合，要盡量防止泥沙淤積，延長(zhǎng)使用壽命。

（二）水閘調(diào)度運(yùn)行的具體依據(jù)

水閘調(diào)度的依據(jù)是：（1）規(guī)劃設(shè)計(jì)中確定的運(yùn)用指標(biāo)。（2）實(shí)時(shí)的水文、氣象預(yù)報(bào)。（3）水閘本身及上下游河道的情況和過水能力。（4）經(jīng)過批準(zhǔn)的年度調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃和上級(jí)的調(diào)度指令。

（三）水閘調(diào)度的要求

在水閘調(diào)度中，需要正確處理除害與興利之間的矛盾以及城鄉(xiāng)用水、航運(yùn)、放筏、水產(chǎn)、發(fā)電、沖淤、改善環(huán)境等有關(guān)方面的利害關(guān)系。在汛期，要在上級(jí)防汛指揮部門的領(lǐng)導(dǎo)下，做好防汛、抗旱、防臺(tái)風(fēng)、防潮等工作。在水閘運(yùn)用中，閘門的啟閉操作是關(guān)鍵，要求控制過閘流量和時(shí)間準(zhǔn)確、及時(shí)，保證工程和操作人員的安全，防止閘門受漂浮物的沖擊或由劇烈震動(dòng)以及高速水流引起的破壞。

三、由閘上水位及庫(kù)容求下泄流量

對(duì)于三個(gè)常用水力學(xué)公式的應(yīng)用中，首先介紹的是已知閘上水位與庫(kù)容求下泄流量的具體公式。以某節(jié)水閘舉例說明，具體數(shù)據(jù)如下表：

根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以得出，站上水位已經(jīng)超過了18.22，并且其一直在增長(zhǎng)，若想求得水閘的下泄流量，就需要從庫(kù)容的角度進(jìn)行考慮。

由于18.22在18.0到18.5這個(gè)區(qū)間內(nèi)，因此閘上水位增加一厘米，其水位上漲速度就為每小時(shí)一厘米的增長(zhǎng)速度。則進(jìn)行下泄流量的計(jì)算公式應(yīng)為：1320000×2÷3600=734m3/s。

四、由上下游水位及閘門開度求下游流量

第二個(gè)公式為一直上下游水位以及閘門的開度，根據(jù)其計(jì)算下游流量。在進(jìn)行計(jì)算之前，首先要對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，對(duì)上下游之間水位的差與開度進(jìn)行匹配估算，例如上下游水位差4.5cm時(shí)，Q=總開度×80m3/s，以此類推，上下游水位差越小時(shí)，Q的值就越小。

經(jīng)過估算之后，進(jìn)行公式的計(jì)算，在這個(gè)公式中，e為閘門開度，H0為閘上水深度。進(jìn)而將數(shù)據(jù)帶入到第二個(gè)公式中，然后求出沒出流與自由出流；然后帶入到第三個(gè)公式中，求出孔流。最終由水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式求出Q=430m3/s[2]。

五、由上下游水位及調(diào)度要求，求所需閘門開度

最后一個(gè)要介紹的水力學(xué)公式是一直上下游水位及調(diào)度要求，求整個(gè)水閘調(diào)度運(yùn)行中的閘門開度，具體的計(jì)算流程為將閘上水位數(shù)據(jù)與庫(kù)容數(shù)據(jù)相測(cè)算后得出下泄流速，公式為1320000÷3600=367m3/s。然后通過上面公式中相同的額估算方法估算上下游流量，然后假設(shè)開啟10孔閘門，總開度為4.9m，這是可以按照沒空開啟閘門0.5m，進(jìn)而水閘調(diào)度閘門開度為10×0.5.

總結(jié)：通過上述案例的分析，可知水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式在水閘調(diào)度管理中有著廣泛的應(yīng)用范圍，不僅為流量計(jì)算等提供了理論數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，減少了計(jì)算中的主觀性，還有效的提高了調(diào)度管理中流量、水位等計(jì)算精度，在水閘調(diào)度工作中有著不可估量的價(jià)值與前景。

參考文獻(xiàn)

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[2]陳洋波.城市水系生態(tài)需水研究：以深圳河為例[A].北京市水務(wù)局、北京市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì).'2004北京城市水利建設(shè)與發(fā)展國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京市水務(wù)局、北京市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)：2014：1.

（作者單位：重慶交通大學(xué)河海學(xué)院水利水電工程專業(yè)）