石佛寺水庫水位流量關系線繪制及影響精度的探析

于 洋

(遼寧省鞍山市岫巖水文站，遼寧 鞍山 114300)

石佛寺水庫水位流量關系線繪制及影響精度的探析

于 洋

(遼寧省鞍山市岫巖水文站，遼寧 鞍山 114300)

文章根據(jù)石佛寺水庫的測驗方式，確定了測驗方法及所采取的技術措施，通過不同閘門開啟高度，繪制了壩上、壩下水位差及下泄流量的水位流量關系線，經(jīng)檢驗，該水位流量關系線是合理的，旨在為相關工程提供科學依據(jù)。

水位差；流量；精度；石佛寺水庫

1 測驗概況

石佛寺水庫是平原水庫，其平頂堰經(jīng)過消力池直接與下游河道相連，平頂堰與下游河道基本沒有落差，水庫功能主要以大洪水時調洪為主，平時庫區(qū)水量用上游來水量與下泄量之差來控制[1]。石佛寺水庫上游流量控制站為鐵嶺水文站，離石佛寺水庫比較遠，期間還有支流匯入，所以很難準確掌握上游來水量。由于石佛寺水庫的調節(jié)作用，下游河道流量失去了天然河道自有規(guī)律，所以如何確定石佛寺水庫下泄量，對下游河道的水量變化尤為重要[2]。目前泄洪閘泄洪流量，根據(jù)閘門開啟方式(孔流與堰流)、閘門開啟高度以及水流形態(tài)(淹沒流和自由出流)進行推算。由于平板閘門平頂堰與下游河道無明顯落差，使得水流形態(tài)非常復雜，處于半淹沒半自由出流形態(tài)，所以很難確定計算公式中的各種參數(shù)，導致推算流量出現(xiàn)很大偏差。因此，率定出一組泄流曲線、泄水建筑物流量系數(shù)來準確推算出水庫下泄流量，顯得尤為重要[3]。

2 工作內容

本次測驗工作主要內容包括：在遼河石佛寺水庫下游200m處建立的臨時測驗斷面，開展為期3a的測流時段的壩上、壩下水位觀測，采用ADCP進行流量測驗。

3 測驗方式

本次率定方案原則是，設立測流斷面，開展定點流量測驗，水位觀測自記和人工觀測相結合，分析并建立壩上、壩下水位差-閘門開度-下泄流量關系曲線及壩下斷面水位-流量關系曲線，率定泄水建筑物流量系數(shù)。

水庫下泄流量或來水量在800m3/s以下時，在閘下流量測驗斷面架設低索，用ADCP施測流量。流量>800m3/s時，由于低索架設高度有限，用其他方法進行流量測驗。

4 測驗方法及技術措施

4.1 技術思路

考慮到水庫泄流設備運行頻率、自身狀況及河流測流條件等因素[3]，在閘門下游200m處布設測流斷面，對閘門泄流量進行實測[4]。利用閘門上下游水位落差-閘門開啟高度-下泄流量關系曲線，推算出淹沒孔流流量系數(shù)，建立閘門上下游水位落差-閘門開啟高度-淹沒孔流流量系數(shù)關系曲線，確定計算淹沒孔流流量系數(shù)的計算公式，用來推算閘門下泄流量。

4.2 項目內容

4.2.1 布設水尺

1)在石佛寺水庫壩上遠離閘門水流平穩(wěn)處布設2根人工觀讀水尺，在閘門下游250m處布設2根人工觀讀水尺。

為了防止水流沖刷水尺造成水尺傾覆，每根水尺用水泥灌注水尺樁(水泥柱)，建成永久性的人工觀測水尺。水泥柱高4m，水泥灌注至水泥柱1.5m處。

2)為了便于觀測水尺水位，在通往水尺斷面處鋪設道路，總路程達40m。

3)為了計算出閘門上下游水位，引測了水尺零點高程，總路程達5km。

4.2.2 架設低索

在閘門下游200m處選擇流量測驗斷面，為了便于用聲學多普勒流速剖面議(ADCP)進行閘門下泄流量測驗，兩岸埋設架桿各一根，架桿高4m，埋入2m，在架桿上固定直徑6mm鋼絲繩，用尼龍繩帶動鋼絲繩上的滑輪，兩岸各3人回拉動ADCP進行流量測驗。

由于測驗斷面比較寬，河面寬達到240 m，在架桿上固定鋼絲繩和尼龍繩時，首先固定一頭鋼絲繩，用橡皮船把鋼絲繩從河里運到對岸，再固定另一頭，然后人工用絞磨拉緊鋼絲繩。再次用橡皮船把尼龍繩運到對岸，在尼龍繩上固定小滑輪。

4.2.3 建立壩上、壩下水位差-閘門開度-下泄流量關系曲線

1) 利用架設的低索，流量<800m3/s時，來回拉動ADCP進行下泄流量測驗。由于架設低索條件有限，流量>800m3/s時，用機船帶動ADCP進行流量測驗。選擇不同壩上水位，不同閘門開啟高度，不同閘門開啟孔數(shù)，以便在相同閘門開啟高度情況下，得到不同壩上、壩下水位差。閘門開啟高度、開啟孔數(shù)固定后，要進行4次流量測驗，所測流量相對誤差比較大時，還要增加測驗次數(shù)，選擇比較接近的流量，進行平均后得到相應的流量。

2) 根據(jù)不同閘門開啟高度及不同壩上、壩下水位差對應的下泄流量，選配不同關系曲線(見圖1)，進行誤差和精度評定，推算出對應的下泄流量關系表。

在實際應用中，根據(jù)閘門開啟高度，閘上、閘下水位差，在相應關系曲線上查得閘門下泄流量，或者利用下泄流量關系表查得閘門下泄流量。壩上、壩下水位差-閘門開啟高度-下泄流量關系曲線檢驗及標準差計算見表1。

表1 曲線檢驗及標準差計算

圖1 壩上、壩下水位差對應的下泄流量

4.2.4 率定泄水建筑物流量系數(shù)

利用所建立壩上、壩下水位差-閘門開度-下泄流量關系曲線，用淹沒孔流流量計算公式：

(1)

式中：μ為淹沒孔流流量系數(shù)；e為閘門開啟高度；b為閘門寬度；⊿Z為壩上、壩下水位差

計算出閘門開啟高度對應的淹沒孔流流量系數(shù)μ，建立淹沒孔流e/⊿Z-e-μ關系曲線，建立淹沒孔流e/⊿Z-e-μ關系曲線表(表略)，建立閘門開啟高度對應的關于淹沒孔流流量系數(shù)μ、閘門開啟高度e與壩上、壩下水位差⊿Z之比即μ-e/⊿Z計算公式[4]。其中，閘門開啟高度0.20-0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、3.50為實測值定線而得，其它為內插所得。

在實際應用中，利用淹沒孔流e/⊿Z-e-μ關系曲線或者淹沒孔流e/⊿Z-e-μ關系曲線表查得淹沒孔流流量系數(shù)μ，或者利用計算公式算得淹沒孔流流量系數(shù)μ，再根據(jù)閘門開啟高度e、閘門寬度b及壩上壩下水位差⊿Z，利用淹沒孔流流量計算公式計算出閘門下泄流量[4]。

4.3 測驗方法

流量測驗采用ADCP對閘門下泄流量進行測驗。

5 定線、定線精度及影響精度的分析

根據(jù)石佛寺水庫目前運行的最高水位及平水期所保證的水庫水位，共施測8種不同閘門開啟高度的流量組，建立8組關系曲線，各組曲線上的流量為單孔泄流量。由于條件所限，缺少大洪水期間的實測流量，即壩上、壩下水位差較小的部分，根據(jù)其它實測點做了相應的延長[4]。對所定關系曲線進行了3種檢驗，即符號檢驗、適線檢驗和偏離數(shù)值檢驗及標準差計算，檢驗結果均合理，標準差范圍為0.3%-1.5%。

由于石佛寺水庫閘門至下游測驗斷面，縱比降比較小，利用水工建筑物孔流計算公式推算下泄流量時，水流形態(tài)處于半淹沒、半自由出流狀態(tài)，因此采用淹沒孔流計算公式[5]。根據(jù)所建立壩上、壩下水位差-閘門開度-下泄流量關系曲線，反推淹沒孔流流量系數(shù)，建立淹沒孔流e/⊿Z-e-μ關系曲線，對所定關系曲線進行了3種檢驗，即符號檢驗、適線檢驗和偏離數(shù)值檢驗及標準差計算，檢驗結果均合理，標準差范圍為0.3%-3.5%。推導出閘門開啟高度e對應的關于e/⊿Z的淹沒孔流流量系數(shù)關系式。

6 結論與建議

由于天然來水、水庫調度及水庫運行所限，不能實測太多的實測流量，故采用綜合定線的方法，精度能滿足水文資料整編精度要求。

[1]周林飛,周乃恒,張靜.石佛寺水庫歷史洪水過程數(shù)值模擬與分析[J].水電能源科學，2016 (09)：56-60.

[2]王猛.石佛寺水庫洪水預報及其實時修正方法研究[D].大連：大連理工大學，2012.

[3]姜灝.石佛寺水庫人工濕地生態(tài)水位研究[J].水利建設與管理，2016(04)：42-45，8

[4]許學嬌.石佛寺水庫安全監(jiān)測設計探討[J].水利規(guī)劃與設計，2016(03)：93-95.

[5]梁文章,韓永升,孫強.石佛寺水庫綜合利用規(guī)劃與生態(tài)水庫建設初探[J].水利建設與管理，2010(04)：79-80.

DrawingofShifosiReservoirWaterLevelandflowRelationCurveandAnalysisonEffectAccuracy

YU Yang

(Anshan Urban Xiuyan Hydrological Station Liaoning Province，Anshan 114300，China)

According to the test style of the Shifosi reservoir，the test method and technical measures were determined，based on the lift heights of various gates，drawing out the water level difference of the dam up and down and the water level and flow relationship curve of discharging. The water level and flow relationship curve is reasonable，aiming to provide scientific accordance for correlative projects.

hydraulic head；flow；accuracy；Shifosi Reservoir

1007-7596(2017)10-0062-02

TV124

B

2017-09-24

于洋(1984-),男,遼寧鞍山人,工程師,從事水文測驗整編工作。