長山閘多普勒率定成果分析

崔群華 嘉興市杭嘉湖南排工程長山河樞紐管理所

姜 潮 鐘小琴 嘉興市宏禹水利設(shè)施維護(hù)有限公司

1.概況

杭嘉湖南排工程位于浙江省嘉興市境內(nèi)，以防洪除澇為主，兼顧灌溉供水、航運(yùn)和改善水環(huán)境等，是太湖流域綜合治理十項(xiàng)骨干工程之一。工程由分別位于海鹽澉浦鎮(zhèn)的長山、海鹽武原鎮(zhèn)的南臺頭、海寧鹽官東門的鹽官上河和鹽官西門的鹽官下河出海樞紐（閘、站）及長山河、南臺頭、鹽官上河、鹽官下河四條排水骨干河道及其配套建筑物組成。工程建成后，若遇1954年5～7月梅雨型洪水，可向杭州灣排泄洪澇水量22.71億m3。

長山閘位于海鹽縣澉浦鎮(zhèn)長山西南麓，距澉浦鎮(zhèn)南約2.5km處。大閘設(shè)7孔，每孔凈寬8m，閘底板高程-2.84m，設(shè)計(jì)閘頂高程10.86m，閘室為胸墻式，閘孔設(shè)前后兩道預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土平面閘門。長山閘為Ⅰ等工程，設(shè)計(jì)排澇流量871m3/s，防潮標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。

工程于1977年7月開工建設(shè)，1980年8月首次啟動投入運(yùn)行，至2019年已運(yùn)行3891天排澇331億立方米，占整個(gè)南排工程的60%以上，運(yùn)行效益十分顯著。

2.測流歷程

長山閘流量監(jiān)測站設(shè)在大閘上游400米的長山河左岸。在建閘初期采用水文纜道進(jìn)行人工測驗(yàn)，根據(jù)實(shí)測資料進(jìn)行水位流量關(guān)系分析，由水位流量的關(guān)系得出相關(guān)公式進(jìn)行水量推算，該推算方法一直延續(xù)使用至今。

以下是流量推求Q公式

一般相關(guān)公式中的參數(shù)、因子會受水利工程、河道演變等自然條件影響，按照水文規(guī)范要求，需要經(jīng)常性對推流公式進(jìn)行校測率定和調(diào)整。但由于受流量監(jiān)測設(shè)施設(shè)備、人員、潮汛大小等各種客觀條件影響，流量校測和系統(tǒng)地水量分析工作開展難度較大。為了更加準(zhǔn)確的測出各項(xiàng)水文數(shù)據(jù)，2016 年長山閘管理所在原流量監(jiān)測站，安裝了固定式聲學(xué)多普勒測流設(shè)備，開發(fā)了流量自動監(jiān)測系統(tǒng)平臺，并通過流速比測、率定分析，從而實(shí)現(xiàn)了長山閘流量在線監(jiān)測、實(shí)時(shí)傳輸?shù)牧髁勘O(jiān)測模式。

3.多普勒測流的測流設(shè)備、率定及檢驗(yàn)

3.1 儀器設(shè)備及測驗(yàn)方法

按照《聲學(xué)多普勒流量測驗(yàn)規(guī)范》，固定式聲學(xué)多普勒指標(biāo)流速，必須經(jīng)過其他測流方式進(jìn)行比測率定，建立相關(guān)式后才可以應(yīng)用。流量測驗(yàn)方式一般可采用流速儀法，即布設(shè)測速垂線懸索懸吊測點(diǎn)法；還可采用走航式 ADCP 進(jìn)行全斷面流量監(jiān)測。

本項(xiàng)目中的流量監(jiān)測，采用了走航式 ADCP 進(jìn)行全斷面流量監(jiān)測。按照《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》、《聲學(xué)多普勒流量測驗(yàn)規(guī)范》技術(shù)要求，走航往返流量平均值為一個(gè)流量測次。合理布置測次及測驗(yàn)時(shí)機(jī)。在長山閘開閘放水的不同工況下監(jiān)測斷面流量。走航式 ADCP 測流在走航時(shí)，三體船控制船速均勻，左右岸測距輸入正確，并完成往返測回測流，一般情況需要完成一個(gè)測回取平均流量，且往返流量誤差≦5.0%，如流量變化較大或特殊情況時(shí)可測半個(gè)測回。

本項(xiàng)目走航式 ADCP 設(shè)備型號為LinkQuest，主要技術(shù)指標(biāo)：主機(jī)工作頻率600kHz；作業(yè)模式為寬帶、脈沖相干、自動選擇；.波束排列 為 2592個(gè)振子，平面型相控陣，電子四波束；底跟蹤水深量程為 0.4m～100m；測速準(zhǔn)確度±0.25%V±2mm/s（V 指流速），分辨率 0.001m/s。

3.2 流量監(jiān)測

本項(xiàng)目中的多普勒流速比測流量監(jiān)測，經(jīng)歷了今年的梅雨期和臺風(fēng)期，并有7 孔、6 孔、5 孔、3 孔和 2 孔的排澇工況，共實(shí)測流量 85 次。

長山閘7孔放水于2019年7月11日9:40～15:58，測流時(shí)間為11:00～15:50共實(shí)測流量29次。

長山閘5孔放水2019年8月22日6:48～12:57，測流時(shí)間為8:56～13:39共實(shí)測流量 23 次。

長山閘3孔放水于2019年8月30日15:11～21:54，測流時(shí)間為15:31～17:40共實(shí)測流量2 次。

圖1

長山閘6 孔放水于2019年9月9日10:29～16:52，測流時(shí)間為12:07～16:41共實(shí)測流量13次。

長山閘2孔放水于2019年9月11日13:55～20:15，測流時(shí)間為14:10～16:23共實(shí)測流量10次。

3.3 相關(guān)線定線、檢驗(yàn)

根據(jù)長山閘不同開孔數(shù)條件下監(jiān)測的斷面平均流量、流速，與多普勒設(shè)備指標(biāo)流速進(jìn)行相關(guān)擬合，即多普勒指標(biāo)流速為變量，實(shí)測斷面平均流速為依變量的相關(guān)線定線?？紤]到流量實(shí)時(shí)傳輸?shù)南到y(tǒng)平臺展示、系列資料的統(tǒng)計(jì)計(jì)算方便等，流量相關(guān)線定線原則首先為綜合線考慮，個(gè)別工況流量如不能滿足綜合線的，可以單獨(dú)定線。從以上5種運(yùn)行工況的實(shí)測流量資料分析，完全可以采用綜合線定線的方法。即5種運(yùn)行工況的實(shí)測斷面平均流速和相應(yīng)的多普勒指標(biāo)流速進(jìn)行綜合相關(guān)定線，相關(guān)擬合線詳見圖1。

關(guān)系式：V斷=0.3220V多2+0.7718V多+0.0119

其中，V斷——斷面平均流速(m/s)，V多——多普勒指標(biāo)流速(m/s)。

綜上所述，在電氣工程的進(jìn)一步技術(shù)優(yōu)化與發(fā)展下，電氣安裝工程在建筑工程中的作用愈發(fā)突出，社會對建筑電氣安裝工程的要求也在不斷發(fā)生改變，建筑電氣安裝工程只有嚴(yán)格安裝規(guī)定要求進(jìn)行相應(yīng)質(zhì)量控制與管理，才能促使建筑電氣安裝工程的質(zhì)量得到保障。對此，有效加強(qiáng)建筑電氣安裝工程的質(zhì)量控制與管理水平，不僅利于保障建筑電氣安裝工程的整體質(zhì)量，發(fā)揮建筑電氣工程的良好功能性作用，且其對于滿足建筑電氣安裝工程的使用需求也具有較多有利之處。

本項(xiàng)目相關(guān)線為流速相關(guān)，按照水文規(guī)范為流量相關(guān)線檢驗(yàn)，故需換算為實(shí)測流量與線上流量（計(jì)算流量）進(jìn)行三種檢驗(yàn)，即符號檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)和偏離數(shù)值檢驗(yàn)。根據(jù)顯著性水平取值 0.25、0.05 和 0.10 的臨界值和計(jì)算值比較，計(jì)算值均小于臨界值，三種檢驗(yàn)均為合格，隨機(jī)不確定度8.4%，詳見表1。

表1 定線三種檢驗(yàn)評定表

表2

3.4 從實(shí)際運(yùn)行情況看

以2019年9月24日早潮為例，如表2。

多普勒測流站在實(shí)際運(yùn)用中由于流體特性的影響在啟閉閘時(shí)存在滯后性，但總時(shí)間不變，因此計(jì)算一潮放水歷時(shí)時(shí)仍以大閘開關(guān)時(shí)間為準(zhǔn)。在計(jì)算中儀器設(shè)定為每5分鐘取一個(gè)數(shù)據(jù)，所以多普勒以整數(shù)時(shí)間計(jì)算。

實(shí)測流量在大閘上游300米的澉南橋上進(jìn)行，用博億達(dá)多普勒流速儀進(jìn)行測流。一個(gè)斷面分布7條垂線2點(diǎn)法測流。在大閘放水期間平均分布時(shí)間共測7次。

公式法是以一直沿用的利用相關(guān)線推導(dǎo)出來的3孔公式計(jì)算出一潮水的流量，然后再乘以歷時(shí)計(jì)算水量。

4.結(jié)論

綜合以上流速比測、率定分析結(jié)果，長山閘 5 種開閘孔數(shù)的運(yùn)行工況，多普勒指標(biāo)流速與斷面平均流速相關(guān)式采用一元二次多項(xiàng)式方程較為合適，且為綜合定線，關(guān)系線滿足水文規(guī)范的定線精度要求。從以上的兩兩比較可以得出多普勒的計(jì)算結(jié)果精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于公式法推流，更接近于實(shí)際測流。現(xiàn)可以作為長山閘排放水量的依據(jù)資料。