閘壩站水位流量關系分析及定線方法探討

付 兵

（安徽延慧水利工程咨詢有限公司,安徽 滁州 239000）

1 基本情況

1.1 水文測站概況

汊河集閘水文站地處安徽省滁州市來安縣汊河集鎮(zhèn),汊河集閘于1974 年7 月建成,汊河集閘水文站為長江流域滁河控制站,國家Ⅰ類精度水文站。設站目的為滁河防汛、抗旱、水質、水資源管理、航運等服務。測驗項目有：水位、流量、降水量、泥沙、水質等。汊河集閘現(xiàn)狀共有節(jié)制閘10 孔,每孔寬9 m,閘底高程為3.00 m。閘上下游各設一組水尺斷面觀測水位,并安裝有遙測水位計,閘下685 m處建有水文測流電動纜道,該纜道安裝有自動測流系統(tǒng)。

1.2 流域概況

滁河為長江中下游支流,全長269 km,源于安徽省肥東縣粱園丘陵山區(qū),平行長江東流,流經(jīng)安徽合肥、巢湖、全椒、滁州、來安、南京浦口、六合等蘇皖縣市區(qū),于江蘇六合大河口入長江。流域面積為8015 km2,其中安徽境內6250 km2,滁河以安徽來安縣襄河口以上為上游,長150 km,襄河口閘至小頭李（馬汊河口）為中游長46.6 km,小頭李以下為下游長72 km。

滁河主要支流有8 條,全部在左岸,安徽境內有大馬廠河、小馬廠河、襄河（上游黃栗樹水庫）、清流河（上游沙河集、城西水庫）、來安河（上游屯倉水庫）、沛河,江蘇境內有皂河（上游大河橋水庫）、八百河（上游金牛山水庫）,其中以清流河、來安河、襄河來水量為最大。右岸有駟馬山引江水道、朱家山河、馬汊河分洪道、岳子河、劃子口河分泄洪水入長江。

1.3 水文氣象特征

汊河集水文站最大年降水量為1759 mm,多年平均降水量為1041.6 mm,年徑流深230 mm,歷年最高洪水位為閘上12.55 m,最大流量1640 m3/s,多年平均流量33.9 m3/s,受下游長江潮水頂托影響,最大負流量178 m3/s。降水量年內分配不均,6 月~9 月降雨量占年降水量的55%~60%,降水徑流的年際變化大。

1.4 水利工程情況

汊河集閘上、下游水利工程較多,上游有晉集閘、襄河口閘水利工程,支流有清流河、來安河,這2 條河流于汊河集閘上游520 m處匯集入滁河,為汊河閘主要區(qū)間來水。閘下游10.6 km處有馬汊河分洪道,設計分洪流量1200 m3/s,為滁河汊河集以下主要入江水道。閘下游23.6 km處有三汊灣閘,設計流量400 m3/s,當滁河中上游來水量較大時,三汊灣閘開啟泄洪,減輕滁河中下游防汛壓力。滁河主要水利工程情況布置見圖1。

圖1 滁河汊河集水文站附近水利工程情況分布圖

2 水位流量關系分析

汊河集水文站上、下游水利工程較多,水位流量受工程影響及長江水位頂托、下游江潮等多種因素影響,歷年中高水期水位流量非單值對應關系,但測站總體控制情況良好,水位流量關系呈單一曲線型、正、反繩套曲線等線型,在低水期間,流量受汊河閘閘門控制,可采用堰閘流量系數(shù)法推流,此時水位流量多為單值對應關系[1]。2007 年~2011 年水位流量關系、歷年最高水位流量關系見圖2、圖3。

圖2 汊河集站歷年水位流量關系

圖3 歷年最高水位流量關系線

由該歷年關系圖可以看出,水位流量關系非單值對應關系。由于受多重因素影響,汊河集水文站歷年水位流量關系常呈現(xiàn)多種形態(tài),但測站總體控制情況良好,?？梢圆捎醚唛l流量系數(shù)法、單一曲線法,連時序法、繩套曲線法、連實測流量過程線法推求流量。

2.1 堰閘流量系數(shù)關系法

汊河集水文站堰閘共有4種流態(tài)：淹沒堰流、淹沒孔流、自由孔流、自由堰流。其中淹沒堰流、淹沒孔流為最常見流態(tài),目前已分析出關系系數(shù),采用堰流公式法推流[1]。

（1）淹沒孔流關系、淹沒堰流關系

淹沒孔流計算采用《水文資料整編規(guī)范》,允許誤差為一類精度站隨機不確定不超過10%,系統(tǒng)誤差不超過2%,關系線應滿足符號檢驗、適線檢驗、偏離數(shù)值檢驗要求。關系系數(shù)表見表1。

（2）自由堰流

自由堰流關系見表2。

表2 汊河集水文站歷年自由式堰流（單孔）Hu～Q關系表

（3）自由孔流

自由孔流在汊河集水文站出現(xiàn),淹沒淹量系數(shù)法推流,情況出現(xiàn)較少,歷時較短,實測點較少,目前尚不能形成單值關系,常采用整編規(guī)范中的自由孔流經(jīng)驗公式法推求流量。

經(jīng)驗公式：Q=be（2gH）0.5×0.454（e/H）-0.138

2.2 連時序法

當汊河集水文站因下游水位頂托、開啟長江潮水漲落、水利工程調控等混合因素影響時,常采用連時序法推流。連時序法水位流量關系常見形態(tài)見圖4。

圖4 1991年關系線

2.3 單一曲線法

當測站某一時段受工程影響因素較少,或各項影響因素能夠相互補償,水位流量關系穩(wěn)定,能夠形成單值對應關系,各項誤差在允許范圍內,此時可采用單一曲線法推求流量。常見關系見圖5。

圖5 2008年8月洪水水位流量關系線

2.4 連實測流量過程線法

當水位流量受多種因素影響,其它方法都不能滿足定線要求時,且實測點較多,能夠控制水位流量轉折變化時,可采用連實測流量過程線法推求流量。常見形態(tài)見圖6。

圖6 2010年8月連實測關系線

3 結論

（1）閘壩水文站水位流量關系受閘門調控、工程影響等因素較多,歷年水位流量關系不能做單值化處理,但可采用連實測流量過程線、連時序、單一曲線法、堰閘流量系數(shù)法等多種整編方法推流。

（2）在中低水時期,滿足堰閘流態(tài)時,可以做單值化處理,采用堰閘流量系數(shù)法推流。

（3）建議繼續(xù)做好水位流量關系分析工作,有條件測站,可探索水文在線流量監(jiān)測系統(tǒng)測流,從而減少基層測站工作量。