水工建筑物测流技术在水资源配置工程中的应用

计 量小于临界值时认 为定线合理 ；适 线 ｝关闸、 晷 泾河洞 、 洪金 洞 、 舟桥 洞、 沿河 闸、 检验给定显著性水 平 ＝ ．５ 查表得 临 ０ ， ０ 流 高良涧 闸运 东闸、 西 电站 节制 闸 、 阴 运 淮 量 ｅＡＺ～Ｍ２ Ｑ／ ｅ 闸、 ／ ＝ Ｂ ＡＺ 新河洞 、 鸟沙洞 、 耳洞 、 门闸、 家坝 界值 ｕ … 计算统计量 小于临界值 时认 西 蛇 系 淹没 同、 夹河洞、 黄集洞 、 薛桥洞 、 永济洞 、 张码 为定线合理 ；偏离数值 检验给定显著性
本文立足于苏北地 区水资源配置 没水跃 ， 水跃前端接触 闸门， 闸下水头 监控调度系统工程站点 ， 分析研究其 出 高于闸门开高 （ ｅ 时为淹没孔流 。 ｈ ） 流规律 ， 旨在为类似工程或类似地区利 用水工建筑物测流提供技术支持 。
二 、 定 方 法 分 析 率
水位 影响时为 自由孑 流 ；闸下出现淹 收缩系数 ， Ｌ 可根据 ｅｈ一￡关系表查得） ， ； ｅ ——闸门开启 高度 （ ； ｍ） Ｂ ——闸门开启 总宽或开启净宽（ ； ｍ）
Ｑ Ｍ ０ｋ ＝ ｎ ＡＺ ＋ ； ｅ 淹 没 堰 流 ： ＝ ｈ ＡＺ ； Ｑ ｃＢ ｌ ￣
１ ３种 检 验 ．
（） １符号检验 符 号检验 的 目的主要是检验相关
（ ｌ ｌ ∑ ）或
ｌ ｒ ’１ ２
曲线两边 的测点数 目分配是否均衡合 理， 借以检查关系曲线是否正确。
（） １ 自由式孔流 对于平底闸、 宽顶堰闸平板及弧形
Ｑ Ｍｌｅｈ一 ＝ Ｂ （ ｈ）
相关因素为 Ｎ～ 或 Ｎ ， ’ 。 ｓＮ 一
式 中：
量系数 、 效率系数的相关关系 曲线或相 闸门， 自由式孔流流量计算站等工程的出水流量。
数 孔 流 同、 闸 、 头 小坊 涵 洞 、 八 户 涵 洞 、 三 瓦庄 闸 法 ｅ ＡＺ～Ｍ ２ ＝Ｑ／ ＡＺ’ 江都 东闸 芒 稻 闸 Ｂｅ
、
水 平 ｄ＝ ．０查 表得 临 界值 ｔ一 计算 ０１ ， 。
ｅ —Ｍ２ Ｑ／ ｅ ＝ Ｂ ＡＺ
淮安 大 引 江 闸
统计量绝对值小于 临界值时认为定线 合 理， 适线检验当 ｋ ０５ ｎ １ 时免检 。３种 ＞ ．（一 ）
水 电站流量计 算采用公式 ：
Ｑ Ｎ ／． １ ＝ ｓ ８１ ９ ｈ
实测资料 ，主要采用堰闸流量 系数法 、 水电站效率系数法 、 图解分析法 ， 分析 获得不同出流情况下 的水力 因素与流
２ 闸流 量 系数 法 ． 堰
电力抽水站流量计算采用公式 ：
Ｑ ’ｓ ． ＝ Ｎ，８ ９ｈ
方法 流态
孔 流
相关 因素或关 系式
ｅ ｈ —Ｍ １ Ｑ／ ｅ １ ／ｕ ＝ Ｂ ｈ
．
工程站点
昭关闸、 逻洞、 收洞、 河洞、 东闸 车 丰 泾 运
自由 ｅｈ — ｌＱ／ ｅｈ一ｌ “ 杨 庄 闸 、 闸洞 、 河洞 、 闸洞 、 闸 ／ ｕ Ｍ ＝ Ｂ （￣ ｌ） ｃ 板 顺 三 头
表 ２ 水 工 建 筑 物 测 流 关 系 曲线 综 合 评 定 成 果 表 站 名 高 良 涧 闸 运 东闸 测 次 三种 检 验 精度评定（ ） ％ 流 态 （ ） 符 号 适 线 偏 离数值 随机 ｎ 系统 检 验 检 验 检 验 不确 定 度 误 差 由 孔 ４ ０１ ８ ．４
按水力 因素递增 的顺序 ，检验实 以检查定线有无 明显系统偏离 。
Ｘ＇ Ｑ ——置 信水 平 ９ ％的随 机 ５
Ｑ、 ——实测流量 （ ／）实 Ｍ ｍ３ 、 ｓ 测流量 系数 ； Ｑ ｉＭ 、 ｉ —— 与 Ｑ 、 相应 的 Ｍ
ｎ —闸门开启孔 数或电站 测 点偏离 曲线正负号 的排列情 况 ， — 借 不确定度 ；
法 抽 水 Ｎ ～ ｍ＝Ｎｓ９８ ／ ．Ｑｈ 淮安 三站
选用的４ ２处测 站中 ，６处定 线合理 ， ３ 其
余认 为可以定线 。
在 已率定 的 ４ ２处 站点 中 ， 根据 《 水 文资料整编规范 》对 堰闸站进行不 同站
类 的划分标准 ，满 足一类精度站标 准的 ３ 处 ，二类精 度站 ８处 ，三类精度 站 ３ １
（ ） 线 检 验 ２适
ｓ ∑ ） ｅ （ Ｊ ＝
式中 ：ｅ Ｓ——实测点标准差 ； ｎ ——测点数 ；
水电、 抽水站 ： ＝ ＇ ｅ２ １ 。 Ｑ ｋ ｅ（＝． ８） ｎ ７
式 中： 、 — —待定指数 ； Ｂ
开机台数。 三、 系曲线 的确定 关 建筑物的实测流量资料 进行 分析
总面积 １． 万 ｋ ０２ ６ ｍ ，其中平原水 网区 之 比 。
约 占 ８ ％。全省水 网密 布， ５ 河湖众多 ，
实用堰 闸在直接观测判别有 困难
相 关 关 系 为 △Ｚ 盯Ｃ ， ｈ～ １△Ｚ～ 【Ｃ Ｔ。
水系复杂。 为满足经济社会发展而建设 时 ，取用 自由流 的经验流量系数 和观 或 △Ｚｌ ～ 【Ｃ。 ／ ｌ Ｔｌ
上述各式中 ：
Ｍ。 广 、 Ｍ
自由、 淹没孔流流量系数 ；
Ｃ—— 自由堰流流量系数 ；
Ｏ —流量（ ３） — ｍ／ ； ｓ
ｈ 一 上游水头 （ ； ． ｍ） ｈ 一 收缩断面水深 ， （ ｈ＝ｓｅ ８为侧 △Ｚ ＿ 闸上、 下游水头差（ ； ｍ）
统测验方式， 研究出一种符合水工建筑 闸 门开高 （ 【ｅ ， ｈ＜ ） 闸孔 出流不受 下游 Ｊ
表 １ 水 工 建 筑 物 测 流 分 析 成 果 表
式 中 ， 为系统误差。 ｅ 选取部分测站流量关系曲线（ ） ３ 式 的
种检验结果及率定精度做综合评定 ，水工 建筑物测流关系曲线综合评定成果见表 ２ 。 表 ２中符 号 检 验 给定 显 著 性水 平
仅＝ ．５ 查表 可得 临界值 ｕ。 计算 统 ０２ ， 一
１流 态判 别 方 法 ．
Ｎ ——单机功率（Ｗ ） ｋ ； Ｎ ——发 电机组总功率（ Ｗ） ｓ ｋ ；
其相关关 系为 ｅ ｌ ／ 。 ｌ ～Ｍ 对于实用堰 闸、 平底 闸 ， 自由式 其
Ｎ－ 额定功率（ｗ） ＿一 ｋ ；
’
— —
水工建筑物出流的流态有堰流和 孔流流量计算公式为 ： 孔流之分 ， 包括 自由堰 流 、 淹没堰 流 、 自由孔流和淹没孔 流。流态 的判别按 照下面的方法区分 和控制 。 Ｑ Ｍ１ｅ ＝ Ｂｈ
盯— — 淹 没 系 数 。
３水 电站 与 电 力抽 水 站 效 率 系数 法 ．
实用堰 闸，水流过 闸后水跃产生 在堰 以下 ，且堰下水位低于堰顶时为 自由孔流； 闸下水位 高于闸门底边 ， 闸
根据堰闸形式 、 闸门开启情况 、 出 下出现淹没水跃 ，水跃前端接触闸门
流流态等因素 ， 依据水力学基本公式和 底边 时 为 淹没 孔 流 。
的各类水工程星罗棋布、 错综复杂。若 测 的 （ ｈ Ｈ）值 来判 别 临界淹 没点 ，
按传统思维模 式及生产方式进行水量 （Ｊ ｈ Ｈ）小于临界淹没点 即为 自由流 ， 监测与控制， 每处需建设完备的水文测 （ Ｉ 大于临界淹没点为淹没 流。 ｈ／ Ｈ） 验设施 ， 其建设经费及运行管理经费将 难以承受。 因此 ， 必须创新思维 ， 改变传 物出流特点的流量监测技术。 （） Ｓ 自由孔流与淹没孔流 的判别 宽顶堰 闸（ 平底 闸） 闸下水头小于
淹 堰 ５ ０ 由 孔
４ ７
处， 分别 占已率定站数 的 ７ ．％、９１ ３ ８ １．％、 ７１ ．％。由此可见 ， 本文 的流量率定成果具 有较高的精度 ，同时也说 明水工建 筑物 是一种 良好 的量水 建筑物 。通过 采集水 工建筑物上 、 下游实时水位 和闸位 ， 而非 实测流量 ，即可实 时在线完成流量测 验
（ ） 没 式 堰 流 ３淹
对于一般堰 闸 （ 如平底 闸、宽顶堰
（Ｊ ＜ ．； ｈ Ｈ）０８ 淹没 式堰 流 ：ｈ Ｈ）０８ 闸 、 用堰 闸 ）其 淹没式 堰流 的流量计 （Ｉ ＞ ． ／ 。 实 ，
Ｑ 盯ＣＢ ＝ ｌｈ 。
江苏省位于 长江与淮河 的下游 ， 上述（Ｌ 为下游 水头与上游总水头 算公式为 ： ｈ／ Ｈ）
工作。
＜ ０
＜ ０
０．５ １
０１ ．２
０８ ． ９
０４８ ．
相关关系为 ｅ△ｚ—Ｍ：ｅ ／ ， △ｚ—Ｍ２ 或
ｅ～ Ｍ２ ｏ
物， 通过实测建筑物上下游水头、 水位 （／ ｅＨ）为孔 、 堰流分界 的临界值。 差等水力因素及 闸门开启高度或 电功
率， 经分析确定流量系数 ， 以计算流 用
量 的 一 种 方法 。
（） ２ 自由堰流与淹没堰流 的判别 宽顶堰 （ 底 闸） 自由式堰 流 ： 平
科技推广与应用ｌ ｌ
赵 德友
前 言
一
、
（） １堰流和孑流 的判别 Ｌ
对于一般堰 闸 、 涵洞 ， 其淹没式孔 流
水工建筑 物测 流是利用大 、 小 中、
根据堰 闸类型和实测的闸门相对 的流量计算公 式采用公式为 ：
Ｑ Ｍ Ｂ △Ｚ ＝ ２ｅ
各级河 、 、 、 渠 湖 库上 已建的堰闸 、 涵管 开度（／ 值来 判别 ，， ≤（／ ， ｅＨ） ｅ｝ ｅ ｛ Ｈ） 时 （ 隧洞 ） 、水电站、抽水站等水工建筑 为孔 流 ；／ ｅ Ｈ≥（／ ， ｅ Ｈ）时 为堰流 。 式中
四 、 系 曲线 的 检 验 关 ２精 度 评 定 ．
关 系线 的系统误差计算公式为 ：
１ Ｍｉ —Ｍ
。
流量定线精度指标是指关系点分
布成带状 ， 明显系统偏离 ，５ 无 ７ ％以上
厶可
为了明确关系曲线 的合 理性 和精 的测点与关系线 的偏离相对误差限度 确度 ，对率定或拟合成 果进 行 ３ 种检 通常用 随机不确定度和系统误差的大 验， 即符号检验 、 线检验和偏离数值 小来衡量 。 适