摘要：本文以石室堰渠首闸为例，平底闸门通过采用一般堰流计算方法和高淹没度堰流计算方法计算过闸流量，规范中规定当堰流状态为高淹没流时，推荐高淹没度计算方法。在闸门开启程度、上下游水位、闸底高程、闸门宽度等参数相同的条件下，但两种堰流计算方法得到的过闸流量计算成果相差较大。根据相关研究成果发现，引起计算成果相差较大的主要原因是淹没系数引起的。通过修正淹没系数后，采用一般堰流计算方法的结果与高淹没度堰流计算结果基本一致。
关键词：平底闸门；过闸流量；高淹没度；淹没系数；
1 工程概况
石室堰是衢州市的古堰之一，始建于南宋乾道二年（1166年），堰体为篾笼卵石，主要承担下游农田灌溉[1]。历经元、明、清，至清朝嘉庆九年（1804年），郡守那英根据士民请示将石室堰改建于上游1.5km处的响谷岩下游侧，另开袋口与渠道引水入旧沟。堰水直达城南大濠，又引入城中维持内河水源，堰沟可通船筏。1958年，黄坛口水电站开始发电，石室、黄陵、杨赖三堰合并一堰，堰址在黄陵堰，引黄坛口水电站部分发电尾水入渠。石室堰至下游普珠园一分为三，分别为石室堰干渠上祝溪支渠和大路溪支渠，石室堰是要承担下游工业用水、农业用水、生态环境用水等多功能的引水渠道。石室堰渠首闸为石室堰进水渠道控制闸，渠首闸为3闸孔，单孔净宽3m，渠首设计引水流量24.5m3/s。
2 不同计算方法过闸流量的原因分析
2.1 过闸流量计算
根据《石室堰安全供水方案》[2]可知，未考虑普珠园电厂的发电需水，石室堰需水总量约为3.8亿m3；灌溉期需水量（7～9月份主要灌溉期各用水户的需水总量）约为1亿m3，供水流量为12.89m3/s。
石室堰渠首闸胸墙底高程为82.88m，闸底板高程为80.48m，最大开度为2.4m，闸门为平底闸门。
渠首闸过流能力能否满足下游灌溉渠安全供水流量关系到下游用水户的用水安全，根据《水闸设计规范》[3]（SL265-2016）和《水工设计手册（第一卷）基础理论》[4]（第二版）可知，平底闸堰流计算方法包括两种：①一般堰流公式进行计算（式2-1）；②当堰流处于高淹没度（hs/H0≥0.9）时，采用高淹没度堰流公式（式2-6）。
.png)
（式2-1）
多孔闸相关参数参照式2-2~2-5进行计算：
.png)
（式2-2）
.png)
（式2-3）
.png)
（式2-4）
.png)
（式2-5）
式中：.png)
为闸门总净宽；.png)
为过闸流量；.png)
为计入行进流速水头的堰上水深；.png)
为堰流淹没系数；.png)
为堰流流量系数，可采用0.385；.png)
为堰流侧收缩系数，可按式2-2进行计算；.png)
中间孔侧向收缩系数；.png)
为边闸孔侧向收缩系数；.png)
为闸孔数量；.png)
为闸孔净宽；.png)
为中间墩厚度；.png)
为边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离。
.png)
（式2-6）
相关参数参照式2-7进行计算：
.png)
（式2-7）
式中：.png)
—淹没堰流的综合流量系数，按式2-7进行计算。
当石室堰渠首闸上游水位达到82.68m，三孔闸全开，下游水位为82.67m，.png)
，采用高淹没度堰流计算方法（式2-6）进行试算，得到渠首闸的过闸流量为12.90m3/s。
根据高淹没度堰流计算方法确定的参数，按一般堰流公式（式2-1）进一步进行试算，得到渠首闸的过闸流量为17.85m3/s。
通过上述计算可知，两种不同堰流计算方法得到的过闸流量不一致，一般堰流计算结果比高淹没度堰流计算结果大38.1%。在闸门开启程度、上下游水位、闸底高程、闸门宽度等参数相同的条件下，不同计算方法的过闸流量理论上是相同的。但采用上述两种不同堰流计算方法，计算结果相差较大；需进一步确定哪种计算方法更为合理，为后期闸门调度提供计算依据，避免因为闸门调度不利影响石室堰下游需水流量。
2.2 不同过闸流量原因分析
上述两种不同堰流计算方法得到的过闸流量存在误差主要原因是计算参数发生相应的改变，一般堰流计算公式的变量参数包括流量系数.png)
、淹没系数.png)
、侧收缩系数.png)
，高淹没度堰流计算公式的变量参数仅有综合流量系数。由于两种堰流计算公式的变量参数不一致，无法直接进行判断差别。
根据《二种堰流计算公式下平底闸闸门净宽不同的原因分析》[5]，堰流计算结果不同的原因主要是淹没堰流流量系数.png)
和非淹没堰流流量系数.png)
不同。当堰流状态处于高淹没度情况下，采用一般堰流公式（式2-1）进行计算时，需修正堰流流量系数.png)
值。
3 采用淹没系数修正后的一般堰流计算方法
根据《二种堰流计算公式下平底闸闸门净宽不同的原因分析》[5]和《水闸》[6]（第一版），得到修正后的淹没系数.png)
计算公式：
.png)
（式2-8）
.png)
（式2-9）
.png)
（式2-10）
.png)
（式2-11）
式中：.png)
为淹没流速系数；.png)
为非淹没流速系数。
根据确定的相关数据，流量系数.png)
为0.385，侧收缩系数.png)
为0.966，hs/H0为0.99，根据式2-9和式2-10计算得到高淹没度工况下流速系数.png)
为0.962，进一步求解得到淹没系数.png)
值为0.282。流量系数.png)
、淹没系数.png)
、侧收缩系数.png)
将淹没系数.png)
代入一般堰流计算公式进行计算，得到过闸流量为13.90m3/s，与高淹没度堰流计算公式得到过闸流量12.90m3/s相比，相对误差为7.7%，相对误差较未修正前减少30.4%。上述计算结果表明，过闸流量采用淹没系数修正后的堰流计算方法和高淹没度堰流计算方法基本一致。
4 结语
平底闸门为堰流时，计算过闸流量可采用一般堰流计算方法和高淹没度堰流计算方法。当堰流处于高淹没度条件下，一般采用高淹没度堰流计算方法较为合理。本文通过对一般堰流计算方法中的变量参数淹没系数.png)
进行修正后，也可采用一般堰流计算方法进行计算。
参考文献：
[1]郑俊华.当商业遇到农业——围绕浙江石室堰的水利纠纷[J].农业考古，2013，（1）：128-132.石室堰安全供水方案
[2]衢州市水利水电勘测设计有限公司.石室堰安全供水方案[R]，2015.
[3]江苏省水利勘测设计研究院有限公司.水闸设计规范（SL265-2016）[M].北京：中国水利水电出版社，2016.
[4]水利部水利水电规划设计总院.水工设计手册：第一卷.北京：中国水利水电出版社，2015.
[5]阮晓波，杨凯二种堰流计算公式下平底闸闸门净宽不同的原因分析[J].水电能源科学，37（9）：166-168.
[6]张世儒.高逸士.夏维城.水闸.北京：水利出版社，1980.
论文作者:杨凯1,阮晓波2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/3/16
标签：系数论文; 石室论文; 计算方法论文; 流量论文; 闸门论文; 下游论文; 计算公式论文; 《基层建设》2019年第28期论文;