摘要：闸门流量系数的准确率定是灌区引水流量计算及水资源配置的重要依据。通过对吉林省公主岭市南崴子灌区渠首段进行水文测验，获得水位、流量等数据；再通过统计计算，分析了流量系数与闸门上下游水位差、流量系数与闸门相对开度以及流量系数与下游流量之间的关系。结果表明，流量系数与闸门上下游水位差呈负相关关系，而流量系数与闸门相对开度、流量系数与下游流量呈正相关关系，而且相关系数均在0.8以上。
关键词：南崴子灌区；渠首闸门；流量系数；水文测验
中图分类号：TV698 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2015）03-0413-04
Abstract：Accurate determination of gate flow coefficient is very important for the water resources allocation and calculation of the discharge into the irrigation district.Based on the hydrological tests of the canal head in Nanweizi Irrigation District of Gongzhuling City in Jilin Province，we obtained water level and flow data.The relationships between the flow coefficient and water level difference of gate upstream and downstream，flow coefficient and relative opening degree of the gate，and flow coefficient and downstream flow were obtained using the statistical calculations.The results showed that flow coefficient is negatively correlated to the water level difference between gate upstream and downstream，whereas flow coefficient is positively correlated to the relative opening degree of the gate and the downstream flow，and all correlation coefficients are above 0.8.
Key words：Nanweizi Irrigation District；canal head gate；flow coefficient；hydrological test
灌区渠首闸门流量系数的准确率定是引水流量计算及水资源配置的重要依据，因此有许多学者对其进行过研究：党九社[1]在研究桃曲坡水库高洞平板闸门流量系数时，通过试验分析认为闸门边界条件对流量小的约束影响大，而对流量大的影响约束反而小；李玲等[2]认为闸门的流量系数公式应该随着闸门前和闸门后的水流流态等条件的变化而调整；邱静等[3]结合东深供水原水生物处理工程生物池出水闸过流量物理模型，对宽顶堰平板门闸孔出流流量系数进行了研究；田间等[4]认为常规设计的闸墩结构和闸室上下游连接段为矩形断面的无坎宽顶堰，其流量系数在0.36～0.375 之间取值更为适宜；苗宝广等[5]通过对有压隧洞流量系数与闸门开度关系的研究，认为闸门开度越小，则水流的沿程水头损失和隧洞其他部位局部水头损失越小，而闸门附近的局部损失越大；刘晓庆等[6]通过室内的物理模型试验对水力翻板闸门流量系数进行了研究，认为采用流量系数与相对开度的多项式函数关系式来确定水力翻板闸门的流量系数时，其结果的精度高；马永红等[7]采用无压隧洞过水流量计算公式对梨树灌区渠首闸门系数进行了率定，得出最大和最小流量所对应的流量系数分别为0.77和0.64，取其平均值为0.71；樊晶晶等[8]采用Fluent软件对平板闸门小开度的闸前水头与闸门开度进行了研究，认为采用数值模拟的方法研究小开度闸门后的水流特性是可行的；穆祥鹏等[9]结合实验室水槽数据和现场观测数据，对基于传统的能量方程和量纲分析的方法的弧形闸门流量计算进行了对比分析，为闸门的水力学计算提供了依据；贾西斌[10]认为，《水闸设计规范》SL 265-2001中公式（A.0.1-1）不适于高淹没度的开敞式水闸。
本文拟利用在天然渠道水文测验获得的水位、流量等数据，探讨闸门流量系数与上下游水位差、闸门的相对开度和流量之间的统计关系，并分析影响闸门流量系数的因素，从而准确确定闸门流量系数，为灌区引水流量的计算和合理分配提供理论支撑。
1 资料和方法
1.1 研究区概况
南崴子灌区位于吉林省公主岭市以西，东辽河右岸，是由二龙山水库提供水源的中型自流灌区。地理坐标位于东经124°40′至124°45′，北纬43°24′至43°33′之间。灌区整体沿东辽河右岸呈长条形分布，南北长约18 km，东西平均宽5 km；地势东北高，西南低，地面坡度在1/1 500～1/2 000左右；海拔高程在188 m至174 m之间。灌区内土壤主要为有机质含量较高的黑色草甸土和黄色冲积土，以及由此演变成的水稻土。灌区属于温带大陆季风气候，多年平均降雨量是413 mm。
灌区始建于1938年，1945年因故停建。建国后，参照初建规模进行续建，到1985年共建成引、排水干渠8条，支渠19条，闸、涵、渡槽、跌水等建筑物114座，电灌站6座。2012年，对灌区渠首进水闸进行了改造，即采用了：开敞式宽顶堰型式闸室、尺寸为3孔2.0 m×2.0 m的胸墙闸孔，2 m×2 m的铸铁闸门、10 t的手电两用启闭机。闸底板座落在含细粒土砂层上。消力池为混凝土U型槽，采用底流式消能。
1.2 研究方法
1.2.1 水位的观测
为了准确测定闸上、下游的水位变化过程以落差大小。根据《灌溉渠道系统量水规范》（GBT 21303-2007），水尺、断面设置在水流平稳且不易受水流行进流速以及水跃影响的地方，并采用四等水准测量引测水尺零点高程，即闸前水尺设在闸上游左侧混凝土挡水墙上，编号为P上；闸下水尺设立在闸下游远端混凝土挡水墙上，水尺与消力池末端距离为消力池进口至闸门距离的三倍左右，编号为P1，见图1。水尺板使用喷漆陶瓷钢板制作，刻度标记为1 cm的国家标准，P1水尺设在水面较稳定处，作为闸下水位采用值较有代表性。水位观测结果见图2。
1.2.2 流量的测定
流量的测定内容包括流速和断面面积，前者采用LS-68和LS-78型流速仪测定，后者则采用船上悬杆悬吊的方法进行测量，测深垂线间距一般取2.00 m，个别水深变化较大处则加密为1.00 m，以控制断面变化的转折点。用测深杆测定水深，连续施测两次，误差在允许范围内时取其平均值。
按照“河流流量测验规范（GB 50179-93）”，针对闸门开启情况（高度、孔数），上下游水位的不同组合均匀分布流量测次，每个流量级要实测1～4次，以满足数据的代表性和分析要求。
测验分三个阶段，第一阶段：泡田期，流量较大，5月18 日至5 月21日，测次为1～10次，流量为2.67～10.4 m3/s；第二阶段：保苗期，流量适中，5月28日至5月31日（11～21次），流量为4.84～8.55 m3/s；第三阶段：生长期，流量较小，[JP3]6月11日—6月26日（22～40次），流量为0.604～6.08 m3/s。实测流量结果见表1，其流量变化过程见图3。
3 结语
为了确定东辽河南崴子灌区渠首闸门流量系数，本文利用水位、流量等水文要素的实测数据，分析了水位流量关系、闸门流量系数与上下游水位差、闸门相对开度、流量之间的关系，得到闸门流量系数与不同因子之间的相关系数均在0.8以上。
本次水文测验分布在灌区的泡田期、保苗和生长期，测次在各个时期均匀分布，因此所计算的闸门流量系数具有代表性。
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