公式计算与水工模型试验结果的比较研究

采用临淮岗试验实测资料,并结合安徽、江苏、山东三省淮河干流、茨淮新河、怀洪新河、沂沭泗流域、南水北调东线工程及长江流域水阳江水系11座大中型水闸详细的水力设计及水工模型试验参数,其泄流量Q 为665～4100m3/s,过闸落差在0.08～0.20m 范围,淹没度hs/H0＞0.97,属典型的低落差、高淹没度水闸。上述水闸大部分已投入使用,在1991年、2003年淮河两次洪水发挥了重要作用,经受了考验。

分别利用式(3-1)、式(3-2)(下称第一公式)和式(3-3)、式(3-4)(下称第二公式)对上述水闸进行泄量计算,并与相应的水工模型试验实验流量进行对比计算。

1.第一公式计算结果与分析

当计入闸前行进流速v0时,各闸第一公式计算结果与试验实测资料吻合性较好,有5座闸相对误差小于5%;8座闸计算结果偏大,3座闸计算结果偏小。总趋势是第一公式计算结果偏大,但相对误差较小。侧向进水闸的误差大于正向进水闸。

鉴于规划设计部门从工程安全角度考虑和为了计算方便,在规划设计阶段进行水力计算时,往往不计行进流速v0(对侧向进流水闸,没有试验资料条件下,v0计算与取值往往比较困难),各闸计算泄量普遍小于试验泄量,相对误差达-10%～-20%。由此可见,对于平原低落差、高淹没度水闸,其行进流速水头占过闸总水头的比重较大,忽略行进流速水头,将导致计算泄量偏小10%～20%。

计入行进流速水头条件下淹没度计算值σs与相应实测值,其误差趋势与泄量计算结果一致,σs计算值总体较实测值偏大,但相应误差较小。(www.xing528.com)

2.第二公式计算结果与分析

采用第二公式,各闸计算泄量均小于实测泄量,相对误差小于-10%的共5座,-10%～-20%之间的共6座。第二公式绝对误差大于第一公式。若不计入闸上行进流速v0,计算泄量偏小10%～35%,此种情况下,工程规模明显偏大,将造成不必要的浪费。

3.对采用 《规范》 泄流计算公式的建议

由上述分析,第一公式计算泄量偏大,第二公式计算泄量偏小,前者相对误差显著小于后者,在规划设计阶段,可直接采用第一公式计算泄量,然后利用水工模型试验进行验证。若不具备试验条件,建议采用第一公式与第二公式计算泄量的平均值作为规划设计泄量。该均值比较接近实测泄量,相对误差小于第一公式与第二公式。但在多数情况下,此均值仍小于实测值,计算结果是偏安全的。