跨流域调水工程退水闸敏感性分析

分水口(退水闸)出流流量变化会引起渠道水位的波动,这一影响可用敏感性来表征。已有研究分析了分水口流量变化速率、分水变量占渠段流量比例和分水口流量变化幅度这3个参数对敏感性的影响,结果表明敏感性仅由分水口流量变化幅度决定。但是,已有研究的敏感性分析是针对分水口(退水闸)流量变化后,分析分水口(退水闸)断面水位在1h内的变化速率。而南水北调中线干线工程以闸前常水位的方式运行,实际调度过程更关注节制闸闸前水位,并且渠道中的水尺也仅立在节制闸闸前闸后,分水口(退水闸)处没有水位测量,已有研究不符合实际运行调度管理的需求。因此,本研究分析分水口(退水闸)流量变化对渠池下节制闸闸前水位的影响,为工程实际运行调度管理提供技术支持。

以第1个渠池(陶岔渠首闸—刁河节制闸)的肖楼分水口为例,介绍敏感性求解过程。渠池初始状态假设为3种状态:节制闸闸前水位为设计水位,渠池流量分别为设计流量的30%、50%和70%;模型计算步长为600s;并假设各种流量变化均在在600s完成,刁河节制闸闸前水位在前1h的变化结果见表3.15。从表3.18中可发现,同一工况下,即使肖楼分水口分水流量变化的初值和末值不同,只要变化幅度相同,刁河节制闸水位变化就相同,结果见表3.19。

表3.18　肖楼分水口流量变化各工况对应的闸前水位变化结果

表3.19　肖楼分水口各流量变化幅度对应的闸前水位变化结果

通过对表3.19所得数据的整理,进行曲线拟合,可以得到分水口流量变化幅度和闸前水位变化速率的关系曲线,如图3.9所示。

图3.9　肖楼分水口流量变化幅度和闸前水位变化速率的关系曲线

在不同的渠道输水量下,拟合公式可表示为(www.xing528.com)

30%的输水流量:y=0.031x+0.0005

50%的输水流量:y=0.027x

70%的输水流量:y=0.0022x

输水流量的平均值:y=0.0027x+0.0005

式中:y为闸前水位变化的速率;x为分水口流量的变化幅度。

渠道敏感性指标表示如下:

式中:S为基于闸前水位的敏感性指标;ΔH为渠道在过渡过程中分水流量的变化幅度;ΔQ为过渡过程中的分水流量。

可以看出该敏感性指标S即为上述分水流量变化与闸前水位变化速率的关系曲线的斜率。因此可确定出渠段流量分别设计流量的30%、50%和70%下的敏感性分别为0.0031、0.0027和0.0022。而由闸前水位下降速率平均值求出的敏感性为0.0027,因为各分水流量变化幅度下闸前水位下降速率的标准差为0.0005(极小),因此0.0027即为肖楼分水口的敏感性指标,那么肖楼分水口允许的流量变幅为55.6m3/s。