南四湖二级坝枢纽泄流分析

山东农业大学学报（自然科学版），２０１３，４４（１）：１０２—１０７　Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　

南四湖二级坝枢纽泄流分析　

张健　，刘继军　，张　涛　

（１．河海大学水文水资源学院，江苏南京２１００９８；２．济宁市水文局，山东济宁２７２０１９）　

摘要：南四湖二级坝水利枢纽改造后，堰闸泄流条件发生变化，根据水文规范，利用声学多普勒流量仪（ＡＤＣＰ）收　集资料，对现有泄流量推求曲线进行了分析验证。通过实测资料分析表明，泄流曲线已不适用改造后的工程出　

流条件，初步分析的部分流态系数曲线符合堰闸规律和二级坝工况实际。提出根据工程改造治理后的现状条　

件，开展二级坝泄流曲线以及湖区行洪研究的建议，为防汛调度、南水北调洪水资源利用提供准确可靠的技术支　

撑。　

关键词：南四湖；二级坝水利枢纽；流量测验；泄流曲线　

中图分类号：ＴＶ１２３　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—２３２４（２０１３）Ｏ１—０１０２—０６　

ＶＥＮＴ　ＴＲＡＦＦＩＣ　ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＯＦ　ＮＡＮＳＩ　ＬＡＫＥ　ＴＷＯ—ＤＡＭ　ＷＡＴＥＲ　ＣｏＮＳＥＲＶＡＮＣＹ　ＨＵＢ　

ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎ　，ＬＩＵ　Ｊｉ—ｊｕｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｔａｏ　

（１．Ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｎａｍｉｎｇ　２１００９８，ｅｈｎｉａ；　２．Ｈｙｄｒｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｏｆｆｉｃｅ　ｏｆ　Ｊｉｎｉｎｇ　Ｃｉｔｙ。Ｊｉｎｉｎｇ　２７２０１９，ｃｈｎｉａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎａｎｓｉ　ｌａｋｅ　ｏｆ　ｔｗｏ—ｄａｍ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｈｕｂ，ｔｈｅ　ｗｅｉｒ　ｇａｔｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　

ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｃｈａｎｇｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｄｏｐｐｌｅｒ　ｆｌｏｗ　ｍｅｔｅｒ（ｏｆ　ＡＤＣＰ）　

ｔｏ　ｃｏｌｌｅｃｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｖｅｎｔ　ｆｌｏｗ．Ｄｅｒｉｖｉｎｇ　ｃｕｒｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｄａｔａ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｓ—　

ｃｈａｒｇｅ　ｃｕｒｖｅ　ｉｓ　ｎｏ　ｌｏｎｇｅｒ　ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｆｌｏｗ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　

０ｆ　ｔｈｅ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｃｕｒｖｅ　ｉｎ　ｌｉｎｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｗｅｉｒ　ｇａｔｅ　ｌａｗ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｗｏ—ｄａｍ．Ｉｔ　

ｉｓ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇｏｖｅｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｏｕｔ　ａ　ｔｗｏ—－ｄａｍ　

ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃｕｒｖｅ　ａｎｄ　ｌａｋｅｓ　ｆｌｏｏｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｆｌｏｏｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　

Ｓｏｕｔｈ　ｆｌｏｏｄ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｕｓｅ　ｐｌａｎｎｉｎｇ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｔｈｅ　Ｎａｎｓｉ　ｌａｋｅ；ｔｗｏ—ｄａｍ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｈｕｂ；ｔｒａｆｆｉｃ　ｑｕｉｚ；ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃｕｒｖｅ　

随着南四湖二级坝水利枢纽工程改造及湖区清障工程治理的逐步　出流条件得到改善，泄洪能力明显增强，现有泄流曲线是否适合现状出　，湖区行洪逐渐畅通，二级坝闸　

件，已成为二级坝枢纽工程洪　

水调度的突出问题。南水北调东线工程的实施，南四湖上下级湖将成为南水北调调水调蓄的重要湖泊，二　

级坝枢纽工程成为南水北调东线第ｌＯ级泵站。对此研究二级坝泄流量的变化，确立现状出流条件的流量　

推求模型，满足防汛和洪水资源利用等方面的需要，是目前亟待解决的问题。　

１　

１．１　基本情况　

流域概况　南四湖位于山东省南部，是　个南北狭长的湖泊，为我国第六大淡水湖，由南阳、独山、昭阳、微山四个　

收稿日期：２０１０—０８—１２　作者简介：张健（１９８８一）硕士研究生，研究方向，水文不确定理论及水灾害防治。　通讯作者：Ａｕｔｈｏｒ　ｆｏｒ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ．Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｊｉａｎ３４３＠１２６．ｃｏ

ｍ　第１期　张健等：南四湖二级坝枢纽泄流分析　・１０３・　

湖泊相连而成。１９５８年，在湖腰最窄处的昭阳湖，修建了二级坝水利枢纽工程（简称二级坝），坝长７．３６　ｋｍ。二级坝将南四湖分为上下两级湖。南四湖总库容５３．７２亿ｍ　，其中上级湖２２．２７亿ｍ。，下级湖３１．　

４５亿ｍ　，具有调节洪水、蓄水灌溉、发展水产、航运交通、改善生态环境等多重功能。　

南四湖流域承接苏、鲁、豫、皖四省三十二个县（市、区）的来水，人湖河流５３条。主要人湖河流有梁　

济运河、洙赵新河、万福河、东鱼河、复兴河、洗府河、泗河、白马河、城郭河、新薛河、薛城沙河等。流域面积　

为３１６８０　ｋｍ　，其中上级湖流域面积为２７５００　ｋｍ　，下级湖流域面积为４１８０　ｋｍ　。湖东为山丘区，湖西为黄　

泛平原，南部为流域出口，洪水通过韩庄运河、伊家河、老运河及不牢河下泄。　

南四湖是浅水型湖泊，湖内水生植物繁茂，生长大量的芦苇等水生植物，湖内还纵横交错、不规则地分　

布着许多航道、船沟及用于捕鱼捞虾的埝埂。部分人湖河道因引水和排水而向湖内挖槽堆土形成的堤埂　

影响行洪。严重阻碍湖内洪水下泄。　

１．２工程情况　

南四湖二级坝位于昭阳湖的最窄处，自东向西建设溢流坝、第一节制闸、南水北调提水泵站、船闸、第　

二、三节制闸、第四节制闸（未启用），中间由土坝连接。正常年份泄洪均由第一、二、三节制闸，三座闸均　

为直升式矩形平板门、平底闸，闸底高程各闸不等为３Ｏ．５　ｍ～３１．５　ｍ。三座闸主要工程技术指标见表１。　

表１　二级坝水利枢纽主要工程指标一览表　Ｔａｂｌｅ　１　Ｌｉｓｔ　ｏｆ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｄａｍ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｗｏｒｋｓ　

备注：三座Ｉ嗣设计水位：Ｉ圃上３６．８７　ｍ，Ｊ　Ｆ　３６．２０　ｍ。　Ｎｏｔｅ：Ｔｈｒｅｅ　ｇａｔｅｓ　ｗｅｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｗａｔｅｒ　ｌｅｖｅｌ：３６．８７ｍ　ａｂｏｖｅ　ｔｈｅ　ｂｒａｋｅ，３６．２０ｍ　ｕｎｄｅｒ　Ｔｈｅｂｒａｋｅ　为解决南四湖区行洪不畅问题，１９９８至２００６年沂沭泗河东调南下续建工程进行了二级坝三座节制　

闸的除险加固改造，堰闸形式、开启方式、闸门尺寸等发生了改变，全面实现了堰闸工程控制运用的现代　

化。进行了湖内浅槽工程开挖，上游实施南阳岛东西两侧卡口段，下游进行了二级坝下游东股引河至微山　

湖段浅槽清障疏通，提升了湖区洪水的宣泄能力。　

１．３水文　

南四湖自上而下设有辛店、南阳、马口、微山、韩庄（微）５处水位站，二级坝、韩庄闸２处水文站。上游　

主要人湖河道布设８处水文站控制人湖水量。二级坝三座节制闸，总设计下泄流量为１２４２０　ｍ　／ｓ，由于　

上、下游行洪不畅等诸多原因，二级坝下泄洪水一直未达到设计能力。三座闸正常调节水量时一般以淹没　

孔流为主，大量泄洪期间一般以淹没堰流为主；下游水位较高时，运行期间常出现水头差小于０．０５ｍ情　

况，失去堰闸控制作用，近似于河道行洪。　

二级坝水文站于１９８６年以前，各闸流量均为实测，测验方法主要采用流速仪法和浮标法，使用测船、　

水文绞车等施测。由于二级坝各闸过水断面宽，闸上下游输水河段短，水流出闸后极不稳定，加之当时测　

验设备落后，测验条件差，流量测验精度低，经上级批准于１９８７年二级坝流量改为水力学法推求。　

水力学法确定的流量推求公式及流速系数，主要依据工程设计资料和有关水力学教科书，流速系数取　

经验系数，此方法在１９９３年南四湖流域发生较大洪水时，暴露了水力学推流方法中存在一定问题。大水　

过后，组织专门人员，参考１９８６年前实测水文资料，按照部颁《水工建筑物测流规范》，对推流方法和系数　

曲线进行了分析修正，重新确定了一套适用于不同节制闸各种流态下的推流曲线，经淮委沂沭泗局组织有　

关专家评审批准使用至今。　

２泄流量勘测分析　

２．１测验设施及方法　

为准确掌握二级坝枢纽各闸泄洪情况，收集流量资料，分析验证目前使用的泄流曲线精度，利用先进　

的无线声学多普勒流速剖面仪（简称ＡＤＣＰ）进行了二级坝各闸行洪流量校测。声学多普勒流速剖面仪是　・１０４・　山东农业大学学报（自然科学版）　第４４卷　

当今世界先进测流仪器，仪器性能稳定，是一种快速、有效的测流设备。当装备有ＡＤＣＰ的测量船沿河流　

某一断面航行至对岸，即测出该断面流量，与传统的流速仪法相比，速度快，精度高，符合水文测验规范要　

求。　

测验断面布设。经过对工情和水情的实际查勘，各闸闸上下游水头差小、测流断面较宽、水流平稳、闸　

上下游水面开阔、测验河段较短，流量测验断面布设在消力池末端闸下８０　ｍ左右，断面形状为梯形，两岸　

石砌护坡，水位较高时受回流影响，断面下游水流有分叉，分别向两侧扩散。　

２．２湖区洪水情况　

洪水流量测验主要选择近年来主要工程完成后，二级坝有较大泄洪过程的２００５、２０１０年资料。受降　

雨影响，２００５年９月南四湖上下级湖水位迅速大幅上涨，最大涨幅达０．７０　ｍ，上级湖最大蓄水量达ｌ６．１７　

亿ｍ。，为近三十年来的最高值；为有效缓解南四湖防汛压力，９月２０日１３时、１９时３０分二级坝水利枢纽　

三闸８０孔、一闸３５孔泄水闸全部提出水面，９月２１日１８时二闸５５孔全部提出水面泄洪，二级坝枢纽最　

大泄洪流量９月２０日１９时３０分达２１８０　ｍ　／ｓ。　

２０１０年７月１８日７时１８分南四湖二级坝二闸开闸泄洪，泄洪流量５２０　ｍ。／ｓ，１８日１１时加大到　

１０００　ｍ　／ｓ，１８日１１时一闸开闸泄洪，二级坝闸总下泄流量１５６０　ｍ　／ｓ，上级湖累计下泄水量２．２７亿ｍ　。　

２．３流量校测　

．　２００５年９月２０日及２０１０年７月２１日二级坝泄洪期间，根据三座闸运行情况，流量测验在各闸测验　

断面利用ＡＤＣＰ分别进行，按照上下游水位及流量变化情况合理布设流量测次，各闸流量测次基本能控制　

流量变化过程。　

二级坝一闸测流６次，二闸测流８次，三闸测流７次，控制最大水位变幅１．０４　ｍ，实测最大流速１．　

５５ｍ／ｓ，实测最大过闸流量２６００　ｍ　／ｓ单次往返流量测验误差在３％以内。　

由于二级坝开闸泄洪期间水流比较平稳，同时，闸下测流断面布置合理，ＡＤＣＰ测流有效避开了不利　

因素影响，各次流量测验精度均较高，基本不存在测验盲区。　

２．４校测成果分析　２．４．１　泄流曲线的误差分析根据二级坝枢纽ＡＤＣＰ实测流量资料，按照堰闸控制运用情况，利用推流　

曲线推求相应流量，计算泄流曲线推流误差，分析泄流曲线精度。分析成果见表２．４—１。