田关泵站采用不同流量公式的分析探讨

1 分析的目的与意义

目前，随着水文事业的不断深入发展，水文领域的科技创新也在不断突破。但是，某控制断面水量的监测，尤其是在水工建筑物流量监测仍是当前水文行业所面临的难点，其主要因素是受人类频繁调控影响。而水工建筑物出流也有自身的显著特点，其优点是易于各流态的率定，规律稳定且精度较高；缺点是只能掌握出现流态的规律性，给全面研究带来一定的困难。因此，此次分析的主要目的仍是对水工建筑物出流的深入研讨，以确定选择合理的出流公式。

2 基本情况

2.1 流域概况

田关水文站属长江流域内荆河水系田关河。四湖流域为内荆河流域的别称，田关河属四湖西干渠水网区。四湖经过多年的水利规划，已形成了四大排水区域，区内地势是西北高，东南低，其中丘陵面积2030km² ，平原湖区面积1210km2。

田关河由人工河道和内荆河故道组成，人工河道于 1958 年开挖，其上游为长湖，下游为东荆河。为了引长湖水灌溉，同时也成为四湖上区的泄洪河道。该河由长湖经刘岭闸为入口，其河段大部分在潜江市境内，河道顺直，全长30.2 公里。

田关河流域属北亚热带大陆性季风湿润气候，四季分明，雨热同季。

2.2 水文站网分布情况

田关河流域属四湖上区与中区的交界处，水网纵横，各河道、渠道之间均有涵闸泵站衔接，因此水量交换频繁。该流域内共有水文站 8 个，降水站13 个，水位站3 个，水质监测断面10 个。

2.3 水文站基本情况

2.3.1 测站概况

田关水文站始建于 1963 年 5 月，位于湖北省潜江市周矶办事处田关闸，为田关河与东荆河交汇处。现有 2 个测流断面，即田关（闸上）站和田关（泵站）站测流断面，控制四湖上区经田关闸（田关泵站）的进出水量。田关泵站始建于1989 年，于1990 年12 月设立田关（泵站）站，观测项目为流量。

2.3.2 测站水流特征

田关水文站地处亚热带季风区，具有明显和季节性，四季分明，雨量充沛。该站降水量年内分布不均，主要集中在 4-9 月。河道高水位一般出现在汛期，冬春枯水季节水位一般较低。田关河水位受水利工程影响较大，汛期或多雨期多排，枯季或少雨则保水。该站进出流均受田关闸（田关泵站）控制，控制条件良好。

3 流量测验和公式选用

3.1 流量测验的历史情况

田关泵站建设的目的主要用于电机抽水排涝。田关（泵站）站于1990 年 12 月设立，隶属田关水文站。田关（泵站）站只收集流量资料，至 1998 年收集流量资料共 53 次，并采用效率法公式进行分析率定，通过三种检验和 t 检验，率定出历年综合线，并报当时领导机构批准使用，目前该线关系良好。

3.2 公式的选用及率定线分析情况

田关泵站效率公式采用《水文资料整编规范》（SL/T 247-2020）中公式 Q=η ′ N/9.8h 。率定采用 1992～ 1998 年资料进行分析，均满足《水工建筑物与堰槽测流规范》（SL537-2011）第 3.3.1 条规定。实测流量资料为 53 次，以 h( 扬程 ) 作为相关因素，实测最大相关因素 6.40，最小相关因素 -0.07 。率定采用 1992 年 13 测次的流量资料进行校核。通过相关因素，η′ =09.8h/N 计算系数绘制 h～η^′ ′综合关系曲线图，通过点群重心绘一光滑曲线为率定线，其测次均能满足堰闸站定线精度指标。

图1 田关( 泵站) 效率率定线图

3.3 采用指数函数法的分析情况

3.3.1 分析指数函数法的原因

在理论上田关泵站开泵排水必须是外河水位高于内河水位，但在实际运行过程中当外河水位低于内河水位时也有开机排水的现象发生，在以上两种情况下会出现外河与内河水位相同的现象，会造成出流公式 Q=η ′ N/9.8h 不能使用的情况，即扬程 h=0 该公式就失去意义，无法计算出相应的流量。因此分析指数函数法的公式 Q=ηkNe^-εh ，如能得出适用结论，则能避免上述的现象发生后的流量推求情况。

3.3.2 采用指数函数法的数据计算分析

采用 1992 年至 1998 年共 40 次流量测次成果，采用单对数纸点绘测点，经过分析计算，并通过点群重新绘制了关系线（见图3.3.1），采用指数函数法进行分析，通过绘制关系线，得出指数公式 y=0.0233e^-0.143x , 按照公式 Q=ηkNe^-εh 可得出 ηk 和 ε 对应值分别是 0.0233 和 0.143. 。