摘要：流量是反映水资源，湖泊，水库等水量变化的一个基本资料，也是河流最重要的水文要素之一，它对于水文预报洪峰到达的时间提供重要依据。而且随着近年来中央和省水利厅对水文工作的重视，流量的计算已愈加重要。本文针对东山头这个特殊的站点从四种不同的状态即由堰、由孔、淹孔、淹堰对它的流量进行了具体的分析，为下游站点的洪水预报及下游渔民捕鱼提供科学的水文依据。

  关键词：东山头，自由式堰流流量，自由式孔流，淹没式堰流，淹没式孔流。

  引言：东山头水文站于1961年5月由湖北省水利厅设为水文站，于1965年5月改为水位站，观测闸上、闸下水位。1985年5月改为水文站。本站位于孝感市孝南区东山头闸，上有由汉北河入沦水，下游出老府河后汇入长江，是汉北河主要控制站。属堰闸控制站。断面在右岸旧沦水上修船闸一座及新闸2孔，控制断面5孔平底闸，孔宽5米，新闸孔宽7米。测流断面河床由黏壤土组成，两岸由片石护坡，断面稳定。闸门河底高程为Z_a=18米，新闸闸门高度e=6米。

  （1） 几种不同的流态定义

  由堰：当闸底高程和开高之和高于上游水位，且下游水深足够小，不影响出流时，称为自由式堰流。

  淹堰：当闸底高程和开高之和高于上游水位，且堰闸下游水位会影响出流的大小及溢流的状态称为淹没式堰流。

  由孔：当闸底高程和开高之和低于上游水位，且下游水位低于闸底高程和开高之和，就不影响闸孔出流的大小，称为自由式孔流。

  淹孔：当闸底高程和开高之和低于上游水位，且下游水位高于闸底高程和开高之和，就会影响出流量的大小，称为淹没式孔流。

  （2）不同流态的计算方法

  记上游水位为Z_u，下游水位为Z_l ，e为闸门开高，B为闸门开启总宽度，C₁为自由堰流流量系数， 为淹没系数，M₁为自由孔流流量系数，M₂为淹没孔流流量系数。h_u为上游水头，△Z为上下游水位差，h_c为收缩水深。

   1、当流态为自由式堰流时，即有 ， ，对于东山头这个具体站点来讲，就有 ， ，此时流量Q为：

                            （1-1）                                 （1-2）

图1-1  东山头由堰相关因素和流量系数曲线

其中，横轴为相关因素h_u,纵轴为流量系数C₁ .

  2、当为淹没式堰流，则有 ， 。对于东山头这个具体站点来讲，就有 , ，此时流量Q为：

                                   （1-3）            

图1-2  东山头淹堰关系线性曲线

  3、当流态为自由式孔流时，即有 ， 。 对于东山头这个具体站点来讲，就有 , ，此时流量Q为：

                            （1-4）

                                    （1-5）

图1-3  东山头由孔相关因素和流量系数变化曲线

  其中，横轴表示相关因素e/hu ，纵轴表示流量系数M₁ 。

  4、当为淹没式孔流，则有 ， 对于东山头这个具体站点来讲，就有 ， 时，此时流量Q为：

                             （1-6）

                                （1-7）

图1-4东山头由孔相关因素和流量系数变化曲线

其中，横轴为相关因素e/h_u,纵轴为流量系数M₁

  （3）不足与展望

   1、在本文中，只是根据经验来选取0.22作为淹堰和由堰的区分标准。并没有通过研究东山头实际的大断面图来探究为什么是这个值。

   2、在拟合相关系数和流量关系之间函数关系时，本文将所有实际测量中的点都模拟进去，剩下的点通过函数近似推导，与实际可能有小许误差。

 （4）结论与讨论

   1、东山头水文站，由于测站的地理条件和对水资源的充分利用，一般情况主要是淹孔和堰流两种模式。

   2、在相关因素和流量系数关系的曲线中，期许找到一种理想的曲线函数，使每个相关因素都有比较准确的与之对应的流量系数，而且可以直接计算出来。

   3、期待运用一种语言，只需要知道知道上游水位，下游水位，开高和开闸个数就可以不需计算直接获取流量值。