Page 116 - 2025年第56卷第2期
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１ ｎ ２
ＲＭＳＥ＝ ∑ （Ｑ －Ｑ ） （５）
槡
ｃｉ
ｍｉ
ｎ ｉ ＝１
３
３
式中：Ｑ 为流量观测值，ｍ ?ｓ；Ｑ为流量计算值，ｍ ?ｓ；ｎ为试验组数；ｎ为绝对百分比误差小于 ５％
ｍ ｃ ５
２
的数据量；Ｒ用于评估预测结果与观测结果的拟合程度，ＣＰ 、ＭＡＰＥ、ＭＲＥ和 ＲＭＳＥ用于衡量模型
５％
２
的预测精度；除 ＣＰ 与 Ｒ外，其他参数数值越小，表明模型预测流量越准确。
５％
３ 闸门流态辨别与水力特性
根据试验结果，明确了测控闸门流态转变的阈值，并对闸门堰流和孔流的水力特性进行了深入分
析，为流量模型的构建提供重要依据。
３．１ 试验结果 通过 ２４２次水槽测试获得了闸前水深、闸后水位、流量、闸前弗劳德数等数据，具体
数据范围详见表 １。图 ４展示了过闸水流出现堰流或孔流的实况。图 ４中显示，当过闸水流为堰流时，
由于外形结构的作用，水舌向孔口形心处集中，导致水流与闸框接触处产生明显的收缩。当过闸水流
为孔流时，水流在水压驱动下从四周经孔口泄出，流束在闸框内无侧向收缩。
表 １ 试验收集的数据范围表
水流流态 闸前水位 Ｙ?ｍ 闸后水位 ｈ ｔ ?ｍ 流量 Ｑ ｍ ?（Ｌ?ｓ） 闸前弗劳德数 Ｆｒ ０ 试验组数
矩形薄壁堰流 ０．５１０～０．８１５ ０．３４５～０．５８５ ７．７３４～１１１．４１４ ０．００２～０．０４０ ２３
闸门堰流 ０．５３５～０．８２０ ０．３５８～０．５８０ ５．６１８～１０７．６８２ ０．００８～０．０４３ ４６
闸门孔流 ０．５２５～０．８６５ ０．３１５～０．５７５ ５．６１８～１０４．０２６ ０．００４～０．０４７ １７３
图 ４ 过闸水流实况图
３．２ 闸门流态识别 流态识别对于确定正确的方程以应用于矩形闸门的校核至关重要 ［６，２１］ 。测控闸门
存在堰流或孔流两种流态：孔流时，水流受闸门控制，闸前、后水面线不连续；堰流时，闸板与水流
无接触，过闸水流不受约束，其水面线是连续的 ［１４］ 。由于水流的惯性作用，流态可以相互转换。在临
界流态下，水流刚触及闸板底缘，但闸门尚未挡水。收集所有临界流态下的闸门开度 ｅ与闸上水头 Ｈ
的数据，计算临界相对开度 ｅ?Ｈ值，绘制出不同开度下 ｅ?Ｈ与过闸流量 Ｑ 的散点图，如图 ５所示。可
ｍ
见，随着流量的增加，ｅ?Ｈ的波动极小，可采用 ｅ?Ｈ的平均值作为流态转变阈值，即：
ｎ
ｅ
ｅ
( ) ＝ １ ∑( ) ＝１．０３３ （６）
Ｈ
ｃ ｎ ｉ ＝１ Ｈ
因此，在自由出流工况下，可以认为测控闸门的流态转变阈值为 １．０３３。具体判断方法为：当 ｅ?Ｈ ≤
１．０３３时，当前闸门流态为孔流；而当 ｅ?Ｈ＞１．０３３时，则闸门的流态被判断为堰流。确认流态后，根据
不同的流态选用相应的流量计算方法。
６
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