渭河下游河槽過洪能力數值計算推求方法探討

◎梁林江 石長偉

渭河“03”、“05”洪水后，渭河下游河道條件發生了較大的變化，主槽和灘地沖淤變化很大，河槽過洪能力普遍增大。而且隨著防汛搶險行政首長負責制的實施和落實，越來越多非專業人士直接參與到防汛搶險工作中。因此，探索數值分析計算推求渭河下游各河段河槽過洪能力，提供使用方便、技術可靠的方法，對防汛搶險工作有著重要的意義。

1 渭河下游水文站近年來河槽過洪能力分析

由于渭河下游咸陽～涇河口段心灘發育、河道分汊，有多股水流，涇河口以下河段曲流十分發育，系典型的自由曲流，主槽寬度比較一致，平水期河寬約300m～500m，曲流擺幅約為河寬的7～10倍，一般2000m～5000m不等[1]。因此，本文僅對渭河下游涇河口以下主槽單一的臨潼、華縣河段進行分析論證。

1.1 各水文站2003年～2005年灘面高程變化

根據渭河下游2003年～2005年實測汛前汛后大斷面確定臨潼、華縣站灘面高程。2003年秋汛洪水過程全河段灘面淤積抬升，咸陽、臨潼、華縣站灘面分別抬升 0.50m、0.20m、0.30m；2004年洪水未漫灘；而2005年洪水過程中由于洪水含沙量低，盡管全面漫灘，但灘面沒有明顯淤高。

1.2 渭河下游水文站水位～流量關系確定

由于2004年渭河下游臨潼、華縣站最大流量僅為 1240m3/s、1050m3/s，所以不確定2004年臨潼、華縣站水位～流量關系。2003年、2005年各站水位流量關系分析表明，2003年各水文站汛后水位～流量關系一般較汛前平行下移，表明汛期河槽均有一定程度的的沖刷下降；渭河下游1000m3/s、2000m3/s、3000m3/s臨潼水文站的水位汛后較汛前分別下降 0.65m、0.50m、0.35m，華縣水文站水位汛后較汛前分別下降1.7m、1.45m、0.95m。可見，“03”洪水中華縣河段沖刷最為劇烈，而臨潼河段沖刷相對較少，呈現“下沖多、上沖少”的特點。2003年汛后臨潼、華縣水文站河道主槽斷面面積較汛前分別增大41m2、443m2，這一變化趨勢變化充分顯示了這一特點。

2005年臨潼、華縣站水位流量關系變化不大，但變化趨勢仍為沖刷降低。2005年汛后臨潼、華縣水文站河道主槽斷面面積較汛前分別增大99m2、208m2，主槽斷面面積變化都略有增大充分表明了“05”洪水過程河道主槽是沖刷的[2]。

1.3 各站主槽過洪能力確定

根據歷年臨潼、華縣水文站灘面高程，以及擬定的各站水位～流量關系分析確定各站河槽過洪能力，2003年汛后臨潼、華縣河槽過洪能力分別比汛前增大600m3/s、1220m3/s。2005年汛前臨潼站比2003年汛后增大50m3/s，華縣站主槽近洪能力增大30m3/s，變化較小。

2 典型斷面河槽水力因子變化

從渭河下游各河段過洪能力及河道特性，以及支流匯入情況考慮，可以把渭河下游涇河口以下部分劃分為兩個河段：高陵～臨潼河段和臨渭～華縣（或稱渭南以下）河段。

各河段選擇灘槽明顯，具有代表性的典型斷面進行分析。經分析比較，高陵～臨潼河段以臨潼站、渭淤17為典型斷面，渭南以下河段以華縣站、渭淤3為典型斷面。分析表明：2003年汛后各斷面面積普遍增大 41m2～1288m2，最大渭攔7增大 1288m2，其次為渭淤 17、華縣站，臨潼站增加較小，僅為41m2。河槽展寬17m～191m，渭攔 7水面寬增加最多為191m，其次為華縣站。平均水深最大為渭淤3斷面2.82m。河相系數變小，說明河槽展寬刷深。2004年汛前與2003年汛后相比，河槽面積略有減小，河槽寬度有增有減，但變化不大。2004年汛后與汛前相比，河槽面積有增有減，河槽寬基本未變。2005年汛前與2004年汛后相比，華縣站河槽面積減小 492m2，渭淤 3、17斷面有所增加，臨潼站變化不大，華縣站河槽寬減小11m。

3 典型斷面水力因素與過洪能力關系

3.1 公式的推求

為了方便防汛人員的使用，本次擬用率定公式法直接推求典型斷面的過洪能力。公式推導如下：

其中：A斷面過水面積；V為斷面平均流速；R為斷面水力半徑；J為河段主槽平槽時水面比降；n為河段主槽糙率。

對河道河型和主槽形態大體一致的較短河段來說，其主槽糙率n值的變化很小，而主槽水面比降J對于一段較短河長來說變化也很小。即對河型一致、主槽形態大體一致的較短河段的主槽來說J1/2/n接近于一個無量綱常數K。因此，為了數值計算推求主槽過洪能力，對于河型、主槽形態和河床組成基本一致的較短河段的主槽過洪能力可由下式求得：

其中常系數K可由各水文站實測流量進行率定，C為修正常數。

3.2 不同河段常系數K的率定

根據臨潼、華縣水文站2003～2005年實測流量成果，取各站水位接近平槽時的實測流量成果，點繪臨潼、華縣站流量Q與AR2/3關系進行K值率定（見圖1，2）。從圖中看出，臨潼、華縣站實測流量與過水面積和平均水深（AR2/3）的相關關系很好，相關系數分別為R臨=0.86、R華=0.81；這充分說明前述分析中把J1/2/n概化為一個常數，在理論上是合理的，在實踐上正確可行的。

由圖1，2可以確定臨潼站K臨=0.5774、C臨=665.71，華縣站 K華=0.4787、C華=557.45，臨潼、華縣河段平槽時主槽的過洪能力可分別用下式計算：

其中：Q臨、Q華分別為臨潼、華縣斷面主槽過洪能力；其余符號意義同前。

3.3 臨潼、華縣河段過洪能力的驗證

由上述公式對2000年～2005年臨潼華縣的過洪能力進行計算，求得該河段的主槽過洪能力，并與常規水位～流量關系圖解法求得的主槽過洪能力進行比較。比較結果表明，一般情況下兩者相差小于15%，可以用來初步快速估算河段主槽的過洪能力。

3.4 各典型斷面過洪能力的推求

各典型斷面過洪能力依據上述公式推求，臨潼河段其它斷面用臨潼斷面公式⑶計算，華縣河段其它斷面用華縣斷面公式⑷計算，計算成果見表1。可以看出，同一河段由于受河灣和測量斷面與河道軸線交角的影響，相似河段不同斷面主槽過洪能力有一定變化，這是與水位～流量關系圖解法不同的。水位～流量關系圖解法由于做圖時參考了上下游斷面，推求的同一河段不同斷面主槽過洪能力基本相同，不能客觀反映不同斷面之間區別，但本次公式法顯示的差異，正是考慮和反映了斷面不同特點，克服了圖解法的不足。

表1 2005年臨潼、華縣河段典型斷面過洪能力計算成果表

表2 2006年臨潼、華縣河段典型斷面過洪能力估算成果表

4 2006年河槽過洪能力預估

統計分析2000年以來斷面非汛期斷面變化情況表明，在考慮河勢演變導致河勢與測量斷面交角變化的影響后，各年度非汛期斷面面積變化很小，一般在75m2以內。因此，可以用2005年汛后斷面測量資料對2006年斷面變化及沖淤情況時行分析預估。

根據2000年以來斷面非汛期變化范圍，初步估算臨潼、華縣斷面2006年度非汛期斷面面積分別為 1598m2、1428m2。在估算斷面變化的基礎上，根據上述公式⑶、⑷對相應河段2006年各斷面主槽過洪能力進行估算，估算成果見表2。

臨潼河段渭淤26、臨潼斷面、渭淤22斷面過洪能力分別為 3340m3/s、2910m3/s、3700m3/s，華縣河段渭淤 17、華縣斷面、渭淤3、渭攔7斷面過洪能力分別為 3830m3/s、2400m3/s、1590m3/s、2350m3/s。

由表2各典型斷面計算值為依據，結合實地查勘的河道具體情況，綜合分析認為，2006年汛前臨潼、華縣河段主槽過洪能力分別為3500m3/s、2550m3/s。

5 結論與建議

⑴本次用常規的水位～流量圖解法和公式法對臨潼、華縣兩個斷面主槽過洪能力進行了分析，并提出了基于圖解的公式法推求斷面主槽過洪能力的依據和公式，公式經驗證有較好的適用性，可以用于生產實踐。

⑵由于本次公式推求有探索性質，所用資料年限較少，為進一步論證其可靠性和適用性，應安排進一步進行深入研究，以期在庫區防汛工作中廣泛應用。

⑶經推求2006年臨潼、華縣河段主槽過洪能力分別為3550m3/s、2550m3/s。

⑷加強河道沖淤變化觀測，當河道發生較大沖淤時應及時對主槽過洪能力進行分析和修正，以更好地指導防汛工作。陜西水利

[1]渭河下游曲流成因及其發展趨勢，中國科學院地理所，1964.3。

[2]石長偉等，渭河下游“05.10”洪水特性及其分析，2006.5.30。