洪峰流量估算方法實例分析

王 瓊

(佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯154002)

河流發(fā)生的洪水包括實測洪水和歷史洪水兩種，所謂歷史洪水是指過去已發(fā)生，但未通過水文站測到的特大洪水，這種洪水一般發(fā)生的年代久遠但對水利工程設(shè)計規(guī)劃十分重要，有時歷史洪水是現(xiàn)有洪水系列中最大洪水。對歷史洪水洪峰流量進行估算可以展延現(xiàn)有洪水系列長度和洪水量級，有利于更加精確地計算設(shè)計洪水重現(xiàn)期。

歷史洪水和因故無法實測洪水的洪峰流量須采用事后估算的方法來確定。目前常用估算方法有水位～流量關(guān)系曲線延長法、比降法和測站斷面特性延長法。下面以湯旺河五營站為例，對以上方法進行假定洪峰流量估算對比分析。以某一水位對應(yīng)的實測洪峰流量為例，分別采用上述各方法對該水位下洪峰流量進行估算分析，進而得到各方法的計算精度結(jié)果，得出分析結(jié)論［1］。

1 洪峰流量估算方法介紹

1.1 水位～流量關(guān)系曲線延長法

對于設(shè)計洪水?dāng)嗝媾c水文測站斷面相距較近時可采用此法，基本要求是測站歷年水位～流量關(guān)系為單一曲線，斷面穩(wěn)定無跑灘。確定需估算的洪峰水位后，將其與水文測站斷面水位相對應(yīng)，具體方法可參照水面線資料或?qū)嵉厮婢€落差估算，然后根據(jù)水文測站斷面的水位～流量、水位～面積和水位～流速關(guān)系曲線估算。

因水位～流速關(guān)系曲線高水部分一般趨于直線，所以應(yīng)先延長水位流速關(guān)系線，然后再按趨勢延長水位面積關(guān)系線，最后以延長后的流速和面積相乘即為所估算的洪峰流量，這種方法比較簡單，可以直接利用本站已有綜合水位～流量關(guān)系線來延長估算［2］。

1.2 比降法

該方法也稱為曼寧公式法，適用于附近無水文測站，但洪痕點較多且比較明顯的洪水估算，一般不適合估算年代久遠的歷史洪水。其計算公式為:

式中:Q 為洪峰流量;A 為洪痕水位下斷面面積;n為河床糙率;R 為平均水深;i 為水面線比降。式中A 通過實測大斷面資料求出，n 可參考鄰近水文站實測值或相關(guān)文獻中的經(jīng)驗值，R 由斷面面積除以濕周或水面寬求出，i 由實地調(diào)查測量的斷面間距除以水位落差求出，該方法需實地調(diào)查洪痕點和測量多個過水?dāng)嗝嬉员愦_定水面比降［3］。

1.3 斷面特性延長法

該方法適用于調(diào)查斷面附近有水文站，但需要有實測洪水資料來外延斷面流量與斷面面積與水深的關(guān)系來推求洪峰流量，該方法屬于水位～流量關(guān)系延長法的補充和升級版，適用范圍更廣一些。可以利用測站已有的歷史數(shù)據(jù)建立Z ～A;Q ～A;關(guān)系圖，在一副圖上畫出這兩條線之后，根據(jù)調(diào)查洪痕水位即可輾轉(zhuǎn)查出洪峰流量［4］。

2 實例應(yīng)用對比分析

選擇湯旺河五營站實測流量資料，該資料系列水位級284.09 ～286.11 m對應(yīng)的9 次流量均為實測流量，現(xiàn)分別以上述3 中方法對這些測次的流量進行估算，然后進行誤差對比分析。其中水位～流量和流量與斷面特征關(guān)系曲線采用該站歷年關(guān)系線，此處略;比降法所用糙率、比降采用該站水位與糙率和比降的關(guān)系線查得，其余參數(shù)采用大斷面圖查得，結(jié)果見表1。

3 結(jié) 論

經(jīng)分析計算，該站比降法估算洪峰流量精度較高，主要原因是該站比降和糙率值在不同水位級時變化較小，相對比較穩(wěn)定，所以在洪痕點確認(rèn)比較準(zhǔn)確的情況下估算洪水效果較好;再者就是比降法采用了洪水的實際影響因素來計算。另外兩種方法屬于相關(guān)法，也就是利用以往洪水的相似性來查線估算，這里人為影響因素較多，曲線延長趨勢有一定的任意性，所以估算精度相對較低［6－8］。

本文所述方法是以實測洪水為例進行的假設(shè)洪峰流量估算，主要目的是了解各方法的使用精度情況。實際洪峰估算時因無權(quán)威的實測數(shù)據(jù)來檢驗，因此在方法選擇上并無嚴(yán)格要求，本文所述方法可作為事先參考，所述結(jié)論僅局限于實例測站范圍，對不同河道不具有代表性。

［1］金光炎，水文水資源隨機分析［M］.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，1992:35－65.

［2］黑龍江省水利廳，黑龍江省水文圖集［M］.哈爾濱:黑龍江省水利廳，1996.

［3］黑龍江省水文總站，黑龍江省水資源研究［M］.哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1991:7－14.

［4］水利部水資源管理司，建設(shè)項目水資源論證培訓(xùn)教材［M］.北京:中國水利水電出版社，2005:79－92.

［5］楊樹桐，楊波.借鑒歷史洪水經(jīng)驗擬定防洪預(yù)案［J］.海河水利，2000(04):89－90.

［6］姚志遠.應(yīng)用植被洪痕重現(xiàn)歷史洪水［J］.水土保持應(yīng)用技術(shù)，2011(03):59－61.

［7］盛長濱.嫩江流域歷史洪水傳播特征分析［J］.東北水利水電，2008(11):25－28.

［8］李剛，劉雙林.關(guān)于有歷史洪水參加的洪水資料經(jīng)驗頻率計算方法的討論［J］.吉林水利，2004(02):67－68.