高洪時(shí)采用比降—面積法推求洪峰流量的應(yīng)用分析

孫侃+劉丙賀+王秋媛

摘 要：文章通過對(duì)西南岔河南岔水文站水位與糙率的關(guān)系，分析出采用比降-面積法推算洪峰流量與實(shí)測(cè)流量的誤差，從而確定該站在高水時(shí)，常規(guī)測(cè)驗(yàn)方式無法施測(cè)，或高洪期間無法測(cè)量時(shí)，采用比降斷面的洪痕水位，推算洪峰流量。文章通過與實(shí)測(cè)流量的對(duì)比分析可以得出此方法在南岔站可以應(yīng)用到高洪流量計(jì)算中，并且精度滿足要求。

關(guān)鍵詞：比降-面積法；糙率；曼寧公式；對(duì)比分析；高洪

中圖分類號(hào)：TV131 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）19-0094-02

1 概述

比降-面積法測(cè)流是以水力學(xué)公式來推算瞬時(shí)流量的方法。根據(jù)測(cè)驗(yàn)河段實(shí)測(cè)的水位、斷面等資料，用水力學(xué)公式計(jì)算河段瞬時(shí)流量，更是一種在使用流速儀和水面浮標(biāo)法測(cè)流遇到困難時(shí)行之有效的方法。而該方法中河床糙率是一項(xiàng)重要資料，它是在洪水調(diào)查中作高水延長(zhǎng)的重要參數(shù)，對(duì)計(jì)算得的洪峰流量成果影響很大。

2 流域概況

南岔水文站位于黑龍江省伊春市南岔區(qū)，是湯旺河下游右岸一級(jí)支流西南岔河出口控制站，屬國(guó)家二類精度站，地理坐標(biāo)為東經(jīng)129°15′，北緯47°08′，集水面積2582km2，斷面以上河長(zhǎng)106km，至河口的距離15km，流域平均坡降6.95‰，河底平均坡降4.20‰，河系形狀略呈扇形。流域地勢(shì)西高東低，河流總的走向由西南流向東北，河道彎曲系數(shù)為1.95。測(cè)驗(yàn)斷面附近河床上部為卵石，厚約1.0m，河床由粗沙卵石組成，河床穩(wěn)定。洪水來源為上游區(qū)域暴雨和干流西南岔河來水為主，洪水多發(fā)生在7、8月份。根據(jù)實(shí)測(cè)資料，大洪水發(fā)生年份為1996、1968、1985、1971、2003年。歷年最大洪峰流量為1630m3/s（1996.7.30），重現(xiàn)期相當(dāng)于五十年一遇。

3 比降-面積法測(cè)流的原理分析與應(yīng)用

比降-面積法是使用于河流不能采用精度較高的測(cè)流方法施測(cè)流量時(shí)的近似計(jì)算方法，使用河段水面比降斷面面積作為主要因素測(cè)取流量的一種方法。在遇到大洪水無法用常規(guī)手段施測(cè)時(shí)，采用此方法可以及時(shí)測(cè)取的大洪水的量值，采用歷史流量測(cè)驗(yàn)資料分析計(jì)算河道糙率值，并有完整的上下游比降觀測(cè)資料，確定水位和糙率的關(guān)系曲線，糙率值隨著水位的變化，根據(jù)不同的水位值在線上可查出相應(yīng)的糙率值。

Q=AR2/3S1/2/n=KS1/2 K=1/n AR2/3

式中：Q為洪峰流量，A為斷面面積，R為水力半徑，S為水面比降，n為河床糙率，K為輸水率。

根據(jù)上面公式，如果將兩斷面間水面線視為直線，則該公式可以變?yōu)椋?/p>

Q=AmRm2/3S1/2/n=KS1/2 Km=1/n AmRm2/3

Am、A上、A下分別為平均斷面面積及上下斷面面積，Rm、R上、R下分別為平均水力半徑和上下斷面水力半徑，Km為平均輸水率。

3.1 測(cè)驗(yàn)河段分析

南岔站上下兩個(gè)比降斷面間距為200m，分別在基本斷面的下游和下游各100m，斷面與流向垂直，河道順直，無明顯收縮擴(kuò)散和彎曲現(xiàn)象，河床穩(wěn)定，沖淤變化不大，歷年水位流量關(guān)系曲線均為單一線。

3.2 水位-糙率關(guān)系

河床糙率是比降-面積法測(cè)流的關(guān)鍵參數(shù)，取用的糙率值對(duì)洪峰流量的計(jì)算變化較大，南岔水文站水位-糙率關(guān)系穩(wěn)定，水位變化在94.00-96.00m，根據(jù)關(guān)系曲線，水位在94.50m以上時(shí)糙率值基本一致。南岔站水位-糙率關(guān)系曲線見圖1。

3.3 洪峰流量推求

選用南岔水文站歷時(shí)上較大洪水洪峰流量作為校驗(yàn)比降-面積法推求洪峰流量。見表1。

從表1中可以看出，當(dāng)水位級(jí)在94.00m以下時(shí)，計(jì)算的洪峰流量與實(shí)測(cè)流量最大誤差為19.62%，這是由于本段水位級(jí)的糙率任意性大，沒有一定的規(guī)律造成的，所以計(jì)算流量與實(shí)測(cè)流量有很大誤差；當(dāng)水位級(jí)在94.00m以上時(shí)采用比降-面積法計(jì)算的流量與實(shí)測(cè)流量最大誤差為6.76%，與實(shí)測(cè)流量誤差范圍在0.24%-6.76%之間，與實(shí)測(cè)流量基本接近，滿足《水文資料整編規(guī)范》規(guī)定，本站采用比降-面積法推求洪峰流量是合理的。

點(diǎn)繪該站歷年綜合線點(diǎn)子，將采用比降-面積法計(jì)算的流量點(diǎn)繪帶綜合線上，其計(jì)算的結(jié)果與歷年的趨勢(shì)是一致的，流量誤差也是符合規(guī)范規(guī)定的要求，因此采用比降-面積法計(jì)算的流量在該站高水時(shí)可以應(yīng)用，計(jì)算滿足要求。

4 結(jié)束語

通過采用比降-面積法推求洪峰值與實(shí)測(cè)值對(duì)比分析，南岔站水位級(jí)在94.00m以上時(shí)推求的洪峰流量與實(shí)測(cè)值基本一致，同時(shí)本站的水位越高采用該方法計(jì)算的流量值與實(shí)測(cè)值越接近，當(dāng)高水常規(guī)測(cè)流方式無法施測(cè)時(shí)，此種方法可以應(yīng)用到實(shí)際高洪推算洪峰流量中，結(jié)果合理可靠，完善了本站因高洪時(shí)無法正常測(cè)流時(shí)，或基礎(chǔ)設(shè)施被沖毀時(shí)，可以用上下比降斷面的洪痕水位，結(jié)合糙率與水位的關(guān)系完全可以推算洪峰流量。

參考文獻(xiàn)：

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