改進的蓄水曲線法在平原區(qū)排澇模數(shù)計算中的應(yīng)用與分析

孫 娟

(遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003)

排澇模數(shù)的合理確定對于平原區(qū)排水泵站的合理規(guī)劃及防洪排澇規(guī)劃至關(guān)重要，當前，對于平原區(qū)排澇模數(shù)的研究方法較多，大致可分為3種：經(jīng)驗方法[1-3]、水量平衡方法[4-6]以及河網(wǎng)水動力學(xué)模型方法[7-9]。經(jīng)驗方法大多需要當?shù)剡M行觀測試驗，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計得到平原區(qū)的排澇模數(shù)計算經(jīng)驗方程，這種方法存在區(qū)域適用性，很難進行普及應(yīng)用。水量平衡方法理論性較強，其中蓄水曲線方法即為水量平衡方法的一種，這種方法較為適合平原排澇區(qū)水系較為簡單的區(qū)域，而對于水系較為復(fù)雜的區(qū)域，該方法的適用性較差。對于水系較為復(fù)雜的平原區(qū)域，主要采用河網(wǎng)水動力學(xué)模型方法進行計算。近些年來，蓄水曲線方法由于計算原理較為簡單，在平原區(qū)排澇模數(shù)計算中應(yīng)用較為廣泛，但是傳統(tǒng)蓄水曲線方法由于未能考慮排澇區(qū)的調(diào)蓄作用，存在一定的局限性，為此本文引入改進的蓄水曲線方法，以遼寧中部平原區(qū)為研究實例，對比不同算法下區(qū)域排澇模數(shù)的計算精度，分析改進算法的適用性，并定量分析平原區(qū)排澇模數(shù)計算的主要影響因子。

1 研究方法

在平原區(qū)排澇模式的主要計算方程為：

(1)

改進的蓄水曲線方法將平原排澇區(qū)看成是一個蓄水水庫，做出水庫蓄水變化曲線，結(jié)合水庫調(diào)蓄方式尋求較為穩(wěn)定的調(diào)蓄庫容，其調(diào)蓄水位主要計算方程為：

(2)

式中，St—不同時刻計算蓄水點的排澇面積，km2；H—蓄水的節(jié)點水頭，m；∑Qt—蓄水節(jié)點水量，m3。

當為自由出流時，其蓄水節(jié)點水量的計算方程為：

(3)

式中，m—自由出流比例因子；B—排澇區(qū)蓄水節(jié)點溢流寬度，m；Zu—其上游觀測水位，m；Zd—其下游觀測水位，m。當其出現(xiàn)淹沒出流時，其計算方程轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

(4)

式中，Hs—排水區(qū)平均水位，m；其他變量含義同式(3)中變量含義。

2 研究成果

2.1 區(qū)域概括

本文以遼河?xùn)|岸盤錦混合區(qū)為研究實例，盤錦市境內(nèi)遼河以東、大遼河以西由北向南沿盤山縣吳家鄉(xiāng)和大洼縣新立鎮(zhèn)、田家鎮(zhèn)、清水鎮(zhèn)、王家鎮(zhèn)中軸線構(gòu)成此混合區(qū)。區(qū)域面積為753.7km2。主要河流有螃蟹溝、六零河、清水河排干、趙圈河排干、干魚溝、接官廳排干、五岔河、西海河等8條。其中一級支流5條，二級支流2條，三級支流1條。結(jié)合區(qū)域內(nèi)趙圈河排干實測排水量數(shù)據(jù)，對比分析改進前后的蓄水曲線方法在平原區(qū)排澇模數(shù)計算的適用性。

2.2 排澇模數(shù)計算精度對比

分別采用改進前后的蓄水曲線方法對研究區(qū)域的排澇模數(shù)進行計算，在區(qū)域排澇模數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域面積獲得區(qū)域排澇水量，為對比不同算法下排澇模數(shù)的計算精度，基于不同算法下的排澇水量與區(qū)域?qū)崪y排澇水量進行對比，對比結(jié)果見表1。

表1 不同算法下排澇量計算精度對比結(jié)果

從表1中可以看出，改進算法下區(qū)域的排澇水量計算誤差均小于改進前的計算誤差，相比于傳統(tǒng)蓄水曲線算法，改進后的算法下，其計算精度平均提高16%，這主要是因為改進后的蓄水曲線方法綜合考慮平原排澇區(qū)的調(diào)蓄作用，增加調(diào)蓄影響因子，基于區(qū)域水量平衡計算下的排澇模數(shù)更為合理化，相比于傳統(tǒng)蓄水曲線方法，排澇模數(shù)更為精確，也使得區(qū)域排澇水量計算誤差減少。

2.3 主要影響因子分析

為定量分析平原區(qū)排澇模數(shù)主要影響因子，結(jié)合改進的蓄水曲線計算方法，定量分析不同排澇面積倍比下的區(qū)域排澇調(diào)蓄量以及不同過水斷面面積下的區(qū)域排澇水量，分析結(jié)果見表2—3、如圖1所示。

表2 區(qū)域排澇調(diào)蓄量～排澇面積倍比變化關(guān)系

表3 區(qū)域排澇調(diào)蓄量～過水斷面面積倍比變化關(guān)系

圖1 排澇調(diào)蓄量與主要影響因子關(guān)系圖

從表1和表2均可看出，區(qū)域排澇調(diào)蓄水量和排澇面積倍比及過水斷面面積之間呈現(xiàn)較好的正向變化，隨著排澇面積倍比的增加，區(qū)域調(diào)蓄水量也逐步增加，而過水斷面面積增加后，區(qū)域的排澇調(diào)蓄量也穩(wěn)步增加，從圖1中也可直觀的看出排澇調(diào)蓄量和這兩個主要影響因子之間的正向線性變化關(guān)系。可見，對于平原區(qū)排澇調(diào)蓄量影響的兩個主要因素為排澇面積倍比AA以及過水斷面面積比SS兩個因子。

2.4 影響要素綜合分析

在主要因子分析的基礎(chǔ)上，綜合分析兩要素同時變化對區(qū)域排澇調(diào)蓄量的影響，綜合影響分析結(jié)果見表4。

表4 區(qū)域排澇綜合影響分析結(jié)果

從表4中可看出，區(qū)域排澇調(diào)蓄量和區(qū)域排澇調(diào)蓄兩個主要因子呈現(xiàn)指數(shù)變化關(guān)系，增大區(qū)域排澇能力可以適當增加區(qū)域的過水斷面面積，而對于過水斷面面積比較難增加的區(qū)域，可以通過調(diào)整區(qū)域的排澇面積倍比來增加區(qū)域的排澇模數(shù)，從而提

高區(qū)域排澇水量以及排澇效率。從表中還可看出，平原排澇區(qū)過水斷面面積的影響要大于區(qū)域排澇面積倍比的影響度。

3 結(jié)論

本文結(jié)合改進的蓄水曲線方法對遼寧中部平原盤錦混合區(qū)的排澇模數(shù)進行計算，并定量分析其影響主要因子，分析取得以下結(jié)論：

(1)改進的蓄水曲線方法下的排澇模數(shù)計算誤差明顯改善，但對于水系較為復(fù)雜的平原區(qū)域，該方法適用性不如水動力學(xué)模型，對于水系較為簡單的平原排澇區(qū)適用性較高。

(2)在平原區(qū)排澇整治規(guī)劃中，可通過適當調(diào)整區(qū)域過水斷面面積比以及排澇面積倍比來提高排澇模數(shù)，排澇面積倍比的影響度低于過水斷面面積比。