水力學法與水文比擬在推求中小河流流量中的應用
——以黎村水文站為例

陳忠彬

（玉林水文中心，廣西 玉林 537000）

1 流域概況

黎村河流域位于容縣南部主要暴雨區內，集水面積195 km2，年徑流量1.8 億m3。地勢南高北低，屬桂東南丘陵山區地形，具有山、丘、崗、平原等地貌多樣性，一般高程在130～500 m之間。黎村河源出天堂山脈龍樹頂，為珠江流域西江水系北流河支流楊梅河的一級支流，從西南側于將軍灘匯入楊梅河，全長27 km。水系發育總體呈扇形分布，洪水具有中小河流暴漲暴落、流速快、歷時短的特性。黎村鎮東、南與廣東省信宜市接壤，西與北流市毗鄰，北接容縣靈山鎮、楊梅鎮、楊村鎮；下轄24個行政村，常住人口9 萬多人。水文部門于2015年在黎村河黎村鎮圩河段設立黎村水文站作為中小河流控制站。

2 洪水概況

2.1 雨情

圖1 黎村河8月26日洪水水位漲率過程線

2019年 8月 26日，受 11 號臺風“白鹿”（強熱帶風暴級）的外圍云系影響，容縣南部遭受特大暴雨襲擊，黎村站最大1 h 降雨量108.5 mm，最大6 h 雨量243 mm，參考下游楊梅站的降水量頻率，為稀遇短歷時超強暴雨。楊梅站最大1 h 頻率1%、2%降雨量分別為107.19、98.952 mm，最大6 h 頻率1%、2%降雨量分別為202.60、183.50 mm。

2.2 水情

黎村水文站水位從起漲到洪峰歷時3 h，漲幅5.18 m，洪峰水位135.30 m，超警1.80 m（警戒水位133.50 m）。本次暴雨歷時短，強度大，造成洪水漲勢大，最大1 h漲率為1.95 m（見圖1）。且洪水發生在凌晨，不易防范，造成沿江房屋、場所近1 m淹沒，群眾財產遭受損失，其中，黎村中學、珊萃中學被洪水沖入，校園設施也遭受一定損毀。

3 黎村站水位～流量關系曲線高水延長

3.1 測驗情況

黎村水文站未建設纜道測流或在線測流設備，且下游200 m適合走航式ADCP 測流的橋面高程為134.45 m，在本次洪水過程中，最大受淹近1 m，無法施測。高水流速大，水文部門現采用的走航式ADCP亦難以施測；洪水發生于凌晨，加之暴漲暴落，洪峰后1 h退水2 m以上，導致趕去現場僅能測到退水峰腰。

目前黎村水文站實測流量點均在中低水部分，現有實測點最高水位為132.16 m（對應流量58.3 m3/s），最低水位為130.09 m（對應流量2.92 m3/s）。根據水文資料整編規范，水位流量關系曲線的高水部分延長不應超過實測流量所占水位變幅的30%[1]，計算黎村站合理延長的水位為：132.16+（132.16-130.09）×30% = 132.78（m）。對于水位超過132.78 m 的流量不能起到很好的延長和推求（見圖2），因此黎村站的高水部分只能進行計算推求延長。

圖2 黎村站實測點推求水位～流量關系曲線

3.2 水面比降法推求洪峰流量

黎村站斷面均勻穩定，河道順直，河底平坦，上下游未建有水利工程，適合使用曼寧公式法進行延長，公式為：

式中：Q為流量，m3/s；n為河道糙率；A為過水面積，m2；R為水力半徑，m；J為水面比降。

黎村站大斷面屬于復式斷面，可分為左岸灘地、右岸灘地、漫灘的路面、主槽。復式斷面的水位與各水力要素間的關系呈不連續變化，特別是主槽與灘地部分水力條件懸殊較大，因此需要先用垂線將復式斷面劃分成幾個部分，使每一部分的濕周不致因水深的略微增加而產生急劇的增加；然后分別計算各部分的流量，最后求和得到總的流量（見圖3）。天然河道的流量，當水力要素隨時間變化不大或選取時段較短時，一般可按恒定流處理[2]。

圖3 黎村站復式斷面剖分圖

本次洪水調查中測量出比降資料，高水時無實測流量，此時根據歷史實測中低水流量數據，參考實測資料，利用曼寧公式將相應的糙率計算出來（見表2）。

各個剖分部分的糙率不同，根據以往實測的中低水流量部分，利用曼寧公式計算得到相應的糙率n；再結合經驗值，得到高水部分的糙率。模型采用復式斷面明渠均勻流水力計算（見表3），推導得出2019年8月26日黎村站洪峰流量為370 m3/s。

3.3 水文比擬法推求洪峰流量

楊梅河流域水系圖見圖4，楊梅水文站為楊梅河干流中游的控制站，在黎村河下游27 km，集水面積737 km2。8月26日楊梅水文站采用纜道測流，水位100.30 m，對應流量1180 m3/s。黎村站集水面積為96 km2，不到楊梅站集水面積1/7，如果直接對兩站使用水文比擬法，有一定的誤差[3]。在黎村河、楊村河交匯處——將軍灘，增設一個假定斷面。黎村、楊村傳播距離基本同為27 km；黎村水文站洪峰、楊村水文站洪峰出現時間分別為8月26日6 時10分、8月26日5時30分，相差不大，可采用水文比擬法進行洪峰流量推求。

表2 黎村站實測低水糙率推求表

表3 黎村站復式斷面流量計算表

圖4 楊梅流域水系圖

將軍灘流量與楊梅流量；黎村匯入流量與黎村流量；楊村匯入流量與楊村流量采用水文比擬公式。

式中：Q設、Q參分別為設計站和參證站洪峰流量，m3/s；F設、F參為分別設計站和參證站流域面積，km2；P設、P參分別為設計站和參證站面雨量，mm。

黎村匯入流量、楊村匯入流量、將軍灘流量采用合成流量方法計算（見表4）。

表4 水文比擬法推求黎村站洪峰表

圖5 黎村站計算推求水位-流量關系曲線

通過兩種方法分別推求黎村站8月26日洪峰流量，比降面積法計算為370 m3/s，水文比擬法為366 m3/s（水位135.36 m），兩者相差1%，在合理范圍內。因此，可以認為實際洪峰流量在此范圍之內，據此進行水位流量關系曲線的高水延伸，黎村站計算推求水位-流量關系曲線如圖5所示。

4 結論

本文采用水力學法與水文比擬法兩種方法分別推求黎村站的洪峰流量，得到的結果極為接近，進行了水位-流量關系曲線高水部分的延長，為今后洪水預警預報提供流量數據參考和技術支撐。同時說明對無實測資料、無實測條件的斷面，只要通過審慎的參數選取，是可以推求流量的，從而有效提高無資料中小河流斷面流量推求的可靠度。