暴雨資料計算設(shè)計洪水方法在1 000 km2以下河流洪水調(diào)查中洪峰流量推求的應(yīng)用

陳慶海

(清遠(yuǎn)市水利水電勘測設(shè)計院有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511518)

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暴雨資料計算設(shè)計洪水方法在1 000 km2以下河流洪水調(diào)查中洪峰流量推求的應(yīng)用

陳慶海

(清遠(yuǎn)市水利水電勘測設(shè)計院有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511518)

以二廣高速公路西岸東陂河大橋“13.8”洪水調(diào)查和洞冠水黃麖塘水文站“14.5”洪水調(diào)查為例，論述暴雨資料計算設(shè)計洪水方法在1 000 km2以下河流洪水調(diào)查中洪峰流量推求的應(yīng)用。結(jié)果表明，采用暴雨資料計算設(shè)計洪水方法與水力學(xué)方法和水文站實(shí)測流量推算的成果相差不大，具有一定推廣價值。

1 000 km2以下河流；洪水調(diào)查；暴雨資料；洪峰流量推求

廣東省境內(nèi)大、中、小河流眾多，流域面積在50～3000 km2的中小河流共有1 211條。中小河流和小流域的水文站網(wǎng)沒有大江大河那么完善，大部分中小河流和小流域無水文測站，尤其是1 000 km2以下河流，因此，在中小河流和小流域的洪水調(diào)查中，洪峰流量的推算一般采用水力學(xué)方法，如曼寧公式、堰流公式等，但受河段比降、糙率和斷面等影響較大，把握不好，容易產(chǎn)生較大誤差，是否有其他計算方法，是我們廣大水文工作者所思考的問題。廣東省在設(shè)計洪水計算時，對1 000 km2以下無實(shí)測流量資料的河流一般采用暴雨資料計算設(shè)計洪水方法進(jìn)行計算。按照此思路，考慮廣東省河流雨量站網(wǎng)相對較密，近年發(fā)生的洪水多有實(shí)測暴雨資料，我們可以根據(jù)雨量站的實(shí)測暴雨資料，通過暴雨資料計算設(shè)計洪水方法推算所調(diào)查洪水的洪峰流量，并通過與設(shè)計洪水成果對比確定所調(diào)查洪水的重現(xiàn)期。以下通過兩個實(shí)例，簡述該方法在1 000 km2以下河流洪水調(diào)查中洪峰流量推求的應(yīng)用和合理性(本方法主要針對上游無控制性調(diào)洪工程的1 000 km2以下河流的洪水調(diào)查，對于上游有控制性調(diào)洪工程的流域洪水調(diào)查，需要考慮水庫的下泄流量過程與下游區(qū)間洪水過程的疊加，區(qū)間洪水過程仍可以采用該方法)。

1 二廣高速公路西岸東陂河大橋“13.8”洪水調(diào)查

二廣高速公路西岸東陂河大橋位于連州市西岸鎮(zhèn)東江村下游100 m處，是二廣高速公路跨東陂河干流的四座大橋之一，流域水系見圖1。西岸東坡河大橋控制東陂河流域面積為351 km2，干流河長為41.0 km，平均河床坡降為10.1‰，上游無較大水利工程。東陂河2013年8月16日發(fā)生了歷史特大洪水，由于“13.8”洪水距離時間不久，洪痕資料容易獲得，本次西岸東陂河大橋防洪評價計算采用東陂河“13.8”洪水對一維數(shù)學(xué)模型進(jìn)行率定，確定防洪評價計算范圍河道斷面的基礎(chǔ)糙率。

圖1 西岸東陂河大橋流域水系示意

東陂河無水文站，無實(shí)測洪峰流量，但西岸東陂河大橋上游三水鄉(xiāng)設(shè)有云霧雨量站，云霧站有“13.8”洪水的各歷時最大降雨量實(shí)測值，詳見表1。

表1 云霧站“13.8”洪水的各歷時最大降雨量 mm

根據(jù)云霧站“13.8”洪水的各歷時最大降雨量，采用廣東省綜合單位線法可手算出西岸東陂河大橋斷面“13.8”洪水的洪峰流量為1 240 m3/s(m1=6.1)。為了驗(yàn)證該方法的計算結(jié)果是否合理，本次計算采用曼寧公式進(jìn)行驗(yàn)算。西岸東陂河大橋上游2.0 km處的斷面所在河道較為順直，河段平均河床坡降6.1‰，兩岸為山體，洪水基本歸槽，水流條件較好，且與工程斷面之間集雨面積相差很小，可選取該斷面為驗(yàn)算斷面。該段河道主河槽寬約80 m，灘地寬約190 m，灘地以草地和農(nóng)田為主，根據(jù)《水力學(xué)計算手冊(第二版)》，河道糙率為0.030～0.035，經(jīng)過水面線計算方法和河道上下游洪痕試算驗(yàn)證后，最終確定河道糙率為0.033。根據(jù)驗(yàn)算斷面的數(shù)據(jù)和河道糙率，通過曼寧公式可推算出該斷面洪痕對應(yīng)的洪峰流量為1 250 m3/s?？梢姡捎帽┯陞?shù)計算設(shè)計洪水方法與曼寧公式計算的洪峰流量基本一致，說明采用暴雨資料計算設(shè)計洪水方法計算所調(diào)查洪水的洪峰流量是合理可靠的。根據(jù)上述分析結(jié)果與采用《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》(2003版)查得的流域中心暴雨參數(shù)計算的設(shè)計洪水成果(見表2)對比，容易確定東陂河干流西岸東陂河大橋處“13.8”洪水頻率約為50年一遇。

表2 西岸東陂河大橋斷面洪峰流量成果 m3/s

2 洞冠水黃麖塘水文站“14.5”洪水調(diào)查

洞冠水屬于北江水系連江的支流，發(fā)源于連南縣南部黃連坳，于陽山縣黎埠鎮(zhèn)洞冠口匯入連江，流域集雨面積為655 km2，干流河長為57 km，平均河床坡降為4.09‰，流域內(nèi)無較大調(diào)洪工程，流域水系見圖2。流域控制水文站——黃麖塘水文站位于洞冠水下游黎埠鎮(zhèn)鳳山村，距離河口10.5 km，控制流域面積為595 km2，干流河長為46 km，平均河床坡降為5.75‰。

圖2 洞冠水流域水系示意

2014年5月21日8時至22日16時，受偏南暖濕氣流和高空槽影響，洞冠水上游地區(qū)普降大雨至大暴雨，流域中心附近的新寨雨量站實(shí)測降雨量222.5 mm，其各歷時最大降雨量見表3。

表3 新寨站“14.5”洪水的各歷時最大降雨量 mm

根據(jù)新寨站“14.5”洪水的各歷時最大降雨量，采用廣東省綜合單位線法可手算出黃麖塘站“14.5”洪水的洪峰流量為1 470 m3/s(m1=8.0)，與采用《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》(2003版)查得的流域中心暴雨參數(shù)計算的黃麖塘站設(shè)計洪水成果(見表4)對比，黃麖塘站“14.5”洪水頻率約為10年一遇。

表4 黃麖塘站暴雨資料推算的各頻率洪峰流量成果 m3/s

根據(jù)黃麖塘站2014年的實(shí)測洪水水文要素摘錄表，黃麖塘站于2014年22日15時30分出現(xiàn)洪峰水位90.65 m，實(shí)測洪峰流量為1 450 m3/s，與實(shí)測洪峰流量系列推算的設(shè)計洪水成果(見表5)對比，該場洪水稍大于10年一遇。

表5 黃麖塘站實(shí)測系列推算的各頻率洪峰流量成果 m3/s

由上述分析可見，根據(jù)新寨站“14.5”洪水的各歷時最大降雨量，采用暴雨資料計算設(shè)計洪水方法推算的黃麖塘站“14.5”洪水的洪峰流量，與黃麖塘站的實(shí)測值比較接近，所確定的洪水重現(xiàn)期誤差也較小，說明采用暴雨資料計算設(shè)計洪水方法計算所調(diào)查洪水的洪峰流量，并通過與該方法計算的設(shè)計洪水成果對比確定所調(diào)查洪水的重現(xiàn)期，是合理可靠的。

3 結(jié)語

根據(jù)上述實(shí)例分析結(jié)果，在1 000 km2以下河流的洪水調(diào)查中，通過流域雨量站的實(shí)測暴雨資料采用暴雨資料計算設(shè)計洪水方法計算所調(diào)查洪水的洪峰流量與采用水力學(xué)方法和水文站實(shí)測流量所推算出來的結(jié)果誤差較小，說明該方法用于計算所調(diào)查洪水的洪峰流量是合理可靠的，且該方法與1 000 km2以下無實(shí)測流量資料的河流設(shè)計洪水計算方法一致，在確定所調(diào)查洪水的重現(xiàn)期時，可直接將計算結(jié)果與設(shè)計洪水成果進(jìn)行對比確定，使用方便。

廣東省1 000 km2以下河流雨量站網(wǎng)較密，通過暴雨洪水資料計算設(shè)計洪水方法確定所調(diào)查洪水的洪峰流量及重現(xiàn)期的適用范圍廣，使用方便，且計算參數(shù)為實(shí)測數(shù)據(jù)，受人為因素影響小，建議推廣。

[1] 廣東省水文總站.廣東省暴雨徑流查算圖表使用手冊[R].廣州：廣東省水文總站，1991.

[2] 水文調(diào)查規(guī)范：SL 196—2015[S].

[3] 李煒 . 水力學(xué)計算手冊(第二版)[M] . 北京：中國水利水電出版社，2006.

(本文責(zé)任編輯 馬克俊)

Application of Flood Investigation Design Flood Calculation Method of Rainfall Data to Peak Flow Calculation below 1000km2 Rivers

CHEN Qinghai

(Qingyuan Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute, Qingyuan 511518, China)

With Erguang Expressway west shore Dongpi River Bridge “13.8” flood investigation and Dongguanshui Huangjingtang hydrological station “14.5” flood investigation as examples, application of flood investigation design flood calculation method of rainfall data to the peak discharge calculation below 1 000 km2River has been discussed. The results show that there is few differences of the results calculated by design flood method and hydraulic method and hydrological station measured flow rate, and design flood method is worth wide application.

rivers below 1 000 km2； rainfall data； flood investigation； flood peak discharge calculation

2016-03-09;

2016-04-10

陳慶海(1985)，男，本科，工程師，從事水文與水資源及水利規(guī)劃等工作。

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