細(xì)河流域?qū)崪y(cè)洪峰與洪水調(diào)查對(duì)比分析

趙志勇

（遼寧省葫蘆島水文局，遼寧葫蘆島125000）

細(xì)河流域?qū)崪y(cè)洪峰與洪水調(diào)查對(duì)比分析

趙志勇

（遼寧省葫蘆島水文局，遼寧葫蘆島125000）

運(yùn)用恒定流流量計(jì)算公式，對(duì)調(diào)查洪水進(jìn)行分析計(jì)算，推算超標(biāo)準(zhǔn)洪水和無資料河流洪水的洪峰流量和洪水總量。與實(shí)測(cè)洪峰流域?qū)Ρ?，?yàn)證洪水調(diào)查的準(zhǔn)確性。文章擬采用遼東山區(qū)比較適用的比降—面積法對(duì)細(xì)河橋頭水文站“8·4”洪水進(jìn)行了分析計(jì)算，并通過其實(shí)測(cè)洪峰流量驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

裂洪峰；流量；洪水總量；洪水調(diào)查；對(duì)比分析；細(xì)河流域

0 引言

隨著“厄爾尼諾”現(xiàn)象發(fā)生頻率的不斷增加，細(xì)河流域的氣候變化充滿了不穩(wěn)定性，特大洪水的發(fā)生概率也不斷提高，給細(xì)河流域下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重的威脅。同時(shí)也對(duì)水文測(cè)驗(yàn)工作帶來了極大困難，如測(cè)驗(yàn)工具的損壞或測(cè)驗(yàn)方法的單一等，從而影響水文測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。利用洪水后期的洪水調(diào)查手段，可以充分了解場(chǎng)次洪水的水文特征，選用合理的洪水計(jì)算方法，與實(shí)測(cè)洪峰流量進(jìn)行對(duì)比，可以有效驗(yàn)證洪水調(diào)查的準(zhǔn)確性，其結(jié)果可以為不受水文站控制的重要位置推求水文特征數(shù)據(jù)提供參考，并對(duì)水文站實(shí)測(cè)資料查漏補(bǔ)缺。

細(xì)河是太子河中游的一大支流，河長(zhǎng)75 km，流域面積1 023 km2，河寬100～150 m，河道比降80%。。2012年太子河干流的洪水，主要是由細(xì)河、蘭河等太子河干流南部的支流引起。橋頭水文站設(shè)立于1935年8月，位于本溪市平山區(qū)橋北園區(qū)，是細(xì)河控制站，至河口距離29 km，采用遼東山區(qū)比較適用的比降—面積法對(duì)細(xì)河橋頭水文站“8·4”洪水進(jìn)行分析計(jì)算，并通過其實(shí)測(cè)洪峰流量驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2012年8月3—5日，細(xì)河流域普降大暴雨、特大暴雨。這次降雨特點(diǎn)：降雨量大、集中、時(shí)空分布均勻，流域平均降雨232.9 mm，流域內(nèi)顧家屯雨量站降雨量209.0 mm，下馬塘雨量站224.5 mm甬子峪雨量站250.5 mm，南芬雨量站261.0 mm，白水雨量站241.5 mm，橋頭雨量站210.6 mm。降雨強(qiáng)度以8月4日6時(shí)為最大，南芬站5—6時(shí)強(qiáng)度為38.0 mm/h。致使細(xì)河干流發(fā)生了30年一遇的特大洪水，細(xì)河干流控制站—橋頭水文站8月4日17時(shí)30分洪峰流量3 050 m3/s。

1 洪調(diào)河段簡(jiǎn)介

此次洪調(diào)分析斷面選取在橋頭水文站測(cè)驗(yàn)河段上。該河段基本順直，無明顯擴(kuò)散、收縮，主槽靠近整個(gè)過水?dāng)嗝孀髠?cè)，兩岸灘地較窄，灘地比重較小。用橋頭水文站的水準(zhǔn)點(diǎn)BM（高程：130.280 m）作為引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)行上、中、下3個(gè)斷面的測(cè)量和測(cè)驗(yàn)河段內(nèi)左岸洪痕的測(cè)量，上斷面和下斷面的間距為100 m。

2 洪峰流量推算

2.1 峰頂水面線及最高洪水水位確定

根據(jù)測(cè)量成果，點(diǎn)繪峰頂洪痕水面線，由此確定峰頂水面比降205%。根據(jù)峰頂水面線分別確定上、中、下3個(gè)斷面的最高洪水水位分別為：Z上= 129.37 m，Z中=129.16 m，Z下=128.96 m。

2.2 各斷面水力要素的分析計(jì)算

從點(diǎn)繪的3個(gè)斷面的斷面圖上可知：3個(gè)斷面為單式斷面，且灘地所占比例較小。因此以單式斷面形狀計(jì)算過水面積A、水面寬B、水力半徑R。各斷面水力要素的分析計(jì)算成果見表1。

2.3 洪峰流量計(jì)算公式及系數(shù)的選定

根據(jù)對(duì)調(diào)查河段的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和上、中、下3個(gè)斷面的計(jì)算可知：調(diào)查河段河道基本順直，河道部分沿程收縮，洪峰峰頂時(shí)水流情勢(shì)為恒定流，所以按比降—面積法推流。公式：

表1 細(xì)河橋頭站“8·4”洪水水力要素成果表

式中：Q為流量，m3/s；g為重力加速度，m3/s；L為上下斷面間距，m；ξ為局部損失系數(shù)，河段收縮ξ=0，一般ξ=0.3；m為沿程損失系數(shù)；n為河床糙率，取0.028；S為水面比降；K為河段平均輸水率。在式（1）的計(jì)算中，K的取值采用式（2）計(jì)算：

式中：A上、A中、A下為上、中、下斷面面積，km2；R上、R中、R下為上、中、下斷面水力半徑，m。

橋頭站斷面屬于上段擴(kuò)散、下段收縮，所以m的取值用下面的公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：α為動(dòng)能校正系數(shù)，α=1.0。

2.4 調(diào)查洪峰流量的計(jì)算

根據(jù)調(diào)查河段情況，運(yùn)用式（1）計(jì)算洪峰流量：Q調(diào)=2 890 m3/s。

3 洪水總量的計(jì)算

根據(jù)以上計(jì)算的洪峰流量，選取橋頭站以上流域?yàn)榧俣ㄏ嗨屏饔颍鶕?jù)橋頭站的實(shí)測(cè)洪水過程，應(yīng)用五點(diǎn)概化過程線法推算調(diào)查洪水過程。

3.1 概化過程線參數(shù)的計(jì)算

由相似流域的實(shí)測(cè)洪水過程計(jì)算得：

實(shí)測(cè)洪峰流量Qm=3 050 m3/s，落水拐點(diǎn)流量Qb=533 m3/s，漲水洪水總量Wz=0.689×108m3，洪水總量W=1.387×108m3，漲水洪水歷時(shí)Tz=12.5 h，洪水過程總歷時(shí)T=35 h（請(qǐng)用漢字對(duì)各個(gè)字母說明或解釋，例如，實(shí)測(cè)洪峰流量Qm=3 050 m3/s；Qb=533 m3/s逐一核實(shí)并確認(rèn)，直接改為正確的即可）

3.2 各特征點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算

時(shí)間坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)流量坐標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，見表2。表中：T起——調(diào)查洪水過程起漲時(shí)間；Tqa——調(diào)查洪水過程漲水流量拐點(diǎn)時(shí)間；Tqb——調(diào)查洪水過程落水流量拐點(diǎn)時(shí)間；Tqm——調(diào)查洪水過程峰頂出現(xiàn)時(shí)間；T止——調(diào)查洪水過程落平時(shí)間；Q——相對(duì)應(yīng)的流量。

表2 時(shí)間坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)流量坐標(biāo)成果表

3.3 洪水總量的計(jì)算

用表2計(jì)算所得的坐標(biāo)：起漲點(diǎn)、起漲拐點(diǎn)、洪峰點(diǎn)、落水拐點(diǎn)、落平點(diǎn)5個(gè)點(diǎn)來點(diǎn)繪概化過程線，如圖1。據(jù)此過程線計(jì)算出這次調(diào)查洪水總量為W調(diào)=1.395×108m3。

圖1 過程線對(duì)比圖

4 結(jié)語

經(jīng)過分析計(jì)算可知，采用恒定流流量公式推算的橋頭站“8·4”洪水洪峰流量，取得了較好的成果。調(diào)查洪水的洪峰流量為2 890 m3/s，實(shí)測(cè)洪水的洪峰流量為3 050 m3/s，其相對(duì)誤差為5.6%；經(jīng)過五點(diǎn)概化過程線與實(shí)測(cè)過程線相比較（圖1），兩者擬合較好。調(diào)查洪水的洪水總量為1.395×108m3，實(shí)測(cè)洪水的洪水總量為1.387×108m3，其相對(duì)誤差很??；滿足流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范要求。此方法適用于發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水或無資料河流洪水計(jì)算。

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2017-01-08