Escoffer圖解法在秦巴山區度汛預案中的應用

2010-09-25 07:09:22何志美

陜西水利 2010年2期

何志美

（旬陽縣雙河鎮農業綜合站陜西旬陽 725731）

1 概論

秦巴土石山區年降雨量分配極不均衡。因山高坡陡，河流溝壑密度較大，每逢暴雨極易匯流，其形成的洪水流量大、流速高、破壞力強，成為秦巴山區汛期的不安全隱患。為此，陜南自2003年起就由各縣（鄉）水利部門組織技術力量，通過勘測、論證、匯編出政府度汛預案。《預案》在2003年～2004年的運做中，出現了撤離范圍不精細等問題，于是從2005年后由縣鄉水利技術骨干逐年對其進行修訂，使得《預案》日臻完善。

1.1 基本原理

若河道有系統的水文資料，則應用控制曲線法即可；若河道無系統的水文資料，則應用艾斯考夫（Escoffer）圖解法。計算中忽略流速水頭和局部水頭損失。其計算公式如下：

式中，Zu——上游洪水面高程（m）；

Zd——下游洪水面高程（m）；

n——河段的糙率；

△s——推算相臨斷面間距（m）；

Au——上游斷面在Zu水位時的行洪面積（m2）；

Ad——下游斷面在Zd水位時的行洪面積（m2）；

Ru——上游斷面在Zu水位時斷面的水力半徑；

Rd——下游斷面在Zd水位時斷面的水力半徑；

F(z)——斷面函數F(z)=1/(A2*R4/3)。

圖解前，首先作好斷面函數曲線，即Z～F(z)關系曲線。將河道的奇數斷面的斷面函數F′(z)曲線布置在縱軸(水位軸)的左側,偶數斷面的斷面函數曲F"(z)線布置在縱軸右側。若已知1斷面的水位Z1，首先在縱軸上從該點引一水平線交1斷面函數曲線于b點，然后過b點作一斜率為的直線，交2斷面函數曲線于C點，C點之縱坐標便是2斷面的水位。按照這種程序推演下去，便能獲得全河段各斷面的水位，依次連接各段面的水位便可得到水面曲線。反之，若已知上游水位，要推求下游各斷面水位時，方法相似。此外，由于制作函數曲線時，縱橫坐標所取比例尺不同，因而要發生改變。設橫坐標1cm為m1，縱坐標1cm 為 m2，則

2 圖解中首橫斷面的確定

由于秦巴山區除大江大河部分河道設有水文站外，一般河道均無系統的水文資料，故控制曲線法應用較少，一般河道水面線的推算常用圖解法。圖解法在具體運用中，首先應把河道分成若干小段，分別測繪出各斷面的橫斷面圖（河床高程），尤其應知道第1橫斷面的水位與流量的關系（可以說第1斷面的選取是河道水面線推算的關鍵）。第1斷面的選擇原則是優先選取本河道內的溢流壩段、交通橋（便民橋）或者河道的最窄處，因為這些河段的水位流量關系可以用堰流的計算方法進行確定。對溢流壩段可從設計資料中查取水位～流量關系，對交通橋與最窄處可用無壩寬頂堰泄流公式進行計算，確定水位～流量關系，計算公式為：

式中，m′——無坎寬頂堰的加權平均流量系數；

B——泄洪的平均寬度（m）；

H——堰頂泄洪水深（m）；

σ——淹沒系數。

一般情況下，河道的束窄會加速水流，并在束窄的下游形成一段陡坡河道或跌落式河道，使之行洪時一般是自由出流，所以在近似計算中可取σ=1。

無坎寬頂堰的流量系數m′可根據進口翼墻的形式及平面收縮的程度從表1中查得。表中B為上游河道底寬，b為堰孔凈寬，r為圓形翼墻的半徑。

表1 流量系數m′取值表

3 圖解法在秦巴山區度汛預案中的應用

防汛是全民參與的政府行為性工作。汛情的突發性與其后果的嚴重性客觀上要求防汛工作在汛期應堅持24小時值班制。為使防汛工作做到的有得放矢，首先應了解河道沿岸洪水淹沒情況（即上游若有多大的流量洪水，估計洪水到下游時水面有多高），以此來確定洪水來臨前淹沒區范圍，進而為政府洪令決策提供撤離范圍、戶數及人數的數據，確保人民生命及財產的安全。

以下用旬陽縣雙河集鎮河道洪水面推算為例，簡要說明圖解法在度汛預案中的應用。