梅花河、馬場河流域2014.7.21暴雨洪水計算分析

李新 李英晶 邢德富

摘 要：2014年7月21日，湯旺河左岸支流梅花河遭受短歷時強降雨災害，造成洪水出槽漫灘，導致沿岸居民受災，耕地、民居、牲畜受損。因該流域屬小面積山溪性河流且無水文控制斷面，災后洪水調查分析采用實地過水斷面測量和水文比擬以及水文圖集瞬時單位線分析計算等方法對該流域洪水洪峰流量進行了還原計算，得出了流域暴雨和洪水的出現頻率量級，并對各種計算方法和結果進行了對比分析。

關鍵詞：暴雨洪水；洪峰流量；洪水頻率；暴雨頻率；流域匯流單位線

1 流域及洪水概況

梅花河屬湯旺河左岸一級支流，河源經度129°10′15.6″，緯度47°55′29.1″。河口經度128°55′45.0″，緯度47°43′18.0″。河流長度38km，流域面積331km2，河道比降3.20‰，河流左岸有樺林河匯入。馬場河屬湯旺河左岸一級支流，河源經度128°57′20″，緯度47°49′50″。河口經度128°56′50″，緯度47°45′00″。河流長度9.1km，流域面積33km2，河道比降8.4‰。2014年7月21日0時至12時兩流域發生強降雨，12h內降雨總量達110mm，河流水位迅速起漲，至21日8時，洪水已漫至兩河之間的居民區，12時后洪水漸漸消退。流域位置見圖1，因流域內無流量控制站，本次洪水沒有實測洪水過程，洪峰流量及出現頻率采用理論和調查方法推算。

圖1 梅花河、馬場河流域位置示意圖

2 流域洪峰流量計算方法介紹

2.1 相鄰流域水文比擬法

水文比擬法是指相鄰或流域自然地理特性相似的流域之間，無控制斷面流域借用有控制斷面流域的洪水預報方案，按流域面積或其他要素的倍比關系將計算結果進行移用的一種水文分析計算方法，一般常用在流域徑流或洪峰流量的估算方面。該方法的基本依據就是認為相似流域的降雨徑流特性類似，產流規律也類似，主要差別僅在流域面積不同上。本次分析計算就是將與梅花河相鄰的位于湯旺河右岸的伊春河流域洪水預報方案用于梅花河和馬場河洪水預報。兩流域自然地理特征類似，流域產匯流規律也基本相同。

2.2 流域瞬時單位線法

采用黑龍江省水文圖集中概化瞬時單位過程線法，該方法主要用來推求工程設計中針對無資料流域的設計洪水。其各種參數和備選流域匯流單位線都是通過歷史洪水整體規律概化分析而來，使用比較方便，各種參數可由圖集直接查得，主要欠缺是要求事先確定降雨扣除損失后的產流凈雨量。實際工作中該凈雨量一般按百分比預估或由相鄰流域產流方案中的流域降雨～徑流相關圖查得。

2.3 曼寧公式法

該方法需在對河道進行實地洪水調查的基礎上進行，需要測量河道過水斷面，確定最高洪痕水位，測量河道縱斷面水位線洪痕點來確定斷面處洪水比降，然后利用曼寧公式計算出斷面平均流速，進而求出洪峰流量。該方法外業工作量較大，成果可信度一般較高。

3 流域降雨、洪水計算分析

3.1 降雨分析

流域主要降雨始于7月21日0時30分，至21日3時各站降雨均超過50mm，降雨強度較大，之后降雨強度相對減弱，21日12時降雨基本停止，各站12h累計雨量均在100mm左右。流域平均雨量達110mm，因流域內雨量資料系列長度較短（不足5年），無法用實測系列資料進行頻率分析，采用水文圖集不同歷時最大降雨多年均值及其相應Cv查得不同頻率Kp值，計算出相應頻率雨量，經與實例流域對比，兩流域本次暴雨頻率約為10年一遇降雨，具體降雨情況見表1。

表1 梅花河，馬場河2014年7月21日降雨過程表

3.2 洪峰流量及出現頻率計算分析

相鄰流域水文比擬法借用伊春站洪水預報匯流單位線成果，利用梅花河、馬場河流域降雨量在伊春站進行洪峰流量預報，然后將計算成果按面積倍比法來移用至梅花河和馬場河，成果移用時計算公式為：Q梅花河=（F梅花河/F伊春河）0.67*Q伊春河。借用流域預報時所需雨量直接使用梅花河、馬場河流域實際雨量，伊春站假定徑流深由梅花河、馬場河流域實際降雨利用伊春站降雨徑流相關圖查得，借用單位線選擇伊春站歷史洪水單位線中與本次暴雨雨型相似單位線，利用查得的徑流深逐段乘所選單位線流量，即得出洪水過程和洪峰流量。

水文圖集瞬時單位線法采用降雨歷時12h，徑流深由伊春站產流方案求得，圖集所需匯流參數計算公式為：m1=B*（a）-0.31，B=C3*F0.16*J-0.35，上式中a為徑流深和降雨歷時的比值，當有效降雨歷時小雨24小時時按24小時計算。C3為匯流參數，由圖集中圖36查得。參數N=0.2*m10.74，參數k=m1/n，F為流域面積，J為河道平均坡降。利用參數n、k即可在圖集中查得S（t）曲線，轉換該曲線后即可求出相應時段洪水過程和洪峰流量。

曼寧公式法根據流域調查數據，采用公式V=（1/n）R（2/3）I（1/2），式中V為斷面平均流速（m/s），n為河床糙率，R為平均水深（m），I為水面比降。斷面洪峰流量由公式Q=VF求出，Q為流量（m3/s），V為斷面平均流速（m/s），F為斷面面積（m2）。因馬場河面積較小，本次洪水所占比重較小，僅以梅花河為例來計算分析。

以上方法計算出的洪峰流量頻率根據水文圖集來確定，計算公式為：Qmp=（kp/k5%）*Cp*F0.67。式中Qmp為流域不同頻率設計洪峰流量，kp為不同頻率模比系數，k5%為5%頻率的模比系數，Cp為最大洪水參數，F為流域面積。不同頻率洪水的kp值由圖集附錄3查得，查圖所用Cv由圖集圖18查得，選cs=2.25Cv。Cp由圖集中圖17查得，計算成果見表2。

4 結束語

經分析可知，水文比擬法與曼寧公式計算法計算結果比較接近，瞬時單位線法計算結果相對偏小，因水文比擬法和曼寧公式法所選要素都與流域實況比較接近，計算結果可信程度高些。水文圖集瞬時單位線法因各項計算參數概化程度較大，對面積較小流域實用性可能偏低，因此綜合分析確定梅花河流域洪峰流量為350m3/s，馬場河流域洪峰流量為80m3/s，頻率均為20年一遇洪水標準。目前對無流量測站控制的流域進行洪水預報還缺少比較權威有效的方法，文章僅以最基本的幾種方法來進行了實例分析，方法觀點難免有偏差之處，僅供參考交流。

參考文獻

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[4]揚州水利學校.水文預報[M].中國水利水電出版社，1983；23-40.

作者簡介：李新（1980-），女，黑龍江鐵力市人，工程師。

李英晶（1979-），女，黑龍江鐵力市人，工程師。

邢德富（1976-），男，黑龍江伊春市人，水文技師。