高洪時采用比降—面積法推求洪峰流量的應用分析

孫侃+劉丙賀+王秋媛

摘 要：文章通過對西南岔河南岔水文站水位與糙率的關系，分析出采用比降-面積法推算洪峰流量與實測流量的誤差，從而確定該站在高水時，常規(guī)測驗方式無法施測，或高洪期間無法測量時，采用比降斷面的洪痕水位，推算洪峰流量。文章通過與實測流量的對比分析可以得出此方法在南岔站可以應用到高洪流量計算中，并且精度滿足要求。

關鍵詞：比降-面積法；糙率；曼寧公式；對比分析；高洪

中圖分類號：TV131 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0094-02

1 概述

比降-面積法測流是以水力學公式來推算瞬時流量的方法。根據測驗河段實測的水位、斷面等資料，用水力學公式計算河段瞬時流量，更是一種在使用流速儀和水面浮標法測流遇到困難時行之有效的方法。而該方法中河床糙率是一項重要資料，它是在洪水調查中作高水延長的重要參數，對計算得的洪峰流量成果影響很大。

2 流域概況

南岔水文站位于黑龍江省伊春市南岔區(qū)，是湯旺河下游右岸一級支流西南岔河出口控制站，屬國家二類精度站，地理坐標為東經129°15′，北緯47°08′，集水面積2582km2，斷面以上河長106km，至河口的距離15km，流域平均坡降6.95‰，河底平均坡降4.20‰，河系形狀略呈扇形。流域地勢西高東低，河流總的走向由西南流向東北，河道彎曲系數為1.95。測驗斷面附近河床上部為卵石，厚約1.0m，河床由粗沙卵石組成，河床穩(wěn)定。洪水來源為上游區(qū)域暴雨和干流西南岔河來水為主，洪水多發(fā)生在7、8月份。根據實測資料，大洪水發(fā)生年份為1996、1968、1985、1971、2003年。歷年最大洪峰流量為1630m3/s（1996.7.30），重現期相當于五十年一遇。

3 比降-面積法測流的原理分析與應用

比降-面積法是使用于河流不能采用精度較高的測流方法施測流量時的近似計算方法，使用河段水面比降斷面面積作為主要因素測取流量的一種方法。在遇到大洪水無法用常規(guī)手段施測時，采用此方法可以及時測取的大洪水的量值，采用歷史流量測驗資料分析計算河道糙率值，并有完整的上下游比降觀測資料，確定水位和糙率的關系曲線，糙率值隨著水位的變化，根據不同的水位值在線上可查出相應的糙率值。

Q=AR2/3S1/2/n=KS1/2 K=1/n AR2/3

式中：Q為洪峰流量，A為斷面面積，R為水力半徑，S為水面比降，n為河床糙率，K為輸水率。

根據上面公式，如果將兩斷面間水面線視為直線，則該公式可以變?yōu)椋?/p>

Q=AmRm2/3S1/2/n=KS1/2 Km=1/n AmRm2/3

Am、A上、A下分別為平均斷面面積及上下斷面面積，Rm、R上、R下分別為平均水力半徑和上下斷面水力半徑，Km為平均輸水率。

3.1 測驗河段分析

南岔站上下兩個比降斷面間距為200m，分別在基本斷面的下游和下游各100m，斷面與流向垂直，河道順直，無明顯收縮擴散和彎曲現象，河床穩(wěn)定，沖淤變化不大，歷年水位流量關系曲線均為單一線。

3.2 水位-糙率關系

河床糙率是比降-面積法測流的關鍵參數，取用的糙率值對洪峰流量的計算變化較大，南岔水文站水位-糙率關系穩(wěn)定，水位變化在94.00-96.00m，根據關系曲線，水位在94.50m以上時糙率值基本一致。南岔站水位-糙率關系曲線見圖1。

3.3 洪峰流量推求

選用南岔水文站歷時上較大洪水洪峰流量作為校驗比降-面積法推求洪峰流量。見表1。

從表1中可以看出，當水位級在94.00m以下時，計算的洪峰流量與實測流量最大誤差為19.62%，這是由于本段水位級的糙率任意性大，沒有一定的規(guī)律造成的，所以計算流量與實測流量有很大誤差；當水位級在94.00m以上時采用比降-面積法計算的流量與實測流量最大誤差為6.76%，與實測流量誤差范圍在0.24%-6.76%之間，與實測流量基本接近，滿足《水文資料整編規(guī)范》規(guī)定，本站采用比降-面積法推求洪峰流量是合理的。

點繪該站歷年綜合線點子，將采用比降-面積法計算的流量點繪帶綜合線上，其計算的結果與歷年的趨勢是一致的，流量誤差也是符合規(guī)范規(guī)定的要求，因此采用比降-面積法計算的流量在該站高水時可以應用，計算滿足要求。

4 結束語

通過采用比降-面積法推求洪峰值與實測值對比分析，南岔站水位級在94.00m以上時推求的洪峰流量與實測值基本一致，同時本站的水位越高采用該方法計算的流量值與實測值越接近，當高水常規(guī)測流方式無法施測時，此種方法可以應用到實際高洪推算洪峰流量中，結果合理可靠，完善了本站因高洪時無法正常測流時，或基礎設施被沖毀時，可以用上下比降斷面的洪痕水位，結合糙率與水位的關系完全可以推算洪峰流量。

參考文獻：

[1]水文資料整編規(guī)范[S].水利水電出版社，2000.

[2]河流流量測驗規(guī)范[S].中國計劃出版社，1993.

[3]張留柱，趙志貢，張法中.水文測驗學[M].黃河水利出版社，2003.