三汊水文站過水能力曲線淺析

方星萍

【摘要】：根據國家發展委、水利部對2012～2013年度中小河流水文監測系統的安排，水利部下達給湖北省孝感市2012～2013年度建設任務為新建三汊、堰口等14個中小河流水文站。

孝感市中小河流眾多、地形地貌復雜、暴雨洪水突發性強、防洪工程措施比較薄弱，必須建立非工程措施與工程措施相結合的防災減災體系，水文監測和預報預警作為重要的非工程措施，在監測預警、提前預報、防災減災等方面起著關鍵作用，加強全市中小河流水文監測能力建設非常迫切和需要，現以三汊水文站為例對中小河流水文站過水能力曲線進行分析。

【關鍵詞】：三汊水文站；過水能力曲線；淺析

1、基本情況

三汊水文站位于湖北省孝感市孝南區三汊鎮五一村，地處長江流域汈汊湖水系府澴河下段，流域集水面積239k㎡，觀測項目：降水量、水位、流量，向省、市、縣各級防汛主管部門報汛，屬孝南水文局所轄。

三汊鎮隸屬于湖北省孝感市孝南區，位于孝南區東南部。東與祝站鎮接壤，南與毛陳鎮共水（王母湖），西與新鋪鎮交界，北與西河鎮、楊店鎮毗鄰，東距武漢天河機場26km，西距孝感市中心12km。110省道、漢孝大道橫貫本鎮，京珠高速、漢十高速公路穿境而過。

該站測驗河段位于府澴河下段，站房建于左岸堤防地段，作為新建巡測站建設，為孝感城區和武漢天河機場提供防汛安全支撐與保障。測驗河段順直，為單式河槽，寬淺式河道，中高水主槽寬度約90m，無岔流、串溝、逆流、水草等。

2、流量過水能力曲線分析

2.1 基本原理及方法

根據水力學原理可知，明渠均勻流時的水力坡度、水面坡度和河床坡度三者接近相等。雖然天然河道很難形成明渠均勻流，天然河道往往在較大的洪峰流量出現時刻，可以看成是恒定非均勻流。但對于某些河道順直且斷面變化不大的河段、人工整治的渠道，渠線較順直，過水斷面形狀、尺寸及底坡在較長流程保持不變，且邊界條件無顯著變化，基本上能滿足均勻流的條件，流量可按均勻流近似計算。流速、流量可采用曼寧公式計算，公式如下：

V=（1/n）R 2/3S1/2 （2.1-1）

Q=（1/n）AR 2/3S1/2 （2.1-2）

式中：V—斷面平均流速；n—糙率，是綜合反映管渠壁面粗糙情況對水流影響的一個系數，其值一般由實驗數據測得，使用時也可查表選用；R—水力半徑，通常采用平均水深代替；S—水面比降；A一斷面面積。

2.2 測驗河段實測大斷面資料

為全面了解斷面變化情況，通過測量獲得測驗河段實測大斷面資料見下表2.2-1。

2.3 河床坡降推算

測驗河段坡降計算是以河道斷面的最低點高程來計算，河流坡降是由n個連續斷面的高程Zi，及斷面到下游斷面距離Li計算得的，河道坡降通用公式如下：

S=[（z0+z1-z0-z0）*L1+（z1+z2-z0-z0）*L2+……+（zn-1+zn-z0-z0）*L

n]/（L1+L2+……+Ln）^2 （3-1）

式中：Z0—為河床基點高程；Z1、Z2、Z3…Zn—斷面的高程；L1、L2、L3…L（n-1）—斷面距離；S—河床坡降

2.4 過水能力曲線分析

過水能力曲線是一個斷面根據測驗河段的坡降和河床糙率組成情況，分析計算出的水位流量關系曲線，此關系曲線沒有考慮流速在斷面的縱向分布，也無法準確推算水面附加比降的實際值，只能憑經驗在修正坡降。依據本站的測驗河段及斷面情況，結合附近基本站實測資料綜合分析確定本站的糙率及河床坡降。

按以上所確定的水力因素值采用（2.1-1）、（2.1-2）公式計算流速、流量，并建立水位流量關系曲線。通過分析，可以得到一條采用分級糙率計算的水位～流量關系曲線。通過擬合得到三汊水文站水位～流量關系曲線計算公式：

Q = 0.1173Zi3 – 1.0007Zi2 – 57.062Zi+688.66

式中：Zi為水位，Q為流量。

三汊水文站水位～流量關系線節點見表2.4-1

表2.4-1 三汊水文站水位流量關系曲線表

水位（m） 流量（m3/s） 水位（m） 流量（m3/s） 水位（m） 流量（m3/s）

16.00 0.137 18.80 41.0 21.60 167

16.20 0.531 19.00 46.8 21.80 179

16.40 1.24 19.20 53.0 22.00 199

16.60 2.43 19.40 60.3 22.20 212

16.80 3.99 19.60 68.1 22.40 228

17.00 5.97 19.80 78.7 22.60 244

17.20 8.24 20.00 87.9 22.80 259

17.40 10.9 20.20 97.5 23.00 273

17.60 13.7 20.40 106 23.20 288

17.80 17.2 20.60 117 23.40 307

18.00 20.9 20.80 126 23.60 327

18.20 25.0 21.00 137 23.80 348

18.40 30.1 21.20 147

18.60 35.0 21.40 157

結語

經過以上分析可以得到三汊水文站過水能力曲線，為防汛預警提供了可靠的依據，對當地的防洪減災有很大的現實意義，也為其他中小河流水文站過水能力曲線分析提供了借鑒。

【參考文獻】：

[1]《水文資料整編規范》（SL247-2012）.

[2]《水文學原理》（中國水利水電出版社）.

[3]《水文測驗實用手冊》（中國水利水電出版社）.