比降—面積法測流在洪水調查中的應用

韋柳明

（來賓水文中心，廣西 來賓 546100）

1 概述

（1）中平水文站。中平水文站建于1957年，屬國家基本水文站，是珠江流域西江水系運江中平河的唯一控制站，位于廣西壯族自治區象州縣中平鎮仁義村中平河左岸，干流河長距離為50 km，干流坡降3.32‰，測站區域內集水面積596 km2。主要測驗項目有：水位、流量、降水量、蒸發量，同時管理大樟、六巷、王田等3個雨量遙測站，本站自建站以來實測最高水位140.99 m（85基準，下同），實測最低水位134.25 m，實測最大流量3930 m3/s，實測最小流量0.85 m3/s。流域內植被良好，多年平均降水量1 358.5 mm。

（2）中平（花王電站）站。運江發源于金秀縣大樟鄉新村尾村屯東南2 km處，流經廣西象州縣中平鎮稱中平河，上游主要有六巷、王田兩條支流河匯入，流域內有小型水庫2座。中平水文站上游約3 km處為分支流大淮河入口，2007年花王電站建成，在大淮河入口引水發電，發電引水量為23.8 m3/s，裝機容量為800 kW，下游1 km處有中平水電站發電水流匯入。中平水文站受上游電站分流引水發電影響，2007年6月中旬，柳州市水文水資源局在分流河道內修建了簡易水位記錄儀和測流設施來施測花王電站的流量。同年7月，中平水文站在大淮河左岸設臨時輔助觀測斷面，稱中平（花王電站）站，為三類精度的水文站。中平水文站流量由中平（河道）站和中平（花王電站）站流量合成。

2 暴雨概況

2013年8月13日～19日，受強臺風“尤特”和西南季風共同影響，來賓市普降小到大雨，局部暴雨到特大暴雨，暴雨區主要位于金秀縣及象州縣東部一帶，累積降雨量較大的為金秀縣羅香鄉臘河口608 mm、大樟鄉瓦廠村金竹坪屯529.5 mm；日雨量較大的為金秀縣羅香鄉臘河口312.0 mm、金秀縣羅香鄉六寨坳197.5 mm；1 h降雨量較大的為金秀縣羅香街58.5 mm、金秀縣大樟鄉瓦廠村金竹坪屯51.0 mm。其中17日、18日流域平均降雨量最大，分別為96.8 mm、115.5 mm；18日，滴水河下六甲電站上游面平均日雨量為210 mm，中平河中平水文站上游面平均日雨量約為112 mm，最大24 h降雨量為金竹坪站280.0 mm，經暴雨頻率分析為20年一遇。來賓市2013年8月13日～19日累計降雨量等值面分布見圖1。

圖1 來賓市2013年8月13日～19日累計降雨量等值線圖

3 洪水調查與計算

3.1 洪痕調查

2013年8月19日中平河流域發生特大暴雨洪水，使山洪爆發，河水陡漲，中平（花王電站）站于8月19日12時左右，受洪水沖擊自記水位臺倒塌，自記水位臺無法觀測，到8月19日13時40分出現洪峰，本站工作人員在公路碼頭現場觀測洪峰痕跡，洪痕清晰、可靠，采用油漆現場標記。在接到洪水信息以后，8月19日16時來賓水文中心派支援工作組到達中平水文站立即投入到洪水監測工作中，設立下比降斷面，在下斷面上標記洪峰痕跡。

3.2 洪峰水位確定

8月19日經支援搶測小組在測流斷面和下比降斷面附近進行洪痕考證、標記。

8月29日，組織技術人員對洪峰水位、測流斷面以及臨時水尺和下比降斷面進行測量。經測量確認測流斷面與公路碼頭洪峰痕跡尚有30 m的距離。測得公路碼頭洪峰痕跡的洪峰水位為138.714 m，下比降斷面的洪峰水位為138.532 m；測流斷面與下斷面的距離為112 m，用直線比例法推算得測流斷面洪峰水位為138.784 m。測流斷面與下比降斷面的水位落差為0.252 m。

經分析計算認為，本次洪水洪痕清晰、可靠，距基本測流斷面近，代表性好，故確定2013年8月19日洪水的洪峰水位為138.78 m。下比降臨時斷面水位為138.53 m。

3.3 流量計算

3.3.1 比降斷面設置

本次采用比降—面積法推求流量，共布設兩個斷面，一個斷面為基本水尺兼流速儀測流斷面，為沿用的纜道測流斷面，該斷面主河道的正常水面寬為25 m左右，這次最高水位的水面寬為67 m，右岸漫灘水面寬有171 m，左岸無漫灘，全斷面水面寬238 m；另一個斷面布設在基本斷面下游約112 m的臨時斷面，主槽水面寬為88 m，右岸漫灘水面寬有142 m，左岸無漫灘，全斷面水面寬為230 m。對兩個斷面進行測量，用曼寧公式分別推求洪峰流量并進行對比分析。上、下比降斷面圖分別見圖2、圖3。

圖2 上比降斷面圖

圖3 下比降斷面圖

3.3.2 糙率采用

主槽河道大淮河的河床有較為濃密的水草，河床中部種有桑樹，兩岸為竹木，阻力較大，根據1975年11月水利電力出版社出版的《水文測驗手冊》第一冊野外分冊第450頁附錄Ⅰ-5表3編號8正糙率取1/n=14，即取n=0.071，河道大淮河的推流斷面取垂直流向；右岸有部分為溝渠及少量灌木，根據1975年11月水利電力出版社出版的《水文測驗手冊》第一冊野外分冊451頁附錄Ⅰ-5表3編號6正糙率取1/n=22，即取n=0.045；比降為實測。

3.3.3 洪峰流量的計算

（1）斷面特征值計算見表1。

表1 各斷面特征值計算表

（2）流量第一次近似計算：不考慮流速水頭損失，測流斷面與下比降斷面的水位落差為0.25 m，測流斷面與下斷面的距離為112 m，I=0.25/112=2.23×10-3，I1/2=0.047，Km=（K1+K2）/2=（8938+13 295）/2=11 116，Q1-2=KmI1/2=11 116×0.047=522 m3/s

流量第二次近似計算：考慮流速水頭損失，設Q=522 m3/s；

斷面1：V12/2g=（522/328）2/（2×9.81）=0.129；

斷面2：V22/2g=（522/483）2/（2×9.81）=0.060；

（1-a）×（V12/2g-V22/2g）=（1-0.5）×（0.129-0.060）=0.03（a通常采用0.5）

hf1-2=0.25+0.03=0.28

Ie=0.28/112=2.50×10-3，Ie1/2=0.050

則Q1-2=KmI1/2=11 116×0.05=555 m3/s

考慮流速水頭損失影響與不考慮其影響，所得的流量Q值相差為（555-522）/555=5.9%＞5%，須做第3次近似計算。

同理，第3次近似計算流量得Q1-2=566 m3/s，所得的流量Q值相差為（566-555）/566=2.0%＜5%，因此測流斷面的洪峰流量為566 m3/s。

3.3.4 流量對比

中平（花王電站）站為中平水文站的分流河段，中平水文站的流量為中平（河道）站與中平（花王電站）站流量之和，本次洪水過程中，測得河道站的流量值為1700 m3/s，加上本次調查的中平（花王電站）站流量566 m3/s得中平水文站的洪峰流量為2270 m3/s；用中平水文站歷年綜合線查得本次洪水洪峰流量為2230 m3/s，與歷年綜合線流量差僅為1.8%，故本次調查中平水文站流量2270 m3/s合理可靠。

4 結論

本文洪水調查采用比降—面積法推求流量，推流河段順直，沒有明顯的擴散，控制條件較好，上、下斷面的洪痕清晰可靠，符合采用比降—面積法推流的要求。經過流量對比，本次調查的流量與中平水文站歷年綜合線查得流量基本一致，故本次洪水調查所得的洪峰流量合理可靠，可為今后類似河流開展洪水調查提供參考。