少資料地區暴雨洪水洪峰流量計算探討

辛春輝 陳紹良

收稿日期：2024-01-11

作者簡介：辛春輝（1973—），男，湖南石門人，工程師，研究方向為水文預報。

摘 要：洪峰流量和洪峰水位是非常重要的水文參數，而這2個參數的計算非常復雜。若資料較少的地區想要計算這2個參數則難度更大。以洈水支流南河2023年8月27日洪水為例，對少資料地區暴雨洪水洪峰流量計算進行了探討，為暴雨洪水洪峰流量計算提供借鑒。

關鍵詞：洪峰流量；洪峰水位；暴雨

中圖分類號：TV122.1 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）03–0-03

在一次洪水過程中，洪峰水位和洪峰流量是2個重要的水文參數。對于少資料地區，必須通過洪水調查來間接確定這2個參數。可以通過調查一次洪水過程留下的洪痕確定洪峰水位，而洪峰流量的計算較困難，常用的方法有比降面積法、暴雨洪水推理公式法、曼寧公式法等[1-3]。比降面積法要求獲得較準確的洪痕以確定洪峰水位，從而計算出水面比降，而另一個難點在于糙率的確定；暴雨洪水推理公式法受到暴雨時空分布影響較大；曼寧公式法一般適用于明渠均勻

流[4-5]。以比降面積法為主，探討了2023年8月27日洈水一級支流南河子良鎮河段發生的一次暴雨洪水過程中洪峰流量的計算，并采用其他2種方法驗證比降面積法的計算結果。

1 流域概況

洈水是松滋河的一級支流，上游分南、北兩支，南支在湖南石門縣的五里坪，北支（干流）在湖北，發源于湖北省五峰縣清水灣，2條支流在湖北省松滋市王臺嶺匯合，后流經烏溪溝、茉莉灘、西齋、楊林、法華寺等地，于公安縣汪家汊匯入松滋河，河流全長203.7 km，

流域面積2 218 km2，其中位于湖南省境內的流域面積為433.7 km2。

流域多年平均雨量1 280 mm，實測單站最大降水量為清水灣雨量站1983年2 606.6 mm，降雨集中在4—9月，約占全年雨量的70%，調查最大洪峰流量為5 730 m3/s。

2 “2023·8·27”暴雨洪水情況

8月26日20：00—27日09：00，受到低渦切變和地面冷空氣的共同影響，洈水流域石門縣、澧縣和五峰縣普降暴雨，局部特大暴雨。在此次強降雨過程中，洈水一級支流南河流域面平均降雨量為225.5 mm，站點最大降雨量為石門縣犀牛坪站，為282.5 mm，其次為石門縣子良站，254.5 mm。此次暴雨過程在空間分布上比較集中，主要覆蓋洈水南支流域及周邊區域，暴雨中心位于洈水流域子良鎮和太平鎮，累計降雨量超100 mm有12站，超200 mm有4站，其中超100 mm籠罩面積為1 100 km2。

受洈水中上游干支流強降雨影響，8月26—27日，洈水一級支流南河太平鎮至子良鎮河段發生了一次洪水過程，洈水干流火連坡鎮沙溪坪水文站（屬湖北省水文）出現建站以來實測最大洪水，測得最高水位為98.52 m（85高程），洪峰流量為3 500 m3/s，洪峰出現時間為8月27日13：10。

3 洪峰流量的計算

受洈水流域中上游強降雨影響，石門縣太平鎮、子良鎮和澧縣火連坡鎮河段出現了暴雨山洪。以子良鎮河段為研究對象，重點研究此次洪水過程在子良鎮斷面形成的洪峰流量。調查河段情況如表1所示。

子良鎮河段位于洈水上游南支下游，斷面以上流域面積為271 km2，斷面至主河道分水嶺的距離L為31.0 km，干流平均坡降J為145.5%。此次在該河段調查了2個斷面，上斷面位于公路橋以上150 m，下斷面位于公路橋以下400 m。

此次調查分別對上下2個斷面的洪痕和斷面面積進行了測量，洪痕水位的上斷面為161.56 m，下斷面為160.66 m。

子良鎮河段洪峰流量采用比降面積法進行計算，然后采用暴雨推理公式和曼寧公式兩種方法對比降面積法的結果進行驗證，最終確定其洪峰流量。

3.1 比降面積法

將該河段峰頂近似視作恒定非均勻流，計算洪峰流量公式如下：

Q=KS0.5/[1-]0.5（1）

式（1）中，L表示比降上、下斷面間距，單位：m；g表示重力加速度，為9.81 m/s2，S表示實測水面比降。

K表示河段平均輸水率，其計算公式如下：

K=（A上R上+A下R下）/2n（2）

式（2）中，n表示查用的糙率，A上、A下分別表示上下過水斷面面積，單位：m2，R上、R下分別表示上下過水斷面水力半徑，單位：m。

計算公式（M值沒有具體含義）如下：

M=（1-ε）（1/A2上-1/A2下）（3）

式（3）中，ε值為斷面沿程收縮或擴散系數，收縮河段ε=0，漸次擴散ε=0.5。根據實測結果參數確定，得：A上=613 m2，A下=478 m2，R上=2.866 m，R下=3.639 m，

L=550 m，S=1.636‰；糙率n查《湖南省河渠糙率》可知，n=0.035；調查河段為收縮河段，n=0。

計算得：K=33824，M=-1.72×10-6，Q=1 260 m3/s。

3.2 根據暴雨推理公式計算洪峰流量

第一，根據式（4）、式（5）計算（θ-表示流域地理參數）。

θ=L/（F J ）=31.0/（271×14.55‰）=31.30（4）

m=0.123θ0.520=0.123×31.300.520=0.737（5）

式（4）、式（5）中，m表示流域匯流參數，F表示斷面以上流域面積，單位：km2；L表示斷面至干流分水嶺的距離，即主河道長度，單位：km；J表示干流平均坡降。

第二，推求此次暴雨平均面雨量。采用子良、陽泗嶺、犀牛坪、太平、太平鎮5個雨量站的數據，計算子良斷面以上面平均雨量。

降雨時段為8月26日20：00—27日09：00時，降雨量如表2所示，經加權平均計算，面平均雨量為225.5 mm。

表2? 子良斷面以上流域雨量

站名 時段雨量/mm

子良 254.5

犀牛坪 282.5

陽泗嶺 123.0

太平 220.5

太平鎮 126.0

第三，凈雨過程計算。假定此次暴雨的面雨量按照子良站時段雨量分配比例進行時程分配。根據《湖南省暴雨洪水查算手冊》查圖40知該流域屬產流分區第4區，得初損I0=25 mm。求時段地表徑流R上=R總×Ψ，地表徑流占總徑流的比例Ψ值查表得0.75。具體結果如表3所示。

第四，計算Rt/t。將R上按從大到小進行排列，自最大時段地表徑流開始，依次向前后相鄰時段連續累加得Rt，除以相應歷時，得到Rt/t值，如表4所示。

點繪Rt/t-t關系曲線，如圖1所示。

第五，使用試算法求Qm和τ。根據公式：洪峰流量Qm=0.278×F×Rt/t，匯流歷時τ=0.278×L/（m×J ×Q m），

經計算得出Qm=1 220 m3/s，τ=8.10 h。

3.3 曼寧公式法

采用公式估算此次洪水過程洪峰流量，公式如下：

Q=A下RhS（6）

式（6）中，A下=478 m2，n=0.035，水力半徑Rh=3.639，

S=1.636‰，代入式（6）得：Q=1 310 m3/s。

綜上所述，子良斷面洪峰流量的計算采用了比降面積法、曼寧公式法以及暴雨推理公式法3種方法，得到的洪峰流量如表5所示，3種方法所得結果均較為接近。暴雨推理公式法的結果偏小，曼寧公式法的結果偏大。可以認為比降面積法的計算結果合理，子良斷面洪峰流量為1 260 m3/s。

4 結束語

比降面積法相比其他兩種方法而言更準確，因此對于少資料地區洪峰流量計算而言，一般優先采用比降面積法。若難以辨認洪痕，無法確定糙率，可以采用暴雨推理公式法對洪峰流量進行估算。

參考文獻

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