梅花河、馬場河流域2014.7.21暴雨洪水計(jì)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(shí)強(qiáng)降雨災(zāi)害，造成洪水出槽漫灘，導(dǎo)致沿岸居民受災(zāi)，耕地、民居、牲畜受損。因該流域?qū)傩∶娣e山溪性河流且無水文控制斷面，災(zāi)后洪水調(diào)查分析采用實(shí)地過水?dāng)嗝鏈y量和水文比擬以及水文圖集瞬時(shí)單位線分析計(jì)算等方法對(duì)該流域洪水洪峰流量進(jìn)行了還原計(jì)算，得出了流域暴雨和洪水的出現(xiàn)頻率量級(jí)，并對(duì)各種計(jì)算方法和結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

關(guān)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(jí)支流，河源經(jīng)度129°10′15.6″，緯度47°55′29.1″。河口經(jīng)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(jí)支流，河源經(jīng)度128°57′20″，緯度47°49′50″。河口經(jīng)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(shí)至12時(shí)兩流域發(fā)生強(qiáng)降雨，12h內(nèi)降雨總量達(dá)110mm，河流水位迅速起漲，至21日8時(shí)，洪水已漫至兩河之間的居民區(qū)，12時(shí)后洪水漸漸消退。流域位置見圖1，因流域內(nèi)無流量控制站，本次洪水沒有實(shí)測洪水過程，洪峰流量及出現(xiàn)頻率采用理論和調(diào)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(jì)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(yù)報(bào)方案，按流域面積或其他要素的倍比關(guān)系將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行移用的一種水文分析計(jì)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(jù)就是認(rèn)為相似流域的降雨徑流特性類似，產(chǎn)流規(guī)律也類似，主要差別僅在流域面積不同上。本次分析計(jì)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(yù)報(bào)方案用于梅花河和馬場河洪水預(yù)報(bào)。兩流域自然地理特征類似，流域產(chǎn)匯流規(guī)律也基本相同。

2.2 流域瞬時(shí)單位線法

采用黑龍江省水文圖集中概化瞬時(shí)單位過程線法，該方法主要用來推求工程設(shè)計(jì)中針對(duì)無資料流域的設(shè)計(jì)洪水。其各種參數(shù)和備選流域匯流單位線都是通過歷史洪水整體規(guī)律概化分析而來，使用比較方便，各種參數(shù)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(chǎn)流凈雨量。實(shí)際工作中該凈雨量一般按百分比預(yù)估或由相鄰流域產(chǎn)流方案中的流域降雨～徑流相關(guān)圖查得。

2.3 曼寧公式法

該方法需在對(duì)河道進(jìn)行實(shí)地洪水調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行，需要測量河道過水?dāng)嗝?，確定最高洪痕水位，測量河道縱斷面水位線洪痕點(diǎn)來確定斷面處洪水比降，然后利用曼寧公式計(jì)算出斷面平均流速，進(jìn)而求出洪峰流量。該方法外業(yè)工作量較大，成果可信度一般較高。

3 流域降雨、洪水計(jì)算分析

3.1 降雨分析

流域主要降雨始于7月21日0時(shí)30分，至21日3時(shí)各站降雨均超過50mm，降雨強(qiáng)度較大，之后降雨強(qiáng)度相對(duì)減弱，21日12時(shí)降雨基本停止，各站12h累計(jì)雨量均在100mm左右。流域平均雨量達(dá)110mm，因流域內(nèi)雨量資料系列長度較短（不足5年），無法用實(shí)測系列資料進(jìn)行頻率分析，采用水文圖集不同歷時(shí)最大降雨多年均值及其相應(yīng)Cv查得不同頻率Kp值，計(jì)算出相應(yīng)頻率雨量，經(jīng)與實(shí)例流域?qū)Ρ?，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(xiàn)頻率計(jì)算分析

相鄰流域水文比擬法借用伊春站洪水預(yù)報(bào)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(jìn)行洪峰流量預(yù)報(bào)，然后將計(jì)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(shí)計(jì)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(yù)報(bào)時(shí)所需雨量直接使用梅花河、馬場河流域?qū)嶋H雨量，伊春站假定徑流深由梅花河、馬場河流域?qū)嶋H降雨利用伊春站降雨徑流相關(guān)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(shí)單位線法采用降雨歷時(shí)12h，徑流深由伊春站產(chǎn)流方案求得，圖集所需匯流參數(shù)計(jì)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(shí)的比值，當(dāng)有效降雨歷時(shí)小雨24小時(shí)時(shí)按24小時(shí)計(jì)算。C3為匯流參數(shù)，由圖集中圖36查得。參數(shù)N=0.2*m10.74，參數(shù)k=m1/n，F(xiàn)為流域面積，J為河道平均坡降。利用參數(shù)n、k即可在圖集中查得S（t）曲線，轉(zhuǎn)換該曲線后即可求出相應(yīng)時(shí)段洪水過程和洪峰流量。

曼寧公式法根據(jù)流域調(diào)查數(shù)據(jù)，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(xiàn)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(jì)算分析。

以上方法計(jì)算出的洪峰流量頻率根據(jù)水文圖集來確定，計(jì)算公式為：Qmp=（kp/k5%）*Cp*F0.67。式中Qmp為流域不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量，kp為不同頻率模比系數(shù)，k5%為5%頻率的模比系數(shù)，Cp為最大洪水參數(shù)，F(xiàn)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(jì)算成果見表2。

4 結(jié)束語

經(jīng)分析可知，水文比擬法與曼寧公式計(jì)算法計(jì)算結(jié)果比較接近，瞬時(shí)單位線法計(jì)算結(jié)果相對(duì)偏小，因水文比擬法和曼寧公式法所選要素都與流域?qū)崨r比較接近，計(jì)算結(jié)果可信程度高些。水文圖集瞬時(shí)單位線法因各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)概化程度較大，對(duì)面積較小流域?qū)嵱眯钥赡芷?，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(biāo)準(zhǔn)。目前對(duì)無流量測站控制的流域進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)還缺少比較權(quán)威有效的方法，文章僅以最基本的幾種方法來進(jìn)行了實(shí)例分析，方法觀點(diǎn)難免有偏差之處，僅供參考交流。

參考文獻(xiàn)

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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。