不同方法計算各控制斷面水位流量關(guān)系

吳玲玲（丹東市水利勘測設(shè)計研究院，遼寧丹東 118000）

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不同方法計算各控制斷面水位流量關(guān)系

吳玲玲
（丹東市水利勘測設(shè)計研究院，遼寧丹東 118000）

［摘 要］大洋河流域干流直接匯入黃海，河口附近受潮位影響，各頻率起始水位按照設(shè)計潮位成果選取即可。上游共有三處具有代表性的控制斷面，該三處條件不同，計算水位流量的方法亦有差別，分別采用水力學(xué)堰流流量公式、水力學(xué)曼寧公式及實(shí)測水位流量等多種方法。計算后成果與實(shí)際“2012年8.4洪水”洪調(diào)成果較為接近，較為合理。

［關(guān)鍵詞］大洋河流域；水位；流量

1　項(xiàng)目概況

大洋河流域隸屬于遼寧省，東側(cè)為鴨綠江支流愛河流域，北以千山山脈分水嶺為界與太子河比鄰，西側(cè)有大清河、碧流河和英那河，南臨黃海。大洋河河道全長182 km，流域面積6 554 km2。大洋河在上游分為東、西兩支：西支為東洋河，發(fā)源于岫巖縣西北部偏嶺鄉(xiāng)的唐望山，東洋河全長140.02 km，流域面積1 940 km2；東支為哨子河，發(fā)源于岫巖縣北部的古洞嶺，哨子河全長125.57 km，流域面積2 168 km2。東洋河與哨子河在哨子河鄉(xiāng)匯合，匯合口以上屬于鞍山市岫巖縣，匯合口一下為大洋河干流，隸屬于丹東東港市，最終在黃土坎鎮(zhèn)以南注入黃海，干流全長58 km。

大洋河干流自河口向上有三處控制斷面，分別是19+000石山子洋河橋、26+000洋河閘站及44+000沙里寨水文站。第一處斷面有洪水調(diào)查成果，第二處斷面有多年實(shí)測汛期水位數(shù)據(jù)，第三處斷面有多年實(shí)測水位及流量數(shù)據(jù)。

2　各控制斷面水位流量關(guān)系

2.1石山子洋河橋

石山子洋河橋，現(xiàn)狀橋?qū)?30 m，橋孔17個，單孔凈寬24 m，梁底高程7.50 m，橋面高程8.6 m，橋墩為雙排圓柱形，直徑1.4 m，橋底河槽最低高程-3.92 m，該處堤距917 m。

根據(jù)《水力計算手冊》，采用無底坎寬頂堰堰流流量公式制定現(xiàn)狀橋梁水位流量關(guān)系，計算公式如下：

式中：b——每孔凈寬，24m；n——孔數(shù)，17m；H0——包括行進(jìn)流速水頭的堰前水頭；m——流量系數(shù)，0.332；σc——側(cè)收縮系數(shù)，0.375；σs——淹沒系數(shù)，1.0。

經(jīng)過計算，當(dāng)洪水位在7.50 m時，石山子洋河橋僅能通過洪峰流量8 800 m3/s（相當(dāng)于15年一遇設(shè)計洪峰），現(xiàn)狀橋梁水位流量關(guān)系見表1。又調(diào)查到該橋歷經(jīng)2012年8.4洪水，在左岸決口的情況下，橋上洪痕7.91 m，橋下7.41 m，說明該橋阻水嚴(yán)重。

為了減少由橋梁阻水引起堤防過高投資增加，建議對橋梁進(jìn)行改造，增加橋孔孔數(shù)，可以通過20年一遇洪水即可。采用上述公式計算，增加2孔，合計橋孔為19孔時，橋底梁高程不影響20年一遇洪水正常宣泄。計算過程中，m=0.334，σc= 0.372，σs=1.0。增加2孔橋梁水位流量關(guān)系見表1。

表1　石山子洋河橋水位流量關(guān)系

2.2洋河閘站

洋河閘站的大洋河斷面較規(guī)整，東港市防汛辦設(shè)立臨時觀測站，主要觀測每年汛期的洪水位。該站有1977—2012斷續(xù)觀測的13年汛期水位資料，其流量資料利用上游沙里寨水文站同期實(shí)測流量按水文比擬法計算求得，由于實(shí)測資料年限較少，制定的水位流量關(guān)系不好。

在對大洋河2012年8.4洪水調(diào)查時，實(shí)際測量洋河閘站橫斷面，并在洋河閘站及上游2.7 km調(diào)查洪痕兩處。洋河閘站水位流量關(guān)系根據(jù)水力學(xué)曼寧公式推求：

式中：Q——流量，m3/s；ω——過水?dāng)嗝婷娣e，m2；R——水力半徑，m；n——糙率；I——水面比降。

由實(shí)測大斷面資料利用計算機(jī)編程計算，可求出任意水位對應(yīng)的過水面積和水力半徑，水力比降按照2012年洪痕確定，見表2。

表2　2012年8月4月洋河閘站洪水比降計算成果

糙率采用。幅地洋河閘站處于大洋河干流中下游，接近入?？?，河道糙率較上游山區(qū)小，丹莊高速公路大洋河特大橋河工模型實(shí)驗(yàn)曾對黃土坎大橋至洋河閘段做模型試驗(yàn)，根據(jù)1982年8月9日發(fā)生的洪峰流量為7 700 m3/s的洪水及洪水過后的實(shí)測洪痕，來驗(yàn)證河道綜合糙率。糙率值0.019。洋河閘站水位～流量關(guān)系見表3。

表3　洋河閘站水位流量關(guān)系

2.3沙里寨水文站

沙里寨水文站自1956年以來，有刊印資料發(fā)生洪峰流量超過7 000 m3/s總計共4次，分別為1960年、1962年、1982年、1994年，相應(yīng)流量及水位見表4。

繪制上述4年實(shí)測洪水過程線（圖略），可以看出當(dāng)發(fā)生相同流量時峰前水位較峰后水位低，為了工程安全考慮，沙里寨水文站水位流量關(guān)系曲線均采用峰后的流量和水位。

表4　沙里寨水文站實(shí)測流量超過7 000 m3/s一覽表

利用實(shí)測數(shù)據(jù)繪制上述4年水位流量關(guān)系，可以看出1962年、1982年、1994年水位流量較為規(guī)律，而1960年小于Q=7 000 m3/s時的水位流量關(guān)系明顯不同于其他3年，水位較低；又已知Q1982年＞Q1962年＞Q1994年，H1982年＞H1994年＞H1962年，可以看出1982年符合峰大水高的規(guī)律，可以作為典型年來推算沙里寨水位流量關(guān)系。

沙里寨水文站利用1982年實(shí)測峰后水位流量關(guān)系見表5。

表5　沙里寨水文站水位流量關(guān)系

3　結(jié)論

根據(jù)實(shí)際情況，按照不同方法制定的大洋河水位流量關(guān)系成果，在與調(diào)查的“2012年8.4洪水”較為接近，較為合理可信。通過對大洋河流域三處控制斷面水位流量關(guān)系的建立，使得在推求水面線時有著較為精準(zhǔn)的準(zhǔn)確度，修建防洪工程起到重要的指導(dǎo)作用，對汛期防汛有著至關(guān)重要的參考價值。

［參考文獻(xiàn)］

［1］華東水利學(xué)院.水工設(shè)計手冊第二卷地質(zhì)、水文、建筑材料［M］.北京：水利電力出版社，1982.2.

［2］水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院.水工設(shè)計手冊第2卷規(guī)劃、水文、地質(zhì)［M］.北京：中國水利水電出版社，2014.6.

［3］水利電力部東北勘測設(shè)計研究院.洪水調(diào)查［M］.北京：水利電力出版社，1978.6.

［4］中國市政工程東北設(shè)計研究院.給排水設(shè)計手冊第7冊城鎮(zhèn)防洪第二版［M］.北京：中國建筑工程出版社，2000.

［5］中華人民共和國水利部.水文調(diào)查規(guī)范［S］.北京：中國水利水電出版社，2015.

［中圖分類號］TV12

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）02－0039－02

［收稿日期］2015-07-25