馬斯京干法在韓莊運(yùn)河洪水演算中的應(yīng)用

劉艷亮

（棗莊市巖馬水庫(kù)管理處，山東　棗莊　277100）

馬斯京干法在韓莊運(yùn)河洪水演算中的應(yīng)用

劉艷亮

（棗莊市巖馬水庫(kù)管理處，山東棗莊277100）

韓莊運(yùn)河是南四湖韓莊閘以下的泄洪通道，本次采用馬斯京根法對(duì)韓莊運(yùn)河河段進(jìn)行河道洪水演算，將其洪水演算方案運(yùn)用到實(shí)際工作中以提高預(yù)報(bào)時(shí)效和精度要求。

馬斯京根法；洪水演算；流量分級(jí)；匯流曲線

韓莊運(yùn)河是南四湖韓莊閘以下的泄洪通道，也是棗莊市南部的主要排水河道，全長(zhǎng)42.5 km。該區(qū)域是暴雨集中頻發(fā)地區(qū)，往往因暴雨造成較大洪水；加之上游微山湖韓莊閘泄洪，下游頂托，河道排水不暢，致使運(yùn)北地區(qū)經(jīng)常發(fā)生大面積洪澇災(zāi)害，故該地區(qū)歷來(lái)有“洪水走廊”之稱(chēng)。

1　韓莊運(yùn)河洪水演算方案

1.1馬斯京根法的原理及演算公式

本法假定在漲、落水階段，河段中的水面是直線，流量沿程是直線變化的，把洪水期河段中的蓄水量分為兩部分，即平行于河底的直線以下部分稱(chēng)柱蓄和在該直線與實(shí)際水面線間的部分稱(chēng)楔蓄。根據(jù)以上假定原理，馬斯京根推求的洪水演算公式為：

式中：I為河段上段面入流量；O為河段下段面出流量，腳碼1、2表示時(shí)段初、末時(shí)刻；K為槽蓄系數(shù)，是線性槽蓄關(guān)系的斜率，具有時(shí)間因次；x為流量比重因子，它反映楔蓄的大小，且0≤x≤0.5，C0、C1、C2是馬斯京根法參數(shù)K和X的函數(shù)，其和等于1。

1.2方案研制步驟

1）1995年韓莊運(yùn)河河道治理后到2015年根據(jù)水文資料記錄主要有1998年、2003年、2004年和2005年韓莊閘泄洪四次洪水過(guò)程。2）分別繪制各場(chǎng)次實(shí)測(cè)洪水水位流量過(guò)程線。3）通過(guò)水位流量過(guò)程線分析各場(chǎng)次洪水，選擇區(qū)間來(lái)水較小，韓莊閘站、臺(tái)兒莊閘站上下游相應(yīng)、峰形完整的洪水過(guò)程作為推求公式的依據(jù)。4）通過(guò)對(duì)以上4個(gè)場(chǎng)次的洪水對(duì)比分析，選取較有代表性的2005年9月19日～10月11日的洪水過(guò)程，該洪水過(guò)程較為典型符合上述特征滿足推算要求。

1.3馬斯京根法參數(shù)的確定方法

1）計(jì)算時(shí)段△t值的選取。按照韓莊水文站和臺(tái)兒莊閘水文站的洪水資料，韓莊水文站流量為I，臺(tái)兒莊閘站的出流量Q；區(qū)間入流q主要來(lái)自嶧城大沙河；韓莊閘至臺(tái)兒莊閘水文站約35 km，可以取△t=6 h。根據(jù)本次研制方案要求，分別采用△t=6 h、△t=2 h試算，進(jìn)行對(duì)比分析。

2）參數(shù)x、K的確定。本次演算方案研制對(duì)x、K采用試算圖解的方法推求。

通過(guò)假定不同數(shù)值的x進(jìn)行試算，點(diǎn)繪W/ ⊿t～Q’關(guān)系曲線，經(jīng)過(guò)多次試算，無(wú)法確定使W= f（Q’）呈單一關(guān)系的較理想的x值（流量比重因數(shù)）。因此，根據(jù)繪制曲線點(diǎn)據(jù)分布情況將流量分級(jí)試算x，K值。通過(guò)對(duì)2005年9月19日～10月11日洪水進(jìn)行流量分級(jí)選取不同等級(jí)的流量Q；試算X值然后得馬斯京根系數(shù)如表1。

根據(jù)流域特征及歷年洪水資料，建議在韓莊至臺(tái)兒莊河段用馬斯京根法進(jìn)行洪水演算時(shí)取△t=6 h比較符合實(shí)際情況。

表1　各流量級(jí)馬斯京根系數(shù)

1.4匯流曲線推算及誤差分析

匯流曲線推算成果詳見(jiàn)表2。選取2005年9 月25日至28日的一次洪水過(guò)程做精度分析與實(shí)測(cè)流量進(jìn)行對(duì)照，分析詳見(jiàn)表3，相對(duì)誤差均在±10%以?xún)?nèi)，因此用馬斯京根法推流演算與實(shí)測(cè)結(jié)果較為一致。該方法可作為實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)的有效方法。

2　結(jié)語(yǔ)

在挑選洪水和試算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閘門(mén)處于敞泄?fàn)顟B(tài)時(shí)，河道洪水特征基本符合馬斯京根假定原理的要求，此時(shí)能夠較好的建立W/⊿t～Q’單一關(guān)系，從而確定參數(shù)x、K，進(jìn)一步推求出演算公式，且在分析洪水時(shí)具有較高的精度。在實(shí)際預(yù)報(bào)中需根據(jù)河道洪水的不同量級(jí)采用與之對(duì)應(yīng)的參數(shù)合理使用，以達(dá)到較好的預(yù)報(bào)精度。

表2　匯流曲線推算成果 m3/s

表3　馬斯京根法推流演算成果

［1］袁作新.流域水文模型.北京∶水利水電出版社，1990.

［2］芮孝芳.水文學(xué)原理.北京∶中國(guó)水利水電出版社，2004.

（責(zé)任編輯趙其芬）

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2016-03-17

劉艷亮（1979—），男，工程師