比降—面積法測(cè)流在洪水調(diào)查中的應(yīng)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(guó)家基本水文站，是珠江流域西江水系運(yùn)江中平河的唯一控制站，位于廣西壯族自治區(qū)象州縣中平鎮(zhèn)仁義村中平河左岸，干流河長(zhǎng)距離為50 km，干流坡降3.32‰，測(cè)站區(qū)域內(nèi)集水面積596 km2。主要測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有：水位、流量、降水量、蒸發(fā)量，同時(shí)管理大樟、六巷、王田等3個(gè)雨量遙測(cè)站，本站自建站以來實(shí)測(cè)最高水位140.99 m（85基準(zhǔn)，下同），實(shí)測(cè)最低水位134.25 m，實(shí)測(cè)最大流量3930 m3/s，實(shí)測(cè)最小流量0.85 m3/s。流域內(nèi)植被良好，多年平均降水量1 358.5 mm。

（2）中平（花王電站）站。運(yùn)江發(fā)源于金秀縣大樟鄉(xiāng)新村尾村屯東南2 km處，流經(jīng)廣西象州縣中平鎮(zhèn)稱中平河，上游主要有六巷、王田兩條支流河匯入，流域內(nèi)有小型水庫(kù)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(fā)電，發(fā)電引水量為23.8 m3/s，裝機(jī)容量為800 kW，下游1 km處有中平水電站發(fā)電水流匯入。中平水文站受上游電站分流引水發(fā)電影響，2007年6月中旬，柳州市水文水資源局在分流河道內(nèi)修建了簡(jiǎn)易水位記錄儀和測(cè)流設(shè)施來施測(cè)花王電站的流量。同年7月，中平水文站在大淮河左岸設(shè)臨時(shí)輔助觀測(cè)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(qiáng)臺(tái)風(fēng)“尤特”和西南季風(fēng)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(qū)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(xiāng)臘河口608 mm、大樟鄉(xiāng)瓦廠村金竹坪屯529.5 mm；日雨量較大的為金秀縣羅香鄉(xiāng)臘河口312.0 mm、金秀縣羅香鄉(xiāng)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(xiāng)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(jīng)暴雨頻率分析為20年一遇。來賓市2013年8月13日～19日累計(jì)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(jì)降雨量等值線圖

3 洪水調(diào)查與計(jì)算

3.1 洪痕調(diào)查

2013年8月19日中平河流域發(fā)生特大暴雨洪水，使山洪爆發(fā)，河水陡漲，中平（花王電站）站于8月19日12時(shí)左右，受洪水沖擊自記水位臺(tái)倒塌，自記水位臺(tái)無法觀測(cè)，到8月19日13時(shí)40分出現(xiàn)洪峰，本站工作人員在公路碼頭現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)洪峰痕跡，洪痕清晰、可靠，采用油漆現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記。在接到洪水信息以后，8月19日16時(shí)來賓水文中心派支援工作組到達(dá)中平水文站立即投入到洪水監(jiān)測(cè)工作中，設(shè)立下比降斷面，在下斷面上標(biāo)記洪峰痕跡。

3.2 洪峰水位確定

8月19日經(jīng)支援搶測(cè)小組在測(cè)流斷面和下比降斷面附近進(jìn)行洪痕考證、標(biāo)記。

8月29日，組織技術(shù)人員對(duì)洪峰水位、測(cè)流斷面以及臨時(shí)水尺和下比降斷面進(jìn)行測(cè)量。經(jīng)測(cè)量確認(rèn)測(cè)流斷面與公路碼頭洪峰痕跡尚有30 m的距離。測(cè)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(cè)流斷面與下斷面的距離為112 m，用直線比例法推算得測(cè)流斷面洪峰水位為138.784 m。測(cè)流斷面與下比降斷面的水位落差為0.252 m。

經(jīng)分析計(jì)算認(rèn)為，本次洪水洪痕清晰、可靠，距基本測(cè)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(shí)斷面水位為138.53 m。

3.3 流量計(jì)算

3.3.1 比降斷面設(shè)置

本次采用比降—面積法推求流量，共布設(shè)兩個(gè)斷面，一個(gè)斷面為基本水尺兼流速儀測(cè)流斷面，為沿用的纜道測(cè)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(gè)斷面布設(shè)在基本斷面下游約112 m的臨時(shí)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(duì)兩個(gè)斷面進(jìn)行測(cè)量，用曼寧公式分別推求洪峰流量并進(jìn)行對(duì)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(jù)1975年11月水利電力出版社出版的《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》第一冊(cè)野外分冊(cè)第450頁附錄Ⅰ-5表3編號(hào)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(jù)1975年11月水利電力出版社出版的《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》第一冊(cè)野外分冊(cè)451頁附錄Ⅰ-5表3編號(hào)6正糙率取1/n=22，即取n=0.045；比降為實(shí)測(cè)。

3.3.3 洪峰流量的計(jì)算

（1）斷面特征值計(jì)算見表1。

表1 各斷面特征值計(jì)算表

（2）流量第一次近似計(jì)算：不考慮流速水頭損失，測(cè)流斷面與下比降斷面的水位落差為0.25 m，測(cè)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(jì)算：考慮流速水頭損失，設(shè)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(jì)算。

同理，第3次近似計(jì)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(cè)流斷面的洪峰流量為566 m3/s。

3.3.4 流量對(duì)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(cè)得河道站的流量值為1700 m3/s，加上本次調(diào)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(diào)查中平水文站流量2270 m3/s合理可靠。

4 結(jié)論

本文洪水調(diào)查采用比降—面積法推求流量，推流河段順直，沒有明顯的擴(kuò)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(jīng)過流量對(duì)比，本次調(diào)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(diào)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(diào)查提供參考。