梅花河、马场河流域2014.7.21暴雨洪水计算分析

李新 李英晶 邢德富

摘 要：2014年7月21日，汤旺河左岸支流梅花河遭受短历时强降雨灾害，造成洪水出槽漫滩，导致沿岸居民受灾，耕地、民居、牲畜受损。因该流域属小面积山溪性河流且无水文控制断面，灾后洪水调查分析采用实地过水断面测量和水文比拟以及水文图集瞬时单位线分析计算等方法对该流域洪水洪峰流量进行了还原计算，得出了流域暴雨和洪水的出现频率量级，并对各种计算方法和结果进行了对比分析。

关键词：暴雨洪水；洪峰流量；洪水频率；暴雨频率；流域汇流单位线

1 流域及洪水概况

梅花河属汤旺河左岸一级支流，河源经度129°10′15.6″，纬度47°55′29.1″。河口经度128°55′45.0″，纬度47°43′18.0″。河流长度38km，流域面积331km2，河道比降3.20‰，河流左岸有桦林河汇入。马场河属汤旺河左岸一级支流，河源经度128°57′20″，纬度47°49′50″。河口经度128°56′50″，纬度47°45′00″。河流长度9.1km，流域面积33km2，河道比降8.4‰。2014年7月21日0时至12时两流域发生强降雨，12h内降雨总量达110mm，河流水位迅速起涨，至21日8时，洪水已漫至两河之间的居民区，12时后洪水渐渐消退。流域位置见图1，因流域内无流量控制站，本次洪水没有实测洪水过程，洪峰流量及出现频率采用理论和调查方法推算。

图1 梅花河、马场河流域位置示意图

2 流域洪峰流量计算方法介绍

2.1 相邻流域水文比拟法

水文比拟法是指相邻或流域自然地理特性相似的流域之间，无控制断面流域借用有控制断面流域的洪水预报方案，按流域面积或其他要素的倍比关系将计算结果进行移用的一种水文分析计算方法，一般常用在流域径流或洪峰流量的估算方面。该方法的基本依据就是认为相似流域的降雨径流特性类似，产流规律也类似，主要差别仅在流域面积不同上。本次分析计算就是将与梅花河相邻的位于汤旺河右岸的伊春河流域洪水预报方案用于梅花河和马场河洪水预报。两流域自然地理特征类似，流域产汇流规律也基本相同。

2.2 流域瞬时单位线法

采用黑龙江省水文图集中概化瞬时单位过程线法，该方法主要用来推求工程设计中针对无资料流域的设计洪水。其各种参数和备选流域汇流单位线都是通过历史洪水整体规律概化分析而来，使用比较方便，各种参数可由图集直接查得，主要欠缺是要求事先确定降雨扣除损失后的产流净雨量。实际工作中该净雨量一般按百分比预估或由相邻流域产流方案中的流域降雨～径流相关图查得。

2.3 曼宁公式法

该方法需在对河道进行实地洪水调查的基础上进行，需要测量河道过水断面，确定最高洪痕水位，测量河道纵断面水位线洪痕点来确定断面处洪水比降，然后利用曼宁公式计算出断面平均流速，进而求出洪峰流量。该方法外业工作量较大，成果可信度一般较高。

3 流域降雨、洪水计算分析

3.1 降雨分析

流域主要降雨始于7月21日0时30分，至21日3时各站降雨均超过50mm，降雨强度较大，之后降雨强度相对减弱，21日12时降雨基本停止，各站12h累计雨量均在100mm左右。流域平均雨量达110mm，因流域内雨量资料系列长度较短（不足5年），无法用实测系列资料进行频率分析，采用水文图集不同历时最大降雨多年均值及其相应Cv查得不同频率Kp值，计算出相应频率雨量，经与实例流域对比，两流域本次暴雨频率约为10年一遇降雨，具体降雨情况见表1。

表1 梅花河，马场河2014年7月21日降雨过程表

3.2 洪峰流量及出现频率计算分析

相邻流域水文比拟法借用伊春站洪水预报汇流单位线成果，利用梅花河、马场河流域降雨量在伊春站进行洪峰流量预报，然后将计算成果按面积倍比法来移用至梅花河和马场河，成果移用时计算公式为：Q梅花河=（F梅花河/F伊春河）0.67*Q伊春河。借用流域预报时所需雨量直接使用梅花河、马场河流域实际雨量，伊春站假定径流深由梅花河、马场河流域实际降雨利用伊春站降雨径流相关图查得，借用单位线选择伊春站历史洪水单位线中与本次暴雨雨型相似单位线，利用查得的径流深逐段乘所选单位线流量，即得出洪水过程和洪峰流量。

水文图集瞬时单位线法采用降雨历时12h，径流深由伊春站产流方案求得，图集所需汇流参数计算公式为：m1=B*（a）-0.31，B=C3*F0.16*J-0.35，上式中a为径流深和降雨历时的比值，当有效降雨历时小雨24小时时按24小时计算。C3为汇流参数，由图集中图36查得。参数N=0.2*m10.74，参数k=m1/n，F为流域面积，J为河道平均坡降。利用参数n、k即可在图集中查得S（t）曲线，转换该曲线后即可求出相应时段洪水过程和洪峰流量。

曼宁公式法根据流域调查数据，采用公式V=（1/n）R（2/3）I（1/2），式中V为断面平均流速（m/s），n为河床糙率，R为平均水深（m），I为水面比降。断面洪峰流量由公式Q=VF求出，Q为流量（m3/s），V为断面平均流速（m/s），F为断面面积（m2）。因马场河面积较小，本次洪水所占比重较小，仅以梅花河为例来计算分析。

以上方法计算出的洪峰流量频率根据水文图集来确定，计算公式为：Qmp=（kp/k5%）*Cp*F0.67。式中Qmp为流域不同频率设计洪峰流量，kp为不同频率模比系数，k5%为5%频率的模比系数，Cp为最大洪水参数，F为流域面积。不同频率洪水的kp值由图集附录3查得，查图所用Cv由图集图18查得，选cs=2.25Cv。Cp由图集中图17查得，计算成果见表2。

4 结束语

经分析可知，水文比拟法与曼宁公式计算法计算结果比较接近，瞬时单位线法计算结果相对偏小，因水文比拟法和曼宁公式法所选要素都与流域实况比较接近，计算结果可信程度高些。水文图集瞬时单位线法因各项计算参数概化程度较大，对面积较小流域实用性可能偏低，因此综合分析确定梅花河流域洪峰流量为350m3/s，马场河流域洪峰流量为80m3/s，频率均为20年一遇洪水标准。目前对无流量测站控制的流域进行洪水预报还缺少比较权威有效的方法，文章仅以最基本的几种方法来进行了实例分析，方法观点难免有偏差之处，仅供参考交流。

参考文献

[1]黑龙江省水利厅.黑龙江省水文图集[M].哈尔滨：黑龙江省水利厅，1996.

[2]葛守西.现代洪水预报技术[M].北京：中国水利水电出版社，1999：125-145.

[3]水利部.水文情报预报规范[M].北京：中国水利水电出版社，2000：9-11.

[4]扬州水利学校.水文预报[M].中国水利水电出版社，1983；23-40.

作者简介：李新（1980-），女，黑龙江铁力市人，工程师。

李英晶（1979-），女，黑龙江铁力市人，工程师。

邢德富（1976-），男，黑龙江伊春市人，水文技师。