高洪时采用比降—面积法推求洪峰流量的应用分析

孙侃+刘丙贺+王秋媛

摘 要：文章通过对西南岔河南岔水文站水位与糙率的关系，分析出采用比降-面积法推算洪峰流量与实测流量的误差，从而确定该站在高水时，常规测验方式无法施测，或高洪期间无法测量时，采用比降断面的洪痕水位，推算洪峰流量。文章通过与实测流量的对比分析可以得出此方法在南岔站可以应用到高洪流量计算中，并且精度满足要求。

关键词：比降-面积法；糙率；曼宁公式；对比分析；高洪

中图分类号：TV131 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0094-02

1 概述

比降-面积法测流是以水力学公式来推算瞬时流量的方法。根据测验河段实测的水位、断面等资料，用水力学公式计算河段瞬时流量，更是一种在使用流速仪和水面浮标法测流遇到困难时行之有效的方法。而该方法中河床糙率是一项重要资料，它是在洪水调查中作高水延长的重要参数，对计算得的洪峰流量成果影响很大。

2 流域概况

南岔水文站位于黑龙江省伊春市南岔区，是汤旺河下游右岸一级支流西南岔河出口控制站，属国家二类精度站，地理坐标为东经129°15′，北纬47°08′，集水面积2582km2，断面以上河长106km，至河口的距离15km，流域平均坡降6.95‰，河底平均坡降4.20‰，河系形状略呈扇形。流域地势西高东低，河流总的走向由西南流向东北，河道弯曲系数为1.95。测验断面附近河床上部为卵石，厚约1.0m，河床由粗沙卵石组成，河床稳定。洪水来源为上游区域暴雨和干流西南岔河来水为主，洪水多发生在7、8月份。根据实测资料，大洪水发生年份为1996、1968、1985、1971、2003年。历年最大洪峰流量为1630m3/s（1996.7.30），重现期相当于五十年一遇。

3 比降-面积法测流的原理分析与应用

比降-面积法是使用于河流不能采用精度较高的测流方法施测流量时的近似计算方法，使用河段水面比降断面面积作为主要因素测取流量的一种方法。在遇到大洪水无法用常规手段施测时，采用此方法可以及时测取的大洪水的量值，采用历史流量测验资料分析计算河道糙率值，并有完整的上下游比降观测资料，确定水位和糙率的关系曲线，糙率值随着水位的变化，根据不同的水位值在线上可查出相应的糙率值。

Q=AR2/3S1/2/n=KS1/2 K=1/n AR2/3

式中：Q为洪峰流量，A为断面面积，R为水力半径，S为水面比降，n为河床糙率，K为输水率。

根据上面公式，如果将两断面间水面线视为直线，则该公式可以变为：

Q=AmRm2/3S1/2/n=KS1/2 Km=1/n AmRm2/3

Am、A上、A下分别为平均断面面积及上下断面面积，Rm、R上、R下分别为平均水力半径和上下断面水力半径，Km为平均输水率。

3.1 测验河段分析

南岔站上下两个比降断面间距为200m，分别在基本断面的下游和下游各100m，断面与流向垂直，河道顺直，无明显收缩扩散和弯曲现象，河床稳定，冲淤变化不大，历年水位流量关系曲线均为单一线。

3.2 水位-糙率关系

河床糙率是比降-面积法测流的关键参数，取用的糙率值对洪峰流量的计算变化较大，南岔水文站水位-糙率关系稳定，水位变化在94.00-96.00m，根据关系曲线，水位在94.50m以上时糙率值基本一致。南岔站水位-糙率关系曲线见图1。

3.3 洪峰流量推求

选用南岔水文站历时上较大洪水洪峰流量作为校验比降-面积法推求洪峰流量。见表1。

从表1中可以看出，当水位级在94.00m以下时，计算的洪峰流量与实测流量最大误差为19.62%，这是由于本段水位级的糙率任意性大，没有一定的规律造成的，所以计算流量与实测流量有很大误差；当水位级在94.00m以上时采用比降-面积法计算的流量与实测流量最大误差为6.76%，与实测流量误差范围在0.24%-6.76%之间，与实测流量基本接近，满足《水文资料整编规范》规定，本站采用比降-面积法推求洪峰流量是合理的。

点绘该站历年综合线点子，将采用比降-面积法计算的流量点绘带综合线上，其计算的结果与历年的趋势是一致的，流量误差也是符合规范规定的要求，因此采用比降-面积法计算的流量在该站高水时可以应用，计算满足要求。

4 結束语

通过采用比降-面积法推求洪峰值与实测值对比分析，南岔站水位级在94.00m以上时推求的洪峰流量与实测值基本一致，同时本站的水位越高采用该方法计算的流量值与实测值越接近，当高水常规测流方式无法施测时，此种方法可以应用到实际高洪推算洪峰流量中，结果合理可靠，完善了本站因高洪时无法正常测流时，或基础设施被冲毁时，可以用上下比降断面的洪痕水位，结合糙率与水位的关系完全可以推算洪峰流量。

参考文献：

[1]水文资料整编规范[S].水利水电出版社，2000.

[2]河流流量测验规范[S].中国计划出版社，1993.

[3]张留柱，赵志贡，张法中.水文测验学[M].黄河水利出版社，2003.