水力学法与水文比拟在推求中小河流流量中的应用——以黎村水文站为例

陈忠彬

（玉林水文中心，广西 玉林 537000）

1 流域概况

黎村河流域位于容县南部主要暴雨区内，集水面积195 km2，年径流量1.8 亿m3。地势南高北低，属桂东南丘陵山区地形，具有山、丘、岗、平原等地貌多样性，一般高程在130～500 m之间。黎村河源出天堂山脉龙树顶，为珠江流域西江水系北流河支流杨梅河的一级支流，从西南侧于将军滩汇入杨梅河，全长27 km。水系发育总体呈扇形分布，洪水具有中小河流暴涨暴落、流速快、历时短的特性。黎村镇东、南与广东省信宜市接壤，西与北流市毗邻，北接容县灵山镇、杨梅镇、杨村镇；下辖24个行政村，常住人口9 万多人。水文部门于2015年在黎村河黎村镇圩河段设立黎村水文站作为中小河流控制站。

2 洪水概况

2.1 雨情

图1 黎村河8月26日洪水水位涨率过程线

2019年 8月 26日，受 11 号台风“白鹿”（强热带风暴级）的外围云系影响，容县南部遭受特大暴雨袭击，黎村站最大1 h 降雨量108.5 mm，最大6 h 雨量243 mm，参考下游杨梅站的降水量频率，为稀遇短历时超强暴雨。杨梅站最大1 h 频率1%、2%降雨量分别为107.19、98.952 mm，最大6 h 频率1%、2%降雨量分别为202.60、183.50 mm。

2.2 水情

黎村水文站水位从起涨到洪峰历时3 h，涨幅5.18 m，洪峰水位135.30 m，超警1.80 m（警戒水位133.50 m）。本次暴雨历时短，强度大，造成洪水涨势大，最大1 h涨率为1.95 m（见图1）。且洪水发生在凌晨，不易防范，造成沿江房屋、场所近1 m淹没，群众财产遭受损失，其中，黎村中学、珊萃中学被洪水冲入，校园设施也遭受一定损毁。

3 黎村站水位～流量关系曲线高水延长

3.1 测验情况

黎村水文站未建设缆道测流或在线测流设备，且下游200 m适合走航式ADCP 测流的桥面高程为134.45 m，在本次洪水过程中，最大受淹近1 m，无法施测。高水流速大，水文部门现采用的走航式ADCP亦难以施测；洪水发生于凌晨，加之暴涨暴落，洪峰后1 h退水2 m以上，导致赶去现场仅能测到退水峰腰。

目前黎村水文站实测流量点均在中低水部分，现有实测点最高水位为132.16 m（对应流量58.3 m3/s），最低水位为130.09 m（对应流量2.92 m3/s）。根据水文资料整编规范，水位流量关系曲线的高水部分延长不应超过实测流量所占水位变幅的30%[1]，计算黎村站合理延长的水位为：132.16+（132.16-130.09）×30% = 132.78（m）。对于水位超过132.78 m 的流量不能起到很好的延长和推求（见图2），因此黎村站的高水部分只能进行计算推求延长。

图2 黎村站实测点推求水位～流量关系曲线

3.2 水面比降法推求洪峰流量

黎村站断面均匀稳定，河道顺直，河底平坦，上下游未建有水利工程，适合使用曼宁公式法进行延长，公式为：

式中：Q为流量，m3/s；n为河道糙率；A为过水面积，m2；R为水力半径，m；J为水面比降。

黎村站大断面属于复式断面，可分为左岸滩地、右岸滩地、漫滩的路面、主槽。复式断面的水位与各水力要素间的关系呈不连续变化，特别是主槽与滩地部分水力条件悬殊较大，因此需要先用垂线将复式断面划分成几个部分，使每一部分的湿周不致因水深的略微增加而产生急剧的增加；然后分别计算各部分的流量，最后求和得到总的流量（见图3）。天然河道的流量，当水力要素随时间变化不大或选取时段较短时，一般可按恒定流处理[2]。

图3 黎村站复式断面剖分图

本次洪水调查中测量出比降资料，高水时无实测流量，此时根据历史实测中低水流量数据，参考实测资料，利用曼宁公式将相应的糙率计算出来（见表2）。

各个剖分部分的糙率不同，根据以往实测的中低水流量部分，利用曼宁公式计算得到相应的糙率n；再结合经验值，得到高水部分的糙率。模型采用复式断面明渠均匀流水力计算（见表3），推导得出2019年8月26日黎村站洪峰流量为370 m3/s。

3.3 水文比拟法推求洪峰流量

杨梅河流域水系图见图4，杨梅水文站为杨梅河干流中游的控制站，在黎村河下游27 km，集水面积737 km2。8月26日杨梅水文站采用缆道测流，水位100.30 m，对应流量1180 m3/s。黎村站集水面积为96 km2，不到杨梅站集水面积1/7，如果直接对两站使用水文比拟法，有一定的误差[3]。在黎村河、杨村河交汇处——将军滩，增设一个假定断面。黎村、杨村传播距离基本同为27 km；黎村水文站洪峰、杨村水文站洪峰出现时间分别为8月26日6 时10分、8月26日5时30分，相差不大，可采用水文比拟法进行洪峰流量推求。

表2 黎村站实测低水糙率推求表

表3 黎村站复式断面流量计算表

图4 杨梅流域水系图

将军滩流量与杨梅流量；黎村汇入流量与黎村流量；杨村汇入流量与杨村流量采用水文比拟公式。

式中：Q设、Q参分别为设计站和参证站洪峰流量，m3/s；F设、F参为分别设计站和参证站流域面积，km2；P设、P参分别为设计站和参证站面雨量，mm。

黎村汇入流量、杨村汇入流量、将军滩流量采用合成流量方法计算（见表4）。

表4 水文比拟法推求黎村站洪峰表

图5 黎村站计算推求水位-流量关系曲线

通过两种方法分别推求黎村站8月26日洪峰流量，比降面积法计算为370 m3/s，水文比拟法为366 m3/s（水位135.36 m），两者相差1%，在合理范围内。因此，可以认为实际洪峰流量在此范围之内，据此进行水位流量关系曲线的高水延伸，黎村站计算推求水位-流量关系曲线如图5所示。

4 结论

本文采用水力学法与水文比拟法两种方法分别推求黎村站的洪峰流量，得到的结果极为接近，进行了水位-流量关系曲线高水部分的延长，为今后洪水预警预报提供流量数据参考和技术支撑。同时说明对无实测资料、无实测条件的断面，只要通过审慎的参数选取，是可以推求流量的，从而有效提高无资料中小河流断面流量推求的可靠度。