洺河渡槽“7·19”洪峰及河道糙率反演计算与分析

孙聪影 计炳生

2016年 7月19日 至 21日 ，河 北 省中南部地区发生了自1996年以来的最大暴雨洪水，山区主要行洪河道均出现了涨峰行洪，其中洺河也发生了较大的暴雨洪水，为了保障南水北调中线干线工程洺河渡槽防洪安全，对于洺河渡槽工程位置洪峰流量进行反演计算，合理分析此次洪水过程，对于正确认识洺河渡槽防洪安全存在的问题，保障工程安全具有重要意义。

1.河道糙率初步拟定

对“7·19”洪水前的河道情况进行分析，河床为沙质、砾石和卵石组成，底坡较为均匀，河床面不平整，河道中有较多树木和杂草，根据《水力计算手册》天然河道糙率表结合我省工程实践分析，河道综合糙率宜取0.05。工程附近河道中村庄及阻水建筑物糙率取值0.1。

2.水文站观测资料收集及洪痕调查

收集了工程位置下游9.3km 的临洺关水文站“7·19”洪水的水位流量实测资料，最大洪峰流量为5780m3/s。由于工程位置向下游传播过程中洪峰削减，洺河渡槽位置洪峰流量推测应大于5780m3/s。

我们对洺河渡槽工程上游约1.5km 至临洺关水文站共计10.8km 的河段洪痕情况进行了调查分析，以实际调查为主，询问当地群众为辅，共调查点据20 处，洪痕点总体可靠。

3.洪水反演计算

3.1 常规天然河道水面线推算法

根据洪痕水位，考虑河道洪水演进损失情况，对洺河渡槽至临洺关站分段的流量进行拟合，成果见图1。

洺河渡槽工程位置桩号为9+341，对应流量为7800m3/s，糙率为0.05，推算水位为78.32m，与各洪痕水位点均取得较优的拟合效果。其中与洺河渡槽位置调查洪痕78.36m 相差仅0.04m。

3.2 曼宁公式法

应用曼宁公式计算洺河渡槽位置洪峰流量，使用洺河渡槽位置河道断面，水力梯度采用实测洪痕计算，水力梯度3.9‰。反演计算成果见表1。

3.3 堰流公式法

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2018）开敞式溢流堰泄流能力公式计算，公式如下：

图1 天然河道水面线法推算洪水位与洪痕点拟合图

图2 Mike21 模型洪水演进模拟过程图

表1 曼宁公式法反演流量成果表

经堰流公式计算，洺河渡槽位置的行洪洪峰流量为8080m3/s。

3.4Mike21 数值模拟模型法

采用Mike21 模型计算，上边界为洺河渡槽工程上游约1.5km，入流为根据临洺关站实测过程反算；下边界以临洺关站本次实测水位流量过程为下边界。反算洪水入流过程采用公式如下：

临洺关站洪水过程时间为t，洪峰流量q=5780m3/s；洺河渡槽工程位置洪水过程时间为T，拟定的洪峰流量为Q。

则T=q/Q·t。

不同T，对应不同的洪水过程。反算的洪水过程输入模型进行计算，选定演进至临洺关断面能与“7·19”实际洪水过程相吻合的洪水过程，则反算的洪水过程即为所求。经Mike21模型模拟，洺河渡槽位置洪峰流量为7674m3/s，演进至临洺关站洪峰流量约5780m3/s。演进模拟过程图见图2。

3.5 雨洪相关法推求

根据实测暴雨数据计算的洺河流域最大24h 面雨量为322mm，根据南水北调工程设计阶段编制的《洺河水文及水力计算报告》中给出的最大24h 暴雨～洪峰流量相关关系，并分析暴雨雨型对洪水的影响，查算此次“7·19”洪水洪峰流量为13000m3/s。

3.6 成果比较及选用

经综合比较，天然河道水面线推算法对于洪痕水位的反演效果最好，洺河渡槽位置“7·19”洪水洪峰流量为7800m3/s，河道糙率为 0.05。

4.总结

一是多种方法的计算比选合理确定了洺河渡槽工程位置的流量并同时合理确定了河道糙率，对于进一步研究洺河渡槽的防洪安全提供了可靠的依据，对于保证洺河渡槽防洪安全具有重要意义。

二是在河道糙率和洪峰流量均无法确定的情况下，宜采用多种方法进行对比分析确定成果，且对方法实用性进行分析。如本例中“7·19”洪水为单峰，则对于双峰峰型确定的暴雨～洪峰流量相关关系未予以选用。

三是在此次计算中采用的开敞式溢流堰泄流能力公式无河道糙率参数，有助于提高分析的客观性。