比降—面积法测流在洪水调查中的应用

韦柳明

（来宾水文中心，广西 来宾 546100）

1 概述

（1）中平水文站。中平水文站建于1957年，属国家基本水文站，是珠江流域西江水系运江中平河的唯一控制站，位于广西壮族自治区象州县中平镇仁义村中平河左岸，干流河长距离为50 km，干流坡降3.32‰，测站区域内集水面积596 km2。主要测验项目有：水位、流量、降水量、蒸发量，同时管理大樟、六巷、王田等3个雨量遥测站，本站自建站以来实测最高水位140.99 m（85基准，下同），实测最低水位134.25 m，实测最大流量3930 m3/s，实测最小流量0.85 m3/s。流域内植被良好，多年平均降水量1 358.5 mm。

（2）中平（花王电站）站。运江发源于金秀县大樟乡新村尾村屯东南2 km处，流经广西象州县中平镇称中平河，上游主要有六巷、王田两条支流河汇入，流域内有小型水库2座。中平水文站上游约3 km处为分支流大淮河入口，2007年花王电站建成，在大淮河入口引水发电，发电引水量为23.8 m3/s，装机容量为800 kW，下游1 km处有中平水电站发电水流汇入。中平水文站受上游电站分流引水发电影响，2007年6月中旬，柳州市水文水资源局在分流河道内修建了简易水位记录仪和测流设施来施测花王电站的流量。同年7月，中平水文站在大淮河左岸设临时辅助观测断面，称中平（花王电站）站，为三类精度的水文站。中平水文站流量由中平（河道）站和中平（花王电站）站流量合成。

2 暴雨概况

2013年8月13日～19日，受强台风“尤特”和西南季风共同影响，来宾市普降小到大雨，局部暴雨到特大暴雨，暴雨区主要位于金秀县及象州县东部一带，累积降雨量较大的为金秀县罗香乡腊河口608 mm、大樟乡瓦厂村金竹坪屯529.5 mm；日雨量较大的为金秀县罗香乡腊河口312.0 mm、金秀县罗香乡六寨坳197.5 mm；1 h降雨量较大的为金秀县罗香街58.5 mm、金秀县大樟乡瓦厂村金竹坪屯51.0 mm。其中17日、18日流域平均降雨量最大，分别为96.8 mm、115.5 mm；18日，滴水河下六甲电站上游面平均日雨量为210 mm，中平河中平水文站上游面平均日雨量约为112 mm，最大24 h降雨量为金竹坪站280.0 mm，经暴雨频率分析为20年一遇。来宾市2013年8月13日～19日累计降雨量等值面分布见图1。

图1 来宾市2013年8月13日～19日累计降雨量等值线图

3 洪水调查与计算

3.1 洪痕调查

2013年8月19日中平河流域发生特大暴雨洪水，使山洪爆发，河水陡涨，中平（花王电站）站于8月19日12时左右，受洪水冲击自记水位台倒塌，自记水位台无法观测，到8月19日13时40分出现洪峰，本站工作人员在公路码头现场观测洪峰痕迹，洪痕清晰、可靠，采用油漆现场标记。在接到洪水信息以后，8月19日16时来宾水文中心派支援工作组到达中平水文站立即投入到洪水监测工作中，设立下比降断面，在下断面上标记洪峰痕迹。

3.2 洪峰水位确定

8月19日经支援抢测小组在测流断面和下比降断面附近进行洪痕考证、标记。

8月29日，组织技术人员对洪峰水位、测流断面以及临时水尺和下比降断面进行测量。经测量确认测流断面与公路码头洪峰痕迹尚有30 m的距离。测得公路码头洪峰痕迹的洪峰水位为138.714 m，下比降断面的洪峰水位为138.532 m；测流断面与下断面的距离为112 m，用直线比例法推算得测流断面洪峰水位为138.784 m。测流断面与下比降断面的水位落差为0.252 m。

经分析计算认为，本次洪水洪痕清晰、可靠，距基本测流断面近，代表性好，故确定2013年8月19日洪水的洪峰水位为138.78 m。下比降临时断面水位为138.53 m。

3.3 流量计算

3.3.1 比降断面设置

本次采用比降—面积法推求流量，共布设两个断面，一个断面为基本水尺兼流速仪测流断面，为沿用的缆道测流断面，该断面主河道的正常水面宽为25 m左右，这次最高水位的水面宽为67 m，右岸漫滩水面宽有171 m，左岸无漫滩，全断面水面宽238 m；另一个断面布设在基本断面下游约112 m的临时断面，主槽水面宽为88 m，右岸漫滩水面宽有142 m，左岸无漫滩，全断面水面宽为230 m。对两个断面进行测量，用曼宁公式分别推求洪峰流量并进行对比分析。上、下比降断面图分别见图2、图3。

图2 上比降断面图

图3 下比降断面图

3.3.2 糙率采用

主槽河道大淮河的河床有较为浓密的水草，河床中部种有桑树，两岸为竹木，阻力较大，根据1975年11月水利电力出版社出版的《水文测验手册》第一册野外分册第450页附录Ⅰ-5表3编号8正糙率取1/n=14，即取n=0.071，河道大淮河的推流断面取垂直流向；右岸有部分为沟渠及少量灌木，根据1975年11月水利电力出版社出版的《水文测验手册》第一册野外分册451页附录Ⅰ-5表3编号6正糙率取1/n=22，即取n=0.045；比降为实测。

3.3.3 洪峰流量的计算

（1）断面特征值计算见表1。

表1 各断面特征值计算表

（2）流量第一次近似计算：不考虑流速水头损失，测流断面与下比降断面的水位落差为0.25 m，测流断面与下断面的距离为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

流量第二次近似计算：考虑流速水头损失，设Q=522 m3/s；

断面1：V12/2g=（522/328）2/（2×9.81）=0.129；

断面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

则Q1-2=KmI1/2=11 116×0.05=555 m3/s

考虑流速水头损失影响与不考虑其影响，所得的流量Q值相差为（555-522）/555=5.9%＞5%，须做第3次近似计算。

同理，第3次近似计算流量得Q1-2=566 m3/s，所得的流量Q值相差为（566-555）/566=2.0%＜5%，因此测流断面的洪峰流量为566 m3/s。

3.3.4 流量对比

中平（花王电站）站为中平水文站的分流河段，中平水文站的流量为中平（河道）站与中平（花王电站）站流量之和，本次洪水过程中，测得河道站的流量值为1700 m3/s，加上本次调查的中平（花王电站）站流量566 m3/s得中平水文站的洪峰流量为2270 m3/s；用中平水文站历年综合线查得本次洪水洪峰流量为2230 m3/s，与历年综合线流量差仅为1.8%，故本次调查中平水文站流量2270 m3/s合理可靠。

4 结论

本文洪水调查采用比降—面积法推求流量，推流河段顺直，没有明显的扩散，控制条件较好，上、下断面的洪痕清晰可靠，符合采用比降—面积法推流的要求。经过流量对比，本次调查的流量与中平水文站历年综合线查得流量基本一致，故本次洪水调查所得的洪峰流量合理可靠，可为今后类似河流开展洪水调查提供参考。