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洪峰流量估算方法實(shí)例分析

2015-03-27 03:26:20
黑龍江水利科技 2015年10期
關(guān)鍵詞:洪峰流量測站水文

王 瓊

(佳木斯水文局,黑龍江 佳木斯154002)

河流發(fā)生的洪水包括實(shí)測洪水和歷史洪水兩種,所謂歷史洪水是指過去已發(fā)生,但未通過水文站測到的特大洪水,這種洪水一般發(fā)生的年代久遠(yuǎn)但對水利工程設(shè)計(jì)規(guī)劃十分重要,有時(shí)歷史洪水是現(xiàn)有洪水系列中最大洪水。對歷史洪水洪峰流量進(jìn)行估算可以展延現(xiàn)有洪水系列長度和洪水量級,有利于更加精確地計(jì)算設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期。

歷史洪水和因故無法實(shí)測洪水的洪峰流量須采用事后估算的方法來確定。目前常用估算方法有水位~流量關(guān)系曲線延長法、比降法和測站斷面特性延長法。下面以湯旺河五營站為例,對以上方法進(jìn)行假定洪峰流量估算對比分析。以某一水位對應(yīng)的實(shí)測洪峰流量為例,分別采用上述各方法對該水位下洪峰流量進(jìn)行估算分析,進(jìn)而得到各方法的計(jì)算精度結(jié)果,得出分析結(jié)論[1]。

1 洪峰流量估算方法介紹

1.1 水位~流量關(guān)系曲線延長法

對于設(shè)計(jì)洪水?dāng)嗝媾c水文測站斷面相距較近時(shí)可采用此法,基本要求是測站歷年水位~流量關(guān)系為單一曲線,斷面穩(wěn)定無跑灘。確定需估算的洪峰水位后,將其與水文測站斷面水位相對應(yīng),具體方法可參照水面線資料或?qū)嵉厮婢€落差估算,然后根據(jù)水文測站斷面的水位~流量、水位~面積和水位~流速關(guān)系曲線估算。

因水位~流速關(guān)系曲線高水部分一般趨于直線,所以應(yīng)先延長水位流速關(guān)系線,然后再按趨勢延長水位面積關(guān)系線,最后以延長后的流速和面積相乘即為所估算的洪峰流量,這種方法比較簡單,可以直接利用本站已有綜合水位~流量關(guān)系線來延長估算[2]。

1.2 比降法

該方法也稱為曼寧公式法,適用于附近無水文測站,但洪痕點(diǎn)較多且比較明顯的洪水估算,一般不適合估算年代久遠(yuǎn)的歷史洪水。其計(jì)算公式為:

式中:Q 為洪峰流量;A 為洪痕水位下斷面面積;n為河床糙率;R 為平均水深;i 為水面線比降。式中A 通過實(shí)測大斷面資料求出,n 可參考鄰近水文站實(shí)測值或相關(guān)文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)值,R 由斷面面積除以濕周或水面寬求出,i 由實(shí)地調(diào)查測量的斷面間距除以水位落差求出,該方法需實(shí)地調(diào)查洪痕點(diǎn)和測量多個(gè)過水?dāng)嗝嬉员愦_定水面比降[3]。

1.3 斷面特性延長法

該方法適用于調(diào)查斷面附近有水文站,但需要有實(shí)測洪水資料來外延斷面流量與斷面面積與水深的關(guān)系來推求洪峰流量,該方法屬于水位~流量關(guān)系延長法的補(bǔ)充和升級版,適用范圍更廣一些??梢岳脺y站已有的歷史數(shù)據(jù)建立Z ~A;Q ~A;關(guān)系圖,在一副圖上畫出這兩條線之后,根據(jù)調(diào)查洪痕水位即可輾轉(zhuǎn)查出洪峰流量[4]。

2 實(shí)例應(yīng)用對比分析

選擇湯旺河五營站實(shí)測流量資料,該資料系列水位級284.09 ~286.11 m對應(yīng)的9 次流量均為實(shí)測流量,現(xiàn)分別以上述3 中方法對這些測次的流量進(jìn)行估算,然后進(jìn)行誤差對比分析。其中水位~流量和流量與斷面特征關(guān)系曲線采用該站歷年關(guān)系線,此處略;比降法所用糙率、比降采用該站水位與糙率和比降的關(guān)系線查得,其余參數(shù)采用大斷面圖查得,結(jié)果見表1。

3 結(jié) 論

經(jīng)分析計(jì)算,該站比降法估算洪峰流量精度較高,主要原因是該站比降和糙率值在不同水位級時(shí)變化較小,相對比較穩(wěn)定,所以在洪痕點(diǎn)確認(rèn)比較準(zhǔn)確的情況下估算洪水效果較好;再者就是比降法采用了洪水的實(shí)際影響因素來計(jì)算。另外兩種方法屬于相關(guān)法,也就是利用以往洪水的相似性來查線估算,這里人為影響因素較多,曲線延長趨勢有一定的任意性,所以估算精度相對較低[6-8]。

本文所述方法是以實(shí)測洪水為例進(jìn)行的假設(shè)洪峰流量估算,主要目的是了解各方法的使用精度情況。實(shí)際洪峰估算時(shí)因無權(quán)威的實(shí)測數(shù)據(jù)來檢驗(yàn),因此在方法選擇上并無嚴(yán)格要求,本文所述方法可作為事先參考,所述結(jié)論僅局限于實(shí)例測站范圍,對不同河道不具有代表性。

[1]金光炎,水文水資源隨機(jī)分析[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1992:35-65.

[2]黑龍江省水利廳,黑龍江省水文圖集[M].哈爾濱:黑龍江省水利廳,1996.

[3]黑龍江省水文總站,黑龍江省水資源研究[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1991:7-14.

[4]水利部水資源管理司,建設(shè)項(xiàng)目水資源論證培訓(xùn)教材[M].北京:中國水利水電出版社,2005:79-92.

[5]楊樹桐,楊波.借鑒歷史洪水經(jīng)驗(yàn)擬定防洪預(yù)案[J].海河水利,2000(04):89-90.

[6]姚志遠(yuǎn).應(yīng)用植被洪痕重現(xiàn)歷史洪水[J].水土保持應(yīng)用技術(shù),2011(03):59-61.

[7]盛長濱.嫩江流域歷史洪水傳播特征分析[J].東北水利水電,2008(11):25-28.

[8]李剛,劉雙林.關(guān)于有歷史洪水參加的洪水資料經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算方法的討論[J].吉林水利,2004(02):67-68.

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