張靜芳，翟俊峰，張煒，張濤

(1.呼和浩特水文勘測局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010;2.內(nèi)蒙古水文總局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

1 基本情況

呼和浩特市轄區(qū)承擔(dān)報汛任務(wù)的國家基本水文站有美岱(大二)、三兩(三)、二道邊等10處水文站。在分析水文測站現(xiàn)狀測報能力和防洪需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合擬定的超標(biāo)洪水水位流量關(guān)系線，以水位或流量為主要衡量指標(biāo)，劃分超標(biāo)洪水的不同量級，確定具體的水位或流量節(jié)點，制定相應(yīng)的測報方案，以使汛期水文測站超標(biāo)洪水測報有序開展。

2 水位流量關(guān)系線擬定

2.1 多年綜合線法

2.1.1 資料的選用

近幾年屬平水年份，多數(shù)測站沒有發(fā)生超標(biāo)洪水。因此，水位流量關(guān)系線繪制，中低水部分，采用2016—2020年實測流量成果表數(shù)據(jù)擬合，中高水部分，參照現(xiàn)斷面歷年大水年份實測流量成果表數(shù)據(jù)分析并繪制多年綜合線。除二道邊水文站資料系列為15 a外，其余測站資料系列至少20 a，滿足多年綜合關(guān)系線繪制要求。

2.1.2 資料的分析

經(jīng)對現(xiàn)狀斷面2016—2020年和歷年大水年份實測流量成果表中汛期數(shù)據(jù)整理，繪制水位～流量關(guān)系圖、水位～面積關(guān)系圖、水位～平均流速關(guān)系圖、水位～最大流速關(guān)系圖、水位～平均水深關(guān)系圖、水位～最大水深關(guān)系圖、平均水深～平均流速關(guān)系圖，以便更好把控現(xiàn)狀斷面基礎(chǔ)上的中高水部分水位流量關(guān)系線的走向，特別是在現(xiàn)狀斷面水位～面積關(guān)系線固定的前提下，中高水的水位～平均流速關(guān)系需符合測站特性且相比歷年大水?dāng)?shù)據(jù)需控制在合理范圍內(nèi)，以便提高中高水水位～流量關(guān)系多年綜合線的定線精度。

2.1.3 多年綜合線繪制

在對歷年實測流量成果表汛期數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)狀測站特性擬繪水位流量關(guān)系線，并把中高水歷年大水?dāng)?shù)據(jù)還原至現(xiàn)狀斷面，點繪在擬繪的關(guān)系線上，進一步分析擬繪關(guān)系線的合理性。特別是通過高水部分的流量面積比與歷年大水的平均流速相比較，趨勢需一致，以便使中高水部分的關(guān)系線符合測站特性，多年綜合線應(yīng)用于超標(biāo)洪水測報時，精度可靠。

2.2 曼寧公式法

2.2.1 資料的選用

曼寧公式法也稱比降面積法，按照《水工建筑物與堰槽測流規(guī)范》要求，在流速儀法等測流方法測驗有困難時，比降面積法作為特殊情況下的測驗方法時，可根據(jù)測站實測資料分析的糙率曲線查用糙率；如果較高水位以上無實測資料分析的糙率曲線時，可結(jié)合岸壁組成、植物生長情況、下游控制以及河段其他特性等選取糙率值，延長幅度不宜超過20%。

資料的選用是在多年綜合線法收集資料的基礎(chǔ)上，整理歷年實測流量成果表中的糙率和水面比降數(shù)據(jù)，進行整理分析。

2.2.2 糙率數(shù)據(jù)分析及關(guān)系線繪制

經(jīng)對測站歷年實測流量成果表中的水面比降和糙率進行整理發(fā)現(xiàn)，近10年內(nèi)的資料很少，多數(shù)為2000年以前的數(shù)據(jù)，甚至是二十世紀(jì)五六十年代數(shù)據(jù)。雖測站斷面現(xiàn)狀因斷面整治、河床沖淤變化、斷面地物等有一定的變化，但是對于超標(biāo)洪水測報來說，采用曼寧公式法擬定水位流量關(guān)系線，還是有一定的參考價值。

經(jīng)對測站平均水深與糙率關(guān)系曲線分析，多數(shù)點據(jù)不集中，但基于預(yù)案是以編制超標(biāo)洪水為主，可采取對測站歷年實測流量大小從大到小排序，選取實測流量在5年一遇及以上超標(biāo)洪水的糙率和水面比降均值作為現(xiàn)狀斷面的超標(biāo)洪水的糙率和水面比降，采用曼寧公式來推理水位流量關(guān)系線，以便對多年綜合線法繪制的關(guān)系線進行合理性驗證。

經(jīng)對測站現(xiàn)狀實測大斷面整理，生成分級水位面積關(guān)系表，結(jié)合歷年5年一遇及以上超標(biāo)洪水糙率和水面比降均值，采用曼寧公式計算水位對應(yīng)流量并繪制水位流量關(guān)系線。

2.3 實測年最大流量頻率分析法

選取測站建站至2020年年最大實測流量成果數(shù)據(jù)，采用PⅢ頻率分析軟件，計算出2年、5年、10年、20年、50年、100年一遇6種頻率相應(yīng)流量。在曼寧公式法計算得出的水位流量關(guān)系線基礎(chǔ)上，通過同流量反查相應(yīng)水位，形成不同頻率水位對應(yīng)的流量，點繪水位流量關(guān)系線。

2.4 單參數(shù)地區(qū)綜合法

在同一水文分區(qū)內(nèi)，影響洪水的主要因素是流域的集水面積。單參數(shù)地區(qū)綜合法為分析分區(qū)內(nèi)測站多年平均洪峰流量及CV值與流域集水面積的關(guān)系。以洪水分區(qū)為單元，采集同一分區(qū)內(nèi)根據(jù)實測流量資料和歷史調(diào)查洪水推算的單站洪水設(shè)計成果及本區(qū)已建工程的設(shè)計成果，建立各分區(qū)的多年平均洪峰流量均值QM和相應(yīng)的變差系數(shù)CV值的地區(qū)經(jīng)驗公式。繪制確定各區(qū)洪水經(jīng)驗公式的參數(shù)C值和流域面積指數(shù)N。

經(jīng)查《內(nèi)蒙古自治區(qū)水文手冊》(以下簡稱《手冊》)附圖十八，紅山口、陳梨夭水文站屬V8分區(qū)，即大青山、蠻漢山石質(zhì)山區(qū)；哈拉沁、清水河、店上村、卓資山、旗下營等水文站屬V9分區(qū)，即大青山、蠻漢山土石山區(qū)。按照設(shè)計洪水計算分區(qū)分類，呼和浩特市所轄紅山口(三)、陳梨夭(二)2處水文站屬V8分區(qū)；美岱(大二)、哈拉沁(二)、壩口子、店上村(三)、清水河5處水文站屬V9分區(qū)。

經(jīng)查《手冊》中相關(guān)參數(shù)并計算得出不同頻率洪峰流量。采用曼寧公式，建立流量、糙率、比降、斷面面積、水力半徑的等式關(guān)系，反查現(xiàn)狀斷面的水位，建立水位流量關(guān)系線。

2.5 多參數(shù)地區(qū)綜合法

洪峰流量與暴雨特性及流域特征有關(guān)，如僅用單一面積的單參數(shù)地區(qū)綜合公式推求洪水，有時誤差較大。因此，可建立流域平均24H面雨量(H24)、主河道平均比降(J)及流域形狀系數(shù)(F)等參數(shù)與洪峰流量的相關(guān)關(guān)系，制定多參數(shù)地區(qū)經(jīng)驗公式。

2.6 多年綜合線擬定

在以多年綜合線法繪制的水位流量關(guān)系線基礎(chǔ)上，進一步采用曼寧公式法、實測年最大流量頻率分析法、單參數(shù)地區(qū)綜合法、多參數(shù)地區(qū)綜合法擬合水位流量關(guān)系線，以進一步綜合研判并提高水位流量關(guān)系線的擬合精度。在現(xiàn)狀基本斷面水位面積分級表的基礎(chǔ)上，通過水位～流量/面積/平均流速三種關(guān)系線，進一步精細(xì)擬合多年綜合線，形成水位～流量/面積/平均流速三種關(guān)系線，以應(yīng)用于測站超標(biāo)洪水測報預(yù)案及汛期超標(biāo)洪水的報汛。

2.7 合理性分析

在多年綜合線法、曼寧公式法、實測年最大流量頻率分析法、單參數(shù)地區(qū)綜合法和多參數(shù)地區(qū)綜合法擬定的水位～流量/面積/平均流速多年綜合線基礎(chǔ)上，選取與現(xiàn)狀斷面較接近的歷年有代表性的實測超標(biāo)洪水場次，在擬合多年綜合線的基礎(chǔ)上點繪中高水部分的流量/面積/平均流速，點群比較集中；中高水部分同流量平均流速與測站歷年大水平均流速較為接近，關(guān)系線趨勢一致；不同頻率的洪峰流量與集水面積關(guān)系線擬合較好。因此，擬合的多年綜合線符合測站特性，較為合理。

3 存在問題及建議

3.1 存在問題

①在多參數(shù)地區(qū)綜合法計算中，《手冊》采用的是1956—2005年長系列水文資料，雖滿足規(guī)范要求的30 a及以上水文資料系列，具有較好的代表性，但歷年基本斷面以上水利工程及生態(tài)環(huán)境等因素與現(xiàn)狀存在一定的差異。②因暴雨多為局部發(fā)生，雨量點布設(shè)較稀，分布不均，自記雨量站資料更少，《手冊》中的H24小時等值線圖只能粗略地反映大范圍的暴雨分布趨勢，不能反映局部地形的影響，控制不住局部暴雨。因此，采用多參數(shù)地區(qū)綜合法計算，在H24降水均值數(shù)據(jù)選取時，基本斷面以上流域面積越小，精度相對較差。③三兩(三)和西二道河水文站地形屬平原區(qū)，擋陽橋水文站因受上游水利工程等因素影響，通過經(jīng)驗公式計算所得流量與實際偏差較大。

3.2 建議

①曼寧公式法計算過程中，需有現(xiàn)狀斷面的糙率和水面比降數(shù)據(jù)，歷年實測流量成果糙率和水面比降數(shù)據(jù)多為2000年以前數(shù)據(jù)，甚至是二十世紀(jì)五六十年代數(shù)據(jù)，水位糙率關(guān)系點群不集中，在測驗過程中需進一步收集現(xiàn)狀斷面的糙率和水面比降數(shù)據(jù)，以提高水位流量關(guān)系線擬合精度，更加符合測站特性。②因斷面整治、沖淤變化、斷面地物以及基本斷面以上水利工程、生態(tài)環(huán)境等多種因素影響，擬合的多年綜合關(guān)系線還需在實際應(yīng)用中進一步通過實測水位流量數(shù)據(jù)糾正。③《手冊》中單參數(shù)地區(qū)綜合法公式方法簡單，使用方便，但較難反映特殊流域上的各種特性及影響因素；如設(shè)計流域的流域形狀和河道比降接近于同一洪水分區(qū)代表站的特性時可采用單參數(shù)經(jīng)驗公式計算。如設(shè)計流域內(nèi)的坡度特別陡(或緩)，或流域形狀特殊時(形狀呈扇形時)，需考慮用多參數(shù)地區(qū)綜合公式法計算。