孔雀河上复杂河段的洪峰流量推求

谢 葆，郭 涛，陈 宇，孙繁亭

(新疆巴州水文水资源勘测局，新疆 库尔勒 841000)

在水文分析计算中，要用到的一些河流或河段无水文资料，必须要调查和采集数据，进行水文测验工作:①选好测验断面，这是测验结果的基本保证;②确定糙率值。计算糙率的方法很多，关键是确定一个最能反映河道真实情况的糙率;③运用规范中的公式，推求洪峰流量;④验证洪峰流量的可靠性。以下介绍无糙率资料河段推求洪峰流量的一种实用方法。

1 选择测验断面

测验河段宜顺直、稳定、水流集中，无分流、岔流、斜流、回流、死水等现象。顺直河段长度应大于洪水时主河槽宽度的3倍。在平原区河流上，要求河段顺直匀整，全河段应有大体一致的河宽、水深、和比降，单式河槽河床上宜无水草丛生。

2 确定糙率值

无资料河段的糙率，可以选用上、下游河段的实测值或选用相似河段的实测值。糙率是反映河床、岸壁形状的不规则性和表面粗糙程度的一个系数，它直接影响河流沿程能量损失的大小。天然河道不规则，断面形状不断发生变化，只有在洪峰值出现时，短暂的时间里为恒定流。但只要选取较好的控制断面，也可以把部分河段看做是恒定非均匀流。从能量的角度分析，不仅要考虑沿程能量的损失，还要考虑局部的能量损失。因此，可以实测资料，通过伯努里方程式，反推糙率值。具体公式如下:

式中:h1、h2为上、下断面水位，m;V1、V2为上、下断面平均流速(m/s);g为重力加速度(m/s2);hf为沿程水头损失;hj为局部水头损失;α1、α2为上、下断面动能校正系数。

取 α1=α2=1．0，则式(1)移项得:

式中:h为沿程总损失。

对于因过水断面沿程变化引起的局部损失，可由下式来计算:

式中:ξ为河段平均局部阻力系数。

沿程水头损失，可用下式计算:

式中:Q为流量(m3/s);L为上、下断面间距，m;n为河段平均糙率。

式中:A1、A2为上、下断面过水面积，m2;R1、R2为上、下断面水力半径，m。

将h及hf、hj计算式代入式(2)整理得:

其中g取9.81(m/s2)，ξ在顺直渐次扩散段，其值介于0.3～0.5间，常取0.5;较顺直的收缩段，局部损失可忽略，取ξ=0。

3 推求洪峰流量

调查河段顺直，洪痕点较多，河床稳定时，用比降面积法推流。洪峰流量用下式进行计算:式中:QS为比降-面积法测算的流量(m3/s);Au、AL为比降上、下断面过水面积(m2);g为重力加速度，取9.81(m/s2);L为比降上、下断面间距，m;S为水面比降;ξ为局部阻力系数，当河段收缩时宜取0，逐渐扩散时宜取ξ=0.3～0.5;α为动能校正系数，取α=1.10为河段平均输水率，其公式为:

当具有比降上、中、下断面，过水面积沿程收缩或扩散变化不均匀值可用下式计算:

式中:Ru、Rm、RL为比降上、中、下断面水力半径，m;Am为中断面面积(m2)。

4 应用实例

4.1 断面情况简介

孔雀河位于巴州库尔勒市、尉犁县、若羌县境内，发源于博斯腾湖，介于 E85°30'～ E87°00'，N41°15'～ N41°55'，位于塔里木盆地东北部，北至霍拉山，西界轮台县，东界库鲁克塔格中部和南部，流域内地势西北高东南低。

2002年8月30 日孔雀河发生有实测资料以来的第一位洪水，为城市建设、河道规划等提供可靠的依据。根据有关规范采用比降-面积法决定对对孔雀河第二分水枢纽以下4.78 km处最大洪峰流量进行推求。

2012年8月14 日，技术人员对孔雀河第二分水枢纽以下4.78 km处进行了大断面测量和流量测验。本次大断面测量的河段均选取横比降较小的较顺直段，高程为假定高程(10.000 m)，采用水文四等水准测量。测量河段内设3个过水断面分别为上、中、下断面，3个过水断面各相距200 m、100 m，同时在上断面上游50 m处和下断面下游50 m处又设立了两个比降断面，调查河段两岸为黏土和粗砂组成，河床均由黏土、粗砂、卵砾石、水草组成，河岸生长着少量的植被。见图1。

洪水调查河段，上、中、下3个断面形状相近，河床、岸壁质地相同，断面附近无支流汇入或分叉，河道较顺直，，断面洪痕由当地老人指证，可靠性较高。

4.2 洪峰流量计算

将本次洪水调查计算的数据，代入式(3)，得n=0.068。取洪水调查断面的河段糙率0.068。再将各水力要素代入式(4)、式(5)，计算出洪峰流量为149 m3/s。

图1 2012年8月14日调查洪水河段平面图

孔雀河各断面部分水力要素调查成果见表1。

表1 孔雀河洪水调查断面部分水力要素成果

5 洪峰流量精度评定

以2002年8月30日，孔雀河第二分水枢纽的下泄流量150 m3/s，以及其下4.78 km处洪峰流量的衰减量为4.78 m3/s，得断面处流量为146 m3/s为标准值，用上方法估算洪峰流量值与此相比，其相对误差仅为-2.1%，远低于规范规定的比降-面积法推流的误差(≤10%)，说明用此方法确定的糙率和流量合理。

综上分析，笔者认为本次洪水调查所得洪峰流量为149 m3/s，精度可靠。

6 结语

1)尽量按规范要求选择测验断面，进行水文计算，更能反映河段的河床特性，因而也相对合理。

2)在实际工作中，利用实测资料，通过伯努里方程式，反推糙率，是一种较为准确的计算糙率的方法。

3)本文中反推河段平均糙率，恒定流时，再用比降-面积法计算高洪流量，计算成果合理。

[1] GB 50179—93河流流量测验规范[S].北京:中国计划出版社，1994.

[2] SL 196—97水文调查规范[S].北京:中国水利水电出版社，1997.

[3] 陈建江，耿峻岭.多断面曼宁糙率试错法在洪峰流量推求中的应用[J]. 东北水利水电，2009(03):37-38.