不同方法计算各控制断面水位流量关系

吴玲玲（丹东市水利勘测设计研究院，辽宁丹东 118000）



不同方法计算各控制断面水位流量关系

吴玲玲
（丹东市水利勘测设计研究院，辽宁丹东 118000）

［摘 要］大洋河流域干流直接汇入黄海，河口附近受潮位影响，各频率起始水位按照设计潮位成果选取即可。上游共有三处具有代表性的控制断面，该三处条件不同，计算水位流量的方法亦有差别，分别采用水力学堰流流量公式、水力学曼宁公式及实测水位流量等多种方法。计算后成果与实际“2012年8.4洪水”洪调成果较为接近，较为合理。

［关键词］大洋河流域；水位；流量

1　项目概况

大洋河流域隶属于辽宁省，东侧为鸭绿江支流爱河流域，北以千山山脉分水岭为界与太子河比邻，西侧有大清河、碧流河和英那河，南临黄海。大洋河河道全长182 km，流域面积6 554 km2。大洋河在上游分为东、西两支：西支为东洋河，发源于岫岩县西北部偏岭乡的唐望山，东洋河全长140.02 km，流域面积1 940 km2；东支为哨子河，发源于岫岩县北部的古洞岭，哨子河全长125.57 km，流域面积2 168 km2。东洋河与哨子河在哨子河乡汇合，汇合口以上属于鞍山市岫岩县，汇合口一下为大洋河干流，隶属于丹东东港市，最终在黄土坎镇以南注入黄海，干流全长58 km。

大洋河干流自河口向上有三处控制断面，分别是19+000石山子洋河桥、26+000洋河闸站及44+000沙里寨水文站。第一处断面有洪水调查成果，第二处断面有多年实测汛期水位数据，第三处断面有多年实测水位及流量数据。

2　各控制断面水位流量关系

2.1石山子洋河桥

石山子洋河桥，现状桥宽430 m，桥孔17个，单孔净宽24 m，梁底高程7.50 m，桥面高程8.6 m，桥墩为双排圆柱形，直径1.4 m，桥底河槽最低高程-3.92 m，该处堤距917 m。

根据《水力计算手册》，采用无底坎宽顶堰堰流流量公式制定现状桥梁水位流量关系，计算公式如下：

式中：b——每孔净宽，24m；n——孔数，17m；H0——包括行进流速水头的堰前水头；m——流量系数，0.332；σc——侧收缩系数，0.375；σs——淹没系数，1.0。

经过计算，当洪水位在7.50 m时，石山子洋河桥仅能通过洪峰流量8 800 m3/s（相当于15年一遇设计洪峰），现状桥梁水位流量关系见表1。又调查到该桥历经2012年8.4洪水，在左岸决口的情况下，桥上洪痕7.91 m，桥下7.41 m，说明该桥阻水严重。

为了减少由桥梁阻水引起堤防过高投资增加，建议对桥梁进行改造，增加桥孔孔数，可以通过20年一遇洪水即可。采用上述公式计算，增加2孔，合计桥孔为19孔时，桥底梁高程不影响20年一遇洪水正常宣泄。计算过程中，m=0.334，σc= 0.372，σs=1.0。增加2孔桥梁水位流量关系见表1。

表1　石山子洋河桥水位流量关系

2.2洋河闸站

洋河闸站的大洋河断面较规整，东港市防汛办设立临时观测站，主要观测每年汛期的洪水位。该站有1977—2012断续观测的13年汛期水位资料，其流量资料利用上游沙里寨水文站同期实测流量按水文比拟法计算求得，由于实测资料年限较少，制定的水位流量关系不好。

在对大洋河2012年8.4洪水调查时，实际测量洋河闸站横断面，并在洋河闸站及上游2.7 km调查洪痕两处。洋河闸站水位流量关系根据水力学曼宁公式推求：

式中：Q——流量，m3/s；ω——过水断面面积，m2；R——水力半径，m；n——糙率；I——水面比降。

由实测大断面资料利用计算机编程计算，可求出任意水位对应的过水面积和水力半径，水力比降按照2012年洪痕确定，见表2。

表2　2012年8月4月洋河闸站洪水比降计算成果

糙率采用。幅地洋河闸站处于大洋河干流中下游，接近入海口，河道糙率较上游山区小，丹庄高速公路大洋河特大桥河工模型实验曾对黄土坎大桥至洋河闸段做模型试验，根据1982年8月9日发生的洪峰流量为7 700 m3/s的洪水及洪水过后的实测洪痕，来验证河道综合糙率。糙率值0.019。洋河闸站水位～流量关系见表3。

表3　洋河闸站水位流量关系

2.3沙里寨水文站

沙里寨水文站自1956年以来，有刊印资料发生洪峰流量超过7 000 m3/s总计共4次，分别为1960年、1962年、1982年、1994年，相应流量及水位见表4。

绘制上述4年实测洪水过程线（图略），可以看出当发生相同流量时峰前水位较峰后水位低，为了工程安全考虑，沙里寨水文站水位流量关系曲线均采用峰后的流量和水位。

表4　沙里寨水文站实测流量超过7 000 m3/s一览表

利用实测数据绘制上述4年水位流量关系，可以看出1962年、1982年、1994年水位流量较为规律，而1960年小于Q=7 000 m3/s时的水位流量关系明显不同于其他3年，水位较低；又已知Q1982年＞Q1962年＞Q1994年，H1982年＞H1994年＞H1962年，可以看出1982年符合峰大水高的规律，可以作为典型年来推算沙里寨水位流量关系。

沙里寨水文站利用1982年实测峰后水位流量关系见表5。

表5　沙里寨水文站水位流量关系

3　结论

根据实际情况，按照不同方法制定的大洋河水位流量关系成果，在与调查的“2012年8.4洪水”较为接近，较为合理可信。通过对大洋河流域三处控制断面水位流量关系的建立，使得在推求水面线时有着较为精准的准确度，修建防洪工程起到重要的指导作用，对汛期防汛有着至关重要的参考价值。

［参考文献］

［1］华东水利学院.水工设计手册第二卷地质、水文、建筑材料［M］.北京：水利电力出版社，1982.2.

［2］水利部水利水电规划设计总院.水工设计手册第2卷规划、水文、地质［M］.北京：中国水利水电出版社，2014.6.

［3］水利电力部东北勘测设计研究院.洪水调查［M］.北京：水利电力出版社，1978.6.

［4］中国市政工程东北设计研究院.给排水设计手册第7册城镇防洪第二版［M］.北京：中国建筑工程出版社，2000.

［5］中华人民共和国水利部.水文调查规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2015.

［中图分类号］TV12

［文献标识码］B

［文章编号］1002－0624（2016）02－0039－02

［收稿日期］2015-07-25