少资料地区暴雨洪水洪峰流量计算探讨

辛春辉 陈绍良

收稿日期：2024-01-11

作者简介：辛春辉（1973—），男，湖南石门人，工程师，研究方向为水文预报。

摘 要：洪峰流量和洪峰水位是非常重要的水文参数，而这2个参数的计算非常复杂。若资料较少的地区想要计算这2个参数则难度更大。以洈水支流南河2023年8月27日洪水为例，对少资料地区暴雨洪水洪峰流量计算进行了探讨，为暴雨洪水洪峰流量计算提供借鉴。

关键词：洪峰流量；洪峰水位；暴雨

中图分类号：TV122.1 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）03–0-03

在一次洪水过程中，洪峰水位和洪峰流量是2个重要的水文参数。对于少资料地区，必须通过洪水调查来间接确定这2个参数。可以通过调查一次洪水过程留下的洪痕确定洪峰水位，而洪峰流量的计算较困难，常用的方法有比降面积法、暴雨洪水推理公式法、曼宁公式法等[1-3]。比降面积法要求获得较准确的洪痕以确定洪峰水位，从而计算出水面比降，而另一个难点在于糙率的确定；暴雨洪水推理公式法受到暴雨时空分布影响较大；曼宁公式法一般适用于明渠均匀

流[4-5]。以比降面积法为主，探讨了2023年8月27日洈水一级支流南河子良镇河段发生的一次暴雨洪水过程中洪峰流量的计算，并采用其他2种方法验证比降面积法的计算结果。

1 流域概况

洈水是松滋河的一级支流，上游分南、北两支，南支在湖南石门县的五里坪，北支（干流）在湖北，发源于湖北省五峰县清水湾，2条支流在湖北省松滋市王台岭汇合，后流经乌溪沟、茉莉滩、西斋、杨林、法华寺等地，于公安县汪家汊汇入松滋河，河流全长203.7 km，

流域面积2 218 km2，其中位于湖南省境内的流域面积为433.7 km2。

流域多年平均雨量1 280 mm，实测单站最大降水量为清水湾雨量站1983年2 606.6 mm，降雨集中在4—9月，约占全年雨量的70%，调查最大洪峰流量为5 730 m3/s。

2 “2023·8·27”暴雨洪水情况

8月26日20：00—27日09：00，受到低涡切变和地面冷空气的共同影响，洈水流域石门县、澧县和五峰县普降暴雨，局部特大暴雨。在此次强降雨过程中，洈水一级支流南河流域面平均降雨量为225.5 mm，站点最大降雨量为石门县犀牛坪站，为282.5 mm，其次为石门县子良站，254.5 mm。此次暴雨过程在空间分布上比较集中，主要覆盖洈水南支流域及周边区域，暴雨中心位于洈水流域子良镇和太平镇，累计降雨量超100 mm有12站，超200 mm有4站，其中超100 mm笼罩面积为1 100 km2。

受洈水中上游干支流强降雨影响，8月26—27日，洈水一级支流南河太平镇至子良镇河段发生了一次洪水过程，洈水干流火连坡镇沙溪坪水文站（属湖北省水文）出现建站以来实测最大洪水，测得最高水位为98.52 m（85高程），洪峰流量为3 500 m3/s，洪峰出现时间为8月27日13：10。

3 洪峰流量的计算

受洈水流域中上游强降雨影响，石门县太平镇、子良镇和澧县火连坡镇河段出现了暴雨山洪。以子良镇河段为研究对象，重点研究此次洪水过程在子良镇断面形成的洪峰流量。调查河段情况如表1所示。

子良镇河段位于洈水上游南支下游，断面以上流域面积为271 km2，断面至主河道分水岭的距离L为31.0 km，干流平均坡降J为145.5%。此次在该河段调查了2个断面，上断面位于公路桥以上150 m，下断面位于公路桥以下400 m。

此次调查分别对上下2个断面的洪痕和断面面积进行了测量，洪痕水位的上断面为161.56 m，下断面为160.66 m。

子良镇河段洪峰流量采用比降面积法进行计算，然后采用暴雨推理公式和曼宁公式两种方法对比降面积法的结果进行验证，最终确定其洪峰流量。

3.1 比降面积法

将该河段峰顶近似视作恒定非均匀流，计算洪峰流量公式如下：

Q=KS0.5/[1-]0.5（1）

式（1）中，L表示比降上、下断面间距，单位：m；g表示重力加速度，为9.81 m/s2，S表示实测水面比降。

K表示河段平均输水率，其计算公式如下：

K=（A上R上+A下R下）/2n（2）

式（2）中，n表示查用的糙率，A上、A下分别表示上下过水断面面积，单位：m2，R上、R下分别表示上下过水断面水力半径，单位：m。

计算公式（M值没有具体含义）如下：

M=（1-ε）（1/A2上-1/A2下）（3）

式（3）中，ε值为断面沿程收缩或扩散系数，收缩河段ε=0，渐次扩散ε=0.5。根据实测结果参数确定，得：A上=613 m2，A下=478 m2，R上=2.866 m，R下=3.639 m，

L=550 m，S=1.636‰；糙率n查《湖南省河渠糙率》可知，n=0.035；调查河段为收缩河段，n=0。

计算得：K=33824，M=-1.72×10-6，Q=1 260 m3/s。

3.2 根据暴雨推理公式计算洪峰流量

第一，根据式（4）、式（5）计算（θ-表示流域地理参数）。

θ=L/（F J ）=31.0/（271×14.55‰）=31.30（4）

m=0.123θ0.520=0.123×31.300.520=0.737（5）

式（4）、式（5）中，m表示流域汇流参数，F表示断面以上流域面积，单位：km2；L表示断面至干流分水岭的距离，即主河道长度，单位：km；J表示干流平均坡降。

第二，推求此次暴雨平均面雨量。采用子良、阳泗岭、犀牛坪、太平、太平镇5个雨量站的数据，计算子良断面以上面平均雨量。

降雨时段为8月26日20：00—27日09：00时，降雨量如表2所示，经加权平均计算，面平均雨量为225.5 mm。

表2  子良断面以上流域雨量

站名 时段雨量/mm

子良 254.5

犀牛坪 282.5

阳泗岭 123.0

太平 220.5

太平镇 126.0

第三，净雨过程计算。假定此次暴雨的面雨量按照子良站时段雨量分配比例进行时程分配。根据《湖南省暴雨洪水查算手册》查图40知该流域属产流分区第4区，得初损I0=25 mm。求时段地表径流R上=R总×Ψ，地表径流占总径流的比例Ψ值查表得0.75。具体结果如表3所示。

第四，计算Rt/t。将R上按从大到小进行排列，自最大时段地表径流开始，依次向前后相邻时段连续累加得Rt，除以相应历时，得到Rt/t值，如表4所示。

点绘Rt/t-t关系曲线，如图1所示。

第五，使用试算法求Qm和τ。根据公式：洪峰流量Qm=0.278×F×Rt/t，汇流历时τ=0.278×L/（m×J ×Q m），

经计算得出Qm=1 220 m3/s，τ=8.10 h。

3.3 曼宁公式法

采用公式估算此次洪水过程洪峰流量，公式如下：

Q=A下RhS（6）

式（6）中，A下=478 m2，n=0.035，水力半径Rh=3.639，

S=1.636‰，代入式（6）得：Q=1 310 m3/s。

综上所述，子良断面洪峰流量的计算采用了比降面积法、曼宁公式法以及暴雨推理公式法3种方法，得到的洪峰流量如表5所示，3种方法所得结果均较为接近。暴雨推理公式法的结果偏小，曼宁公式法的结果偏大。可以认为比降面积法的计算结果合理，子良断面洪峰流量为1 260 m3/s。

4 结束语

比降面积法相比其他两种方法而言更准确，因此对于少资料地区洪峰流量计算而言，一般优先采用比降面积法。若难以辨认洪痕，无法确定糙率，可以采用暴雨推理公式法对洪峰流量进行估算。

参考文献

[1] 韦柳明.比降—面积法测流在洪水调查中的应用[J].广西水利水电，2021（6）：119-121，125.

[2] 侯裕清.比降：面积法测流在洪水调查中的应用[J].黑龙江水利科技，2010，38（3）：179.

[3] 王汉卿，张春林.基于曼宁公式影响因子相关分析的洪水流量计算：以洮河流域为例[J].水利水电快报，2023，44（2）： 29-34，47.

[4] 苟斌，张燕.临洮县小流域暴雨洪水调查分析[J].陕西水利，2024（3）：92-94.

[5] 郝嘉.水阳江流域2020年暴雨洪水调查分析[J].河南水利与南水北调，2024，53（2）：9-10.