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    錦州水文站1994年洪水分析與測驗現狀

    時間:2016-05-09 來源:吉林水利 作者:王新剛 本文字數:2357字
    摘要

      水文站是觀測及搜集河流、湖泊、水庫等水體的水文、氣象資料的基層水文單位。 收集積累實測資料,滿足水資源評價、水文計算、水文情報、水文預報和水文科學研究的需要。 但近些年由于城市規劃不斷完善,水文測驗條件發生變化。 以錦州水文站為例,由于河道整治,斷面遷移,加之斷面改遷后近二十年未發生洪水。 筆者認為應根據以往資料,對 1994 年特大洪水的斷面情況、糙率及比降進行分析。 推導出錦州水文站現狀測驗條件下,可能出現洪水情況, 為該站今后防汛測報工作奠定基礎。

      錦州水文站 1934 年設站, 是國家基本水文站,小凌河干流下游制站。 位于東經 121°06′,北緯41°06′。 控制面積 3 172km2,區 間面積為 921km2。上游47km 處有缸窯口水文站,下游至海口39.8km。 錦州水文站建站以來歷年最大洪峰流量9 810m3/S,最高水位 25.42m。 上游植被差,河水含沙量較高。本站主受洪水漲落和斷面沖淤變化影響,中高水水位流量關系多為單一線。 中低水因受橡膠壩運行控制影響,水位流量關系欠佳。

      1、錦州水文站

      1994年洪水分析1994 年錦州水文站發生特大洪水, 洪峰流量為 4 510m3/s,洪峰水位 23.45m,根據錦州站近三十年水文極值要素表可以看出, 自 1994 年、1995 年發生較大洪水后,錦州站并未發生較大洪水,詳見表 1。 此次分析以 94 年 713 洪水進行分析。

      1.1、斷面情況

      測驗河段位于西橋下 300m,順直長約 700 m,從河心到兩岸為沙卵石到沙壤土, 左右岸為大堤控制,河內堤腳下為水泥臺地,入河槽處接砌石陡坎。 中水河寬約 300m。根據 713 洪水調查記載, 洪水以前斷面下墊面情況為沙卵石和沙壤土, 河道內上覆雜草,經713 洪水之后,河道沖刷為硬低沙卵石 ,小部分河段沖刷較為嚴重,其他均無較大變化。

      根據錦州水文站 1994 年實測實測流量第 58次至 80 次流量資料建立水位-面積關系曲線可以看出,水位面積關系成單一曲線。 洪水前后斷面面積基本無變化。 如圖 1。

    表1 歷年水文要素極值表
    表1 歷年水文要素極值表

      1.2、糙率分析

      對系列流量進行分析, 因為影響流量的因素是斷面面積和流速, 由于水位面積關系成單一曲線,那么流速就成為影響流速的重要因素之一。 根據曼寧公式,V=可以看出流速受糙率, 水面比降,濕周(平均水深)影響。

      糙率反應的是河段的水流阻力特性, 一般情況下應從河段實測資料出發反推糙率。 分析糙率由于該站斷面處無急灘、深潭存在,河底平均坡降無大的轉折點,且不受回水影響。 根據錦州水文站實測流量資料, 通過曼寧公式反推及對糙率的確定,將平均水深與糙率建立關系,發現洪峰漲落前后,平均水深與糙率關系雜亂無序,但以洪峰作為分界點, 洪峰前后平均水深與糙率各自可建立關系。 如圖 2 所示。

    圖1 錦州水文站水位面積關系線
    圖1 錦州水文站水位面積關系線

    圖2 小凌河錦州水文站測驗斷面平均水深與糙率關系圖
    圖2 小凌河錦州水文站測驗斷面平均水深與糙率關系圖

      由上圖可以看出,洪峰前糙率較大,并且平均水深與糙率成反比關系。 洪峰后由于斷面沖刷,河床裸露出沙卵礫石成硬底后,糙率變小,并且隨著平均水深的增加糙率也會變大。

      1.3、比降分析

      當流域上大量降水之后,產生徑流后,注入河道,引起流量的劇增,使河道沿程水面發生高低起伏的一種波動,成為洪水波。 天然河道里洪水波主要受重力和慣力影響,產生一種徐變的不穩定流。洪水波的水面比降(水面比降,是指沿流向每單位水平距離的水面高程差,以萬分率表示。 )與穩定流水面比降不同。 洪水波前部分洪水波水面比降大于穩定流水面比降,洪水波后部分則相反。

      根據錦州水文站實測資料流量與比降相比較,證實這一點,當洪峰出現之前,比降在 0.000 7―0.001 4 之間, 洪峰出現之后比降在 0.000 4―0.001 0 之間。 詳見表 2。

    表2 錦州站流量比降一覽表
    表2 錦州站流量比降一覽表

      2、錦州站測驗現狀分析

      1996 年 1 月 1 日 錦州水文站測驗斷面下遷2 200m,位于錦州南橋上游 20m。 測驗河段位于水上公園橡膠壩段內,順直長約 1 000m,由于今年來錦州市政府對市內河流整治,河道重新鋪墊,加之上游錦凌水庫運行蓄水,斷面處已斷流,現在河道中心無河槽,左右岸為大堤控制,河內堤腳下為水泥臺地,入河槽處接砌石陡坎。 中水河寬約 470m。

      根據 2015 年汛后斷面實測資料可以得出,該斷面基本為一矩形河槽,斷面規整,適于用比降面積法推導流量。 當水位達到 19.50m 時,河水將溢出河槽。

      錦州水文站新舊斷面相距不遠, 下墊面情況基本一致,河道整治時只將河道重新鋪墊整平,峰前糙率取值區間應略小與 1994 年洪水分析值區間, 參考 2015 年錦州水文站洪水調查分析糙率,及遼西北糙率分析值綜合確定,取值區間在 0.022―0.045 之間。 峰后糙率沿用 1994 年實測流量反求的糙率,糙率變化規律如 1.2 分析結果水面比降采用 1994 年實測資料,并考慮洪水波出現前后的變化規律。根據曼寧公式最終推導出設計不同水位下流量變化及水位流量關系曲線,詳見圖 3。

    圖3 錦州水文站預測水位流量關系曲線
    圖3 錦州水文站預測水位流量關系曲線

      根據計算求得在現狀條件下,如遇 1994 年713 洪 水洪峰流量4 510m3/s時,錦州(南橋)水文站水 位最高為 18.51m。 兩岸出槽時流量為14 000m3/s 左右。

      3、結論

      1)通過對 94 年錦州水文站基本斷面糙率的分析, 發現斷面處發生洪水時, 由于下墊面發生變化,洪峰前后糙率相差較大。 從洪水起漲過程時糙率較大,并且平均水深與糙率成反比關系。 洪峰過后,糙率變小,并且隨著平均水深的增加糙率也會變大。

      2)通過對錦州水文站實測資料分析,水面比降介于 0.000 4―0.001 4 之間, 由于受洪水波的影響,并且洪峰前后比降整體略有差別,洪峰前比降高于洪峰后比降。

      3) 根據 2015 年錦州水文站基本斷面實測資料,結合糙率、水面比降等參數,利用曼寧公式推導出錦州水文站水位流量關系曲線。 并計算求得,出槽時河道流量為 14 000m3/s。

      參考文獻:
      [1]張德全.河道糙率精度分析方法探討[J].云南省大理水文局.
      [2]葉守澤,詹道江.工程水文[M].中國水利水電出版社.
      [3]王新剛.錦州水文站測站任務書[R].錦州:錦州水文局,2015.

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