历史洪水洪峰流量的估算

                      葛维亚

历史洪水发生过程中的最大流量称为历史洪水的洪峰流量。推求历史洪水洪峰流量的 方法(一般称为推流方法)很多，这里针对中小河流介绍几种常用的方法。

(一)水位～流量关系曲线延长法

当在水文站断面处或在水文站上下游不远处调查有洪水痕迹时，可采用这种方法。当水位～流量关系不受回水顶托、洪水涨落及冲淤影响，呈现出相对稳定的单一线 时，可采用以下方法推流：高水时河槽形状如无特殊变化， 水位～流速关系点据成带状分布，因 此可按其趋势外延，已知洪痕水位 Zm,  在水位～横断面面积曲线上可 得出相应的过水断面面积Am,   在水 位～流速关系曲线延长部分查出平均 流速øm,  如图2-1所示。由此可得出 历史洪水的洪峰流量Qm为：

                     Qm=⑦mAm

(二)比降法

河段顺直整齐，河段内各断面的组成基本一致，河段内有多处洪痕点，且分布均匀， 左右岸洪痕间不存在横比降时，可采用比降法推求历史洪水的洪峰流量。

当河段内断面变化不大时，可采用稳定均匀流公式计算历史洪水的洪峰流量。

    当采用两个断面时，K 值应为上下断面K 值 ( 即 K 上及K 下)的平均值。      

对于复式断面，滩槽的K 值应分别计算。

当河段内断面沿水流方向逐渐增大或突然增大(即为断面扩散)或逐渐变小(即为断 面收缩)时，应采用稳定非均匀流公式计算历史洪水的洪峰流量。很明显，按照上述比降法公式计算历史洪水洪峰流量的精度，取决于公式中各项基本数据的精度。因此，对各项基本数据的确定，有必要加以说明。

1.河床糙率 n 值的确定

当调查河段内或附近设有水文站时，可根据水文站流量、比降等观测资料，按式(2- 1)计算n 值，最后选择相应于洪痕水位时的 n 值作为推流的基本数据。

        调查河段附近无水文站时，可根据河段内的有关情况，查阅天然河流糙率表。我国铁  路、公路系统于1961、1962年编制了我国西北、华北东北、中南华东(其中华东地区采用  1964年编制成果)及西南四个地区的糙率表(参阅《水文测验手册》第一册“野外工作” 附录部分，水利电力出版社1975年11月北京第一版)。近年来我国水电部门在综合分析全国一些河流糙率变化规律的基础上，编制了我国天然河流河道糙率参考表(见附表I),

同时在附表中列出了国外常用的糙率表(见附表Ⅱ),供推求历史洪水洪峰流量时参考。

实践证明，我国河流的主槽n 值多为0.025～0.05,边滩n 值无任何资料时，根据滩 地特征，参照有关糙率表选定。

2.有效过水断面面积A 的确定

当河段顺直，无死水及回流发生时，有效过水断面面积A即为洪痕水面线以下的全部 横断面面积。当河段地形复杂、弯曲、河槽内灌木杂草丛生时，如有死水、回流发生，应 扣除死水回流面积后作为有效过水断面面积。

3.历史洪水水面线的绘制

历史洪水水面线影响推流公式中的A 、R、i、 4Z 、K 、K 等基本数据，因此绘制水面线时，必须慎重行事。

历史洪水水面线是根据洪水痕迹点的位置与分布绘制的，有的将这种水面线也叫做洪 痕水面线。

绘制水面线应以可靠性高和代表性较好的洪痕点作为依据，并参照以下各点进行合理 性检查：

1)河段顺直、断面单一、底坡一致、河槽稳定且河床质及覆盖较均匀时，历史洪水 水面线与河底平均底坡线大致相平行。

2)上下游河道地形较陡，调查河段地形平缓，则比降随水位上升而加大。反之，调 查河段随水位上升变缓。

3)上下游比较开阔，而调查河段处于压缩河段，则水位愈高比降越陡。

4)调查河段下游有石梁或急滩时，则低中水位比降较小，高水位比降加大。

5)当调查河段下游有急弯时，则水位上升时比降变缓。

6 )愈到高水位时，各次洪水水面线之间逐渐趋于平行。

【举例】已知××河调查河段内断面1及断面2的水平距离L=183 米，试采用比降法 推求其19××年历史洪水的洪峰流量。

【解】该河段较为顺直，上下断面面积变化不大，可采用稳定均匀流公式进行计算。

表2-4                  历史洪水洪峰流量计算表

1)根据调查河段洪痕点的分布绘制历史洪水的水面线(成果略);

2)根据选定的断面1及断面2,计算水面线以下的滩槽有效过水断面积A,   将结果 填入表2-4第(4)列；

3)由湿周X 及A 按式(2-2)分别计算断面1及断面2各滩槽的水力半径R, 将结果 填入表2-4第(5)列；

4 ) 由R 计算R    ,填入表2-4第(6 )列；

5)根据滩槽情况，选定糙率。主槽n=0.05,      边滩(左右滩)n=0.07;

6)计算断面1及断面2各槽滩的K 值，采用式(2-4)计算，将成果填入表2-4第

( 7 ) 列 ；

7 ) 对 于 断 面 1 ,K;  即为K₁ 。 由断面1的主槽及左右滩的三个K 值相加可得 K₁, 即：

K₁=1330+2270+1770=5370

对于断面2, K; 即为K₂ 。 由断面2的主槽及左右滩的三个K 值相加可得K₂,    即：

K₂=1160+3040+2580=6780

8)由断面1及断面2水面线高程相减推求水位差4Z, 此例4Z=2.59 米；

9)计算河段的平均比降i。

10)计算k。

11)计算历史洪水的洪峰流量。

【举例】 某河调查河段断面I、Ⅱ有逐渐扩散现象，试根据稳定非均匀流公式 计算1960年洪水的洪峰流量。

  表2-5             历史洪水洪峰流量计算表

注5值采用0。4。

【解】 计算时可按表2-5进行，其计算步骤此处不再赘述。

(三)断面特性延长法

这种方法是通过延长流量与断面特性的关系，从而间接的将水位与流量关系延长，以 满足历史洪水推流的需要。该方法通常称为Q～A√     法。

已知薛齐一满宁公式为：

Q=AC√Ri

式中  0——薛齐系数；

其他符号意义同前。

上式中的R 以平均水深h代替。

在高水部分，O√i     近似常数K,    上式又可改写为：

Q=KA√h                                                                (2-7)

即高水部分Q 与A√ 万近似成直线关系，据此作高水延长，进行历史洪水的推流工 作。

这种方法适用于宽浅式的推流河段，且附近设有水文站，其水位～流量为单一关系的 情况。

【举例】 ××河段为宽浅式河槽，经历史洪水调查，19××年发生一次特大洪水，其 洪痕水位为125.01米，试推求历史洪峰流量。

【解】

1)该河段附近200米处有一水文站，其水位～流量关系为单一线，测流中的实测最 高水位仅为123.16米，低于洪痕水位。现采用断面特性法推流；

2)根据水文站实测水位～流量(Z～Q)      关系曲线，将各测次实测水位与流量分别 填入表2-6第(1)、(2 )列；

3)根据水文站大断面图计算各种水位的过水面积A 、 平均河宽B 、 平均水深 h 及 √    , 分 别 填 入 表 2 - 6 第 ( 3 ) 、 ( 4 ) 、 ( 5 ) 、 ( 6 ) 列 ；

4 ) 由 表 内 第 ( 3 ) 、 ( 6 ) 列 计 算A√Q  方，并填入表2 - 6第(7)列；

5)由表内第(1)、(7)列数字绘制水位Z 与A√ 万关系曲线，如图2- 2I 所示。

           表2-6                   断  面   特  性  计  算  表

6)由表内第(2)、(7)列数字绘制流量Q 与A√ 示；                                 Q

7 ) 已 知 洪 痕 水 位 Zm=                   米³

125.01米，以此查图2-2便得出历史洪峰流量Qm=5150 米³/秒。        

从发生年份至今为最大洪水，可

将发生年份到设计年份的年数作         -      

为重现期。例如1849年发生一

历史特大洪水，从调查与考证中

得知，该次洪水为1849年以来的 最大洪水。

因年代久远，且又缺乏历史文献 资料加以考证，因此它的重现期 N 为：N=  设计年份一发生年份+1=1978-1849+1=130年。 2)当历史洪水发生年份距现在较近，采定 重现期往往偏小，此时应尽量 通过调查与历史文献考证以及与邻近地区、流域对比等方法，向前追溯。例如1949年发生 一次历史特大洪水，至今只有30年，以此作为重现期可能偏小。通过调查与考证分析，在130年调查考证期中，可以连续顺位，其序位为老三(即在130年调查考证期中还有两次 历史洪水比1949年洪水大，而其余各年洪水均比1949年洪水要小),由此可得1949年洪水的重现期N。 

也有时会遇到另外一种情况。在上例130年调查考证期中，虽然已确切知道1949年洪 水比另外两年洪水要小，但是否比其余各年洪水都大，无法断定。此时，1949年洪水在 130年调查考证期中不能连续顺位，在这种情况下，可采用1)的方法，确定它的重现期 N₁=30  年。这类洪水在计算洪峰流量经验频率中仍然有用，绝不能轻易舍弃。

3 ) 在N 年调查考证期中，有一个近年发生的历史洪水与其他(a-1)       个历史洪水在 数值上不相上下，很明显它在N 年中连续顺位的序位可在(1～a) 的范围内，此时可采用平均序位。

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