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锦州水文站1994年洪水分析与测验现状

时间:2016-05-09 来源:学术堂 所属分类: 科技论文 本文字数:2357字
摘要

  水文站是观测及搜集河流、湖泊、水库等水体的水文、气象资料的基层水文单位。 收集积累实测资料,满足水资源评价、水文计算、水文情报、水文预报和水文科学研究的需要。 但近些年由于城市规划不断完善,水文测验条件发生变化。 以锦州水文站为例,由于河道整治,断面迁移,加之断面改迁后近二十年未发生洪水。 笔者认为应根据以往资料,对 1994 年特大洪水的断面情况、糙率及比降进行分析。 推导出锦州水文站现状测验条件下,可能出现洪水情况, 为该站今后防汛测报工作奠定基础。

  锦州水文站 1934 年设站, 是国家基本水文站,小凌河干流下游制站。 位于东经 121°06′,北纬41°06′。 控制面积 3 172km2,区 间面积为 921km2。上游47km 处有缸窑口水文站,下游至海口39.8km。 锦州水文站建站以来历年最大洪峰流量9 810m3/S,最高水位 25.42m。 上游植被差,河水含沙量较高。本站主受洪水涨落和断面冲淤变化影响,中高水水位流量关系多为单一线。 中低水因受橡胶坝运行控制影响,水位流量关系欠佳。

  1、锦州水文站

  1994年洪水分析1994 年锦州水文站发生特大洪水, 洪峰流量为 4 510m3/s,洪峰水位 23.45m,根据锦州站近三十年水文极值要素表可以看出, 自 1994 年、1995 年发生较大洪水后,锦州站并未发生较大洪水,详见表 1。 此次分析以 94 年 713 洪水进行分析。

  1.1、断面情况

  测验河段位于西桥下 300m,顺直长约 700 m,从河心到两岸为沙卵石到沙壤土, 左右岸为大堤控制,河内堤脚下为水泥台地,入河槽处接砌石陡坎。 中水河宽约 300m。根据 713 洪水调查记载, 洪水以前断面下垫面情况为沙卵石和沙壤土, 河道内上覆杂草,经713 洪水之后,河道冲刷为硬低沙卵石 ,小部分河段冲刷较为严重,其他均无较大变化。

  根据锦州水文站 1994 年实测实测流量第 58次至 80 次流量资料建立水位-面积关系曲线可以看出,水位面积关系成单一曲线。 洪水前后断面面积基本无变化。 如图 1。

表1 历年水文要素极值表
表1 历年水文要素极值表

  1.2、糙率分析

  对系列流量进行分析, 因为影响流量的因素是断面面积和流速, 由于水位面积关系成单一曲线,那么流速就成为影响流速的重要因素之一。 根据曼宁公式,V=可以看出流速受糙率, 水面比降,湿周(平均水深)影响。

  糙率反应的是河段的水流阻力特性, 一般情况下应从河段实测资料出发反推糙率。 分析糙率由于该站断面处无急滩、深潭存在,河底平均坡降无大的转折点,且不受回水影响。 根据锦州水文站实测流量资料, 通过曼宁公式反推及对糙率的确定,将平均水深与糙率建立关系,发现洪峰涨落前后,平均水深与糙率关系杂乱无序,但以洪峰作为分界点, 洪峰前后平均水深与糙率各自可建立关系。 如图 2 所示。

图1 锦州水文站水位面积关系线
图1 锦州水文站水位面积关系线

图2 小凌河锦州水文站测验断面平均水深与糙率关系图
图2 小凌河锦州水文站测验断面平均水深与糙率关系图

  由上图可以看出,洪峰前糙率较大,并且平均水深与糙率成反比关系。 洪峰后由于断面冲刷,河床裸露出沙卵砾石成硬底后,糙率变小,并且随着平均水深的增加糙率也会变大。

  1.3、比降分析

  当流域上大量降水之后,产生径流后,注入河道,引起流量的剧增,使河道沿程水面发生高低起伏的一种波动,成为洪水波。 天然河道里洪水波主要受重力和惯力影响,产生一种徐变的不稳定流。洪水波的水面比降(水面比降,是指沿流向每单位水平距离的水面高程差,以万分率表示。 )与稳定流水面比降不同。 洪水波前部分洪水波水面比降大于稳定流水面比降,洪水波后部分则相反。

  根据锦州水文站实测资料流量与比降相比较,证实这一点,当洪峰出现之前,比降在 0.000 7―0.001 4 之间, 洪峰出现之后比降在 0.000 4―0.001 0 之间。 详见表 2。

表2 锦州站流量比降一览表
表2 锦州站流量比降一览表

  2、锦州站测验现状分析

  1996 年 1 月 1 日 锦州水文站测验断面下迁2 200m,位于锦州南桥上游 20m。 测验河段位于水上公园橡胶坝段内,顺直长约 1 000m,由于今年来锦州市政府对市内河流整治,河道重新铺垫,加之上游锦凌水库运行蓄水,断面处已断流,现在河道中心无河槽,左右岸为大堤控制,河内堤脚下为水泥台地,入河槽处接砌石陡坎。 中水河宽约 470m。

  根据 2015 年汛后断面实测资料可以得出,该断面基本为一矩形河槽,断面规整,适于用比降面积法推导流量。 当水位达到 19.50m 时,河水将溢出河槽。

  锦州水文站新旧断面相距不远, 下垫面情况基本一致,河道整治时只将河道重新铺垫整平,峰前糙率取值区间应略小与 1994 年洪水分析值区间, 参考 2015 年锦州水文站洪水调查分析糙率,及辽西北糙率分析值综合确定,取值区间在 0.022―0.045 之间。 峰后糙率沿用 1994 年实测流量反求的糙率,糙率变化规律如 1.2 分析结果水面比降采用 1994 年实测资料,并考虑洪水波出现前后的变化规律。根据曼宁公式最终推导出设计不同水位下流量变化及水位流量关系曲线,详见图 3。

图3 锦州水文站预测水位流量关系曲线
图3 锦州水文站预测水位流量关系曲线

  根据计算求得在现状条件下,如遇 1994 年713 洪 水洪峰流量4 510m3/s时,锦州(南桥)水文站水 位最高为 18.51m。 两岸出槽时流量为14 000m3/s 左右。

  3、结论

  1)通过对 94 年锦州水文站基本断面糙率的分析, 发现断面处发生洪水时, 由于下垫面发生变化,洪峰前后糙率相差较大。 从洪水起涨过程时糙率较大,并且平均水深与糙率成反比关系。 洪峰过后,糙率变小,并且随着平均水深的增加糙率也会变大。

  2)通过对锦州水文站实测资料分析,水面比降介于 0.000 4―0.001 4 之间, 由于受洪水波的影响,并且洪峰前后比降整体略有差别,洪峰前比降高于洪峰后比降。

  3) 根据 2015 年锦州水文站基本断面实测资料,结合糙率、水面比降等参数,利用曼宁公式推导出锦州水文站水位流量关系曲线。 并计算求得,出槽时河道流量为 14 000m3/s。

  参考文献:
  [1]张德全.河道糙率精度分析方法探讨[J].云南省大理水文局.
  [2]叶守泽,詹道江.工程水文[M].中国水利水电出版社.
  [3]王新刚.锦州水文站测站任务书[R].锦州:锦州水文局,2015.

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