都安瑶族自治县刁江洪水水面线计算

苏宏睿

摘要：以都安瑶族自治县刁江洪水水面线分析为例，探讨研究河道水面线推求工作的主要思路，为刁江沿河乡镇防洪堤规划设计提供依据，也为受中小河流暴涨暴落影响的乡镇河段水面线分析工作提供一定的借鉴和参考。

[关键词] 刁江 中小河流 水面线

一、河段概况

都安瑶族自治县位于广西中部偏西，地处云贵高原向广西盆地过渡的斜坡上，都阳山脉东段，地势北西高、南东低，是全国岩溶地貌（喀斯特地貌）发育最为典型的地区之一，奇峰异洞，岩溶景观，湿地生态，全国遐迩闻名，多年来一直吸引着众多国内外游客。都安瑶族自治县境内河流众多，地下河纵横，刁江位于都安瑶族自治县境内东北部，东经 107°53′～108°25′,北纬 24°02′～24°57′之间。流域呈狭长状分布，整个流域处山岳丘陵地带，植被状况良好。刁江发源于南丹县车河镇打锡坡，由金城江区保平乡古帝村流入都安境内，于百旺乡八甫村那造屯汇入红水河。境内流程124公里，河床宽50至100m，下切深15至18m，坡降1.15‰。随着经济发展，拉烈镇至百旺镇河段，属于都安瑶族自治县易地扶贫搬迁比较集中地点，该河段拉烈镇街道、刁江古镇、百旺镇街道等人员比较密集，该河段乡镇，目前防洪工程体系不完善、簿弱，非工程防洪措施成为防洪抗灾工作重要组成部分，所以水文情报预测、预警、预报等工作是沿江重要乡镇防洪减灾服务的迫切需要，必须大力加强。

二、分析过程

（一）基础资料

（1）河道断面数据。经过实地踏勘及给社会带来实际效益等综合因素考虑，选定马陇水文站、拉烈街、琳琅村、百旺水文站等4个重要断面作为刁江防洪预警预报断面，并以马陇水文站、百旺水文站断面进行控制。断面布设见图1。

图1  刁江水系及防洪警示断面布设图

（二）设计洪水的选定

根据洪水预警预报需要，选定沿河重要断面的设计洪水为50%、20%、10%、5%、2%、1%洪水。依据的水文技术规范为《水文情报预报规范》(GB/T22482-2008)和《广西洪水预警预报关键技术及应用纲要(试行)》。

本次洪水频率计算，收集到马陇（三）水文站最大洪峰流量系列（1959年～2010年），经频率计算，采用P-Ⅲ型曲线拟合，得理论频率曲线，与经验点据拟合良好，得到马陇（三）水文站设计洪水结果见表1和图2。频率计算依据的水文技术规范为《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL 44-2006)。

表1  马陇（三）水文站各频率洪峰流量计算成果表     单位：m3/s

站 名	项 目	1%	2%	3.33%	5%	10%	20%	50%
马陇（三）水文站	洪峰流量(m3/s)	3120	2770	2520	2310	1950	1570	1050
	洪峰模数	15.65	13.90	12.64	11.59	9.78	7.88	5.27

图2 马陇（三）水文站年最大洪峰流量频率曲线图

三、计算方法

（一）各重要断面各频率洪峰流量

本次计算以马陇（三）水文站历年最大洪峰流量频率为依据，通过面积比拟法，演算得出各断面相应频率的洪峰流量，依据的水文技术规范为《水利水电工程水文计算规范》(SL278-2002)和《水文调查规范》(SL196-2015)。通过在在中国洪水预报系统软件上圈画马陇（三）水文站、拉烈街等4个断面的集雨面积，得出成果见表2。

表2  各断面集雨面积成果表

序号	重要断面	集雨面积（km2）
1	马陇（三）水文站	2814
2	拉烈街	2846
3	琳琅村	2963
4	百旺水文站	3169

根据水文比拟法：

Q设=Q参×(F设/F参)n

式中：Q设——设计断面洪峰流量（m3/s）

Q参——参证站马陇（三）水文站断面流量（m3/s）

F设——涉及断面集雨面积（km2）

F参——参证站马陇（三）水文站控制集雨面积（km2）

n——面积比参数，综合后取0.667。

通过已经计算得出的马陇（三）水文站各频率洪峰流量推算至其它3个断面的各频率洪峰流量，成果见表4。

表4  各断面各频率洪峰流量成果表

序号	重要断面	面积（km2）	P（%）
			1	2	5	10	20	50
1	马陇（三）水文站	2814	3120	2770	2310	1950	1570	1050
2	拉烈街	2846	3144	2791	2327	1965	1582	1058
3	琳琅村	2963	3229	2867	2391	2018	1625	1087
4	百旺水文站	3169	3377	2998	2501	2111	1699	1137

（二）水面线计算

本次水面线计算，采用流量推求水位的方法，将除马陇（三）水文站外，其余3个断面的各个频率流量所对应的水位推算出来。主要参数采用如下：

（1）河道比降

根据已经调查的“1988.8”“1994.6”两场典型洪水，由起点距和断面水位推算出3个断面的水面比降，再将两个比降值求和，然后算平均，得出一个平均比降。所得平均比降在0.0028‰~0.2737‰之间，其中拉烈街比降最大。

（2）断面糙率

根据“1988.8”“1994.6”洪水的水位以及推算的各频率流量资料

，加上实测大断面资料，根据曼宁公式

按公式反求各断面糙率，然后将糙率平均，得出各断面糙率平均值。反求的各断面糙率平均值在0.013~0.039之间，其中拉烈街断面反求的糙率最大。

（3）合理性分析

本次计算的比降与糙率，是通过实际测量的水面线及断面成果来推算的，认为合理。

根据上述得出的平均比降和平均糙率，结合3个断面的各频率流量及大断面成果，用试算法算出流量所对应的水位。

四、计算成果

本次计算，由三场调查的典型洪水推算得出的3个断面水位~流量成果见表5，成

序号	重要 断面	采用比降（‰）	采用糙率	2%洪水水位(m)	2%洪水流量(m3/s)	5%洪水水位(m)	5%洪水流量(m3/s)	10%洪水水位(m)	10%洪水流量(m3/s)	20%洪水水位(m)	20%洪水流量(m3/s)	50%洪水水位(m)	50%洪水流量(m3/s)
1	拉烈街	0.481	0.039	124.03	2791	122.91	2327	121.99	1965	120.90	1582	119.00	1058
2	琳琅村	0.0617	0.033	121.80	2867	120.69	2391	119.78	2018	118.70	1625	116.81	1087
3	百旺镇	0.0054	0.013	121.21	2998	119.70	2501	118.46	2111	117.00	1699	114.43	1137

果图见图3。

表5  各断面各频率水位~流量成果表

图3  各频率水面线成果图

（二）合理性分析

1、本次计算，坡降和糙率的选取是关键，计算人员分别选用了“1988.8”“1994.6”以及两场洪水平均的坡降和糙率进行计算，发现用平均坡降与平均糙率计算所得的水位~流量结果更接近马陇（三）水文站的实测成果。

2、在计算洪水频率过程中，充分考虑了历史调查值，认真复核历史洪水资料。认为资料可靠，计算方法正确，成果合理。

3、马陇（三）水文站实测最大洪峰流量资料系列总长度为52年（1959年～2010年），并加2年大洪水调查值，满足资料系列长度N≥30年的规范要求。

4、从上游至下游推算的各断面各频率的流量逐级增大，符合河流自上而下流量增加的常理。各断面各频率的水位~流量成果，水位越高，流量越大，符合流量随水位变化而增大的规律。

5、断面“百旺水文站”及“琳琅村”距离红水河河口均小于20km，受红水河河流顶托作用，水位会上升易发生洪涝灾害。由于经济的快速发展，在红水河上游已有3座大型电站，在红水河上游电站梯级调度作用下，都安县域内的红水河河段很难发生洪涝灾害，断面“百旺水文站”及“琳琅村”受红水河河流顶托作用影响可能性较小，故认为此次计算结果合理。

五、结语

随着经济社会的发展，人民生活水平的提高和人们旅游休闲出行活动的增多，沿江重要乡镇、人口密集的低洼地带、景区、重要旅游休闲区、山洪易发区的水情信息服务显得越来越重要，亟需在沿江以上地带开展洪水水面线调查、勘测绘制工作，在上述重要断面勘定警戒水位，与已建水文（位）站的水位等水文要素建立相关关系，建设洪水警示标识牌、水尺视频监测系统和LED显示系统，实现沿江重要断面洪水预警和信息实时展示，为沿江人民群众防洪减灾提供直接的水文信息服务。本文以刁江洪水水面线计算为例，展示中小河流河段设计水面线分析的主要工作环节和需注意的主要参数，分析成果为都安瑶族自治县九渡乡至百旺镇两岸防洪堤建设提供了依据，也为同样受中小河流暴涨暴落影响的城镇河段水面线分析工作提供一定的借鉴和参考。