郭星火，趙建波

（陜西省寶雞水文水資源勘測(cè)局，陜西 寶雞 721006）

1 測(cè)站概況

1.1 流域概況

杜水河是漆水河的上游段，屬渭河水系，是麟游縣境內(nèi)流域面積最大、流程最長(zhǎng)的河流，以與澄水河和御家河會(huì)流點(diǎn)為界，上游稱(chēng)杜水河，下游為漆水河，也通稱(chēng)為漆水河。河流發(fā)源于招賢鎮(zhèn)永豐村影里溝，海拔1450.71 m。

麟游水位站位于杜水河的下游，距麟游縣城2.0 km，控制流域面積338.4 km2。

1.2 測(cè)站概況

麟游水位站于2012 年建成，站號(hào)41106710，位于寶雞市麟游縣城關(guān)鎮(zhèn)。測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目包括水位、雨量。從6 月1 日至11 月1 日按照24 段24 次拍發(fā)水位報(bào)文和日、旬、月降雨量報(bào)文，麟游水位站是防汛專(zhuān)用站，擔(dān)負(fù)著杜水河流域麟游縣城段以及下游沿河村組的防汛任務(wù)。

1.3 測(cè)驗(yàn)河段

測(cè)驗(yàn)河段順直，左右岸均為漿砌石城防河堤，河道寬46.5 m，河床主要由沙卵石組成。

1.4 水利工程

麟游水文站基本斷面上下河段均為城防河段，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇洪水。

2 基本資料

2.1 麟游水位站實(shí)測(cè)大斷面成果

麟游水位站基本斷面成果采用2018 年5 月實(shí)測(cè)值。實(shí)測(cè)大斷面圖見(jiàn)圖1。

圖1 麟游水位站實(shí)測(cè)基本斷面圖

2.2 麟游水位站水位流量曲線(xiàn)的率定

麟游水位站水位流量關(guān)系曲線(xiàn)，主要根據(jù)實(shí)測(cè)大斷面、比降資料，河床組成情況，確定的河槽糙率，采用曼寧公式進(jìn)行計(jì)算。曼寧計(jì)算公式為：

式中：Q 為過(guò)水?dāng)嗝媪髁浚琺3/s；A 為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；R 為水力半徑，m；I 為洪水水面比降，‰；n 為河床糙率。

計(jì)算水位—流量關(guān)系曲線(xiàn)，實(shí)測(cè)比降4.5‰、糙率選用0.030，斷面資料采用實(shí)測(cè)大斷面，計(jì)算的麟游水位站水位流量關(guān)系曲線(xiàn)成果見(jiàn)圖2。

圖2 麟游水位站水位流量關(guān)系曲圖

3 不同頻率設(shè)計(jì)洪水推求

本斷面設(shè)計(jì)洪水采用經(jīng)驗(yàn)公式、推理公式法和水文比擬法推求并綜合確定麟游水位站預(yù)警水位值。

3.1 經(jīng)驗(yàn)公式法

由于麟游水位站斷面以上控制面積為338.4 km2，屬于小流域，且為無(wú)完整的實(shí)測(cè)水文資料地區(qū)，所以設(shè)計(jì)洪水可以依據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》推薦的經(jīng)驗(yàn)公式推求，即采用渭河以北地區(qū)分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式推求，經(jīng)驗(yàn)公式如下：

式中：QP為涉及頻率P 的洪峰流量，m3/s；F 為設(shè)計(jì)流域面積，km2；J 為主河道平均比降，‰；H6P為涉計(jì)頻率為6 小時(shí)的暴雨量，mm。

首先在地形圖上量算出流域面積和主河道平均比降，從年最大6 小時(shí)暴雨均值H 和變差系數(shù)Cv6等值線(xiàn)圖中，查出流域重心的H6和Cv6；根據(jù)CS=3.5Cv和某一設(shè)計(jì)頻率，由皮爾遜Ⅲ型曲線(xiàn)表查得Kp；用H6P=Kp·H6代入分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式求得QP。

麟游河天堂水位站以上流域面積338.4 km2，河道平均比降15.7‰，查圖得流域重心處H6P為40 mm，變差系數(shù)Cv和為0.57，由Cv查得不同頻率的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)K 值和推求的不同頻率的設(shè)計(jì)洪水流量見(jiàn)表1。

表1 麟游水位站不同頻率設(shè)計(jì)洪水流量計(jì)算表

3.2 推理公式法

根據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》對(duì)暴雨分區(qū)劃分的規(guī)定，天堂水位站斷面位于渭河以北暴雨區(qū)，所用推理公式推求流域各設(shè)計(jì)頻率洪水，應(yīng)參照《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》渭河以北區(qū)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行推算。

3.2.1 設(shè)計(jì)暴雨面雨量計(jì)算

1）設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)

設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)，可按流域面積大小分為兩級(jí)選擇，當(dāng)流域面積＜100 km2時(shí)，設(shè)計(jì)歷時(shí)采用6 h；當(dāng)流域面積≥100 km2時(shí)，設(shè)計(jì)歷時(shí)采用24 h。天堂河天堂水位站以上流域面積244 km2＞100 km2，設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)采用24 h。

2）設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨

根據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》分別查出重現(xiàn)期為10 年、20 年、30 年、50 年、100 年一遇 5 種設(shè)計(jì)警戒斷面 1 h、3 h、6 h、24 h 點(diǎn)雨量均值Ht和變差系數(shù)CV，取CS=3.5CV，從P－Ⅲ型曲線(xiàn)模比系數(shù)表上查得不同頻率相應(yīng)的KP值，按公式Htp=KPHt，計(jì)算出各頻率不同歷時(shí)的點(diǎn)暴雨值HtP；按照公式H12=(H6-H24)^0.5計(jì)算12 h 點(diǎn)雨量均值。

3）設(shè)計(jì)面暴雨

根據(jù)設(shè)計(jì)流域面積和相應(yīng)的暴雨分區(qū)，由《寶雞實(shí)用水文手冊(cè)》查得各歷時(shí)點(diǎn)面系數(shù)的擬合參數(shù)at、bt，根據(jù)公式計(jì)算出各歷時(shí)的暴雨點(diǎn)面折算系數(shù)。at、bt擬合曲線(xiàn)參數(shù)與指數(shù)見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)暴雨分區(qū)點(diǎn)面系數(shù)at、指數(shù)bt 成果表

點(diǎn)面系數(shù)βt的計(jì)算公式為：

式中：at、bt為參數(shù)；F 為流域面積，km2。

設(shè)計(jì)面暴雨計(jì)算公式：

式中：HtF為某歷時(shí)t 的設(shè)計(jì)面暴雨量，mm；Ht為某歷時(shí)t 的設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨量，mm。

3.2.2 設(shè)計(jì)面暴雨量的時(shí)程分配

根據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》規(guī)定，設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配依據(jù)流域面積大小，選用不同歷時(shí)的暴雨雨型。對(duì)于流域面積并按百分?jǐn)?shù)固定分配，計(jì)算時(shí)按面積分析選用。當(dāng)流域面積＞300 km2時(shí)，采用24 小時(shí)暴雨時(shí)程分配；當(dāng)流域面積≤300 km2時(shí)，采用12 小時(shí)暴雨時(shí)程分配。各歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型見(jiàn)表3。

表3 12 小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配雨型表

3.2.3 產(chǎn)流過(guò)程計(jì)算

根據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》渭河以北地區(qū)，以超滲產(chǎn)流為主，采用入滲率與土壤含水量的關(guān)系式分析計(jì)算，前期土壤含水量的取值按1/2～2/3 的流域最大蓄水量Im 之間，天堂水位站Pa=Im/2=50.0 mm。

當(dāng)S≤78 mm：

當(dāng)S＞78 mm：

式中：S 為土壤含水量，mm；f 為土壤入滲率，mm/h。

同頻率時(shí)段累計(jì)凈雨計(jì)算成果見(jiàn)表4。

表4 不同頻率時(shí)段累計(jì)凈雨計(jì)算成果表

3.2.4 匯流計(jì)算

依據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》推薦公式：

式中：t、τ 為分別為凈雨歷時(shí)和匯流歷時(shí)，h；hτ為凈雨歷時(shí)為 t的凈雨強(qiáng)度，mm/h，即將時(shí)段凈雨按由大到小依次累計(jì)，再除以相應(yīng)的歷時(shí)t；m 為匯流參數(shù)。

將Qm-τ 及Qm-t 兩曲線(xiàn)繪于同一坐標(biāo)系中，兩曲線(xiàn)交點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)數(shù)值即為所求的洪峰流量和匯流歷時(shí)，即為所求的設(shè)計(jì)洪峰流量Q 和匯流歷時(shí)τ 值。結(jié)果見(jiàn)圖3、表5。

圖3 麟游水位站控制斷面不同頻率的洪峰流量試算曲線(xiàn)圖

表5 麟游水位站不同頻率洪峰流量成果表

3.3 面積比擬法

本次面積比擬法參考設(shè)計(jì)流域內(nèi)或產(chǎn)匯流條件較為相似的同一水文分區(qū)流域內(nèi)漆水河安頭水文站實(shí)測(cè)洪峰流量頻率計(jì)算成果資料，該站控制流域面積1007 km2不同頻率洪峰流量值，杜水河麟游水位站流域控制面積338.4 km2，依據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》面積比擬法規(guī)定，面積雖超出規(guī)定，考慮到安頭水文站與麟游水位站同屬一個(gè)暴雨分區(qū)流域特性及產(chǎn)匯流條件較為相似，安頭站資料具有區(qū)域代表性，因此將安頭水文站作為參證站，采用面積比擬法推求麟游水位站不同頻率的洪峰流量見(jiàn)表6。

表6 麟游水位站面積比擬法不同頻率洪峰流量成果表

3.4 設(shè)計(jì)流量成果選用

本次采用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法、推理公式法推求的不同頻率洪水流量對(duì)照統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表7。

表7 不同頻率洪水流量對(duì)照統(tǒng)計(jì)表

從表中可以看出，面積比擬法由于參考站流域面積較大，且大于設(shè)計(jì)站流域面積的20%，即超出了面積比擬法公式的適用范圍，計(jì)算值僅作為參考；經(jīng)驗(yàn)公式法與推理公式法計(jì)算值有一定的差別，但是推理公式法是推求小流域設(shè)計(jì)洪水最常用方法，具有一定的理論依據(jù)，因此選用推理公式法計(jì)算成果作為麟游水位站控制斷面處不同頻率設(shè)計(jì)洪水成果。

4 預(yù)警水位確定

4.1 初步確定預(yù)警水位

依據(jù)省水文局《陜西省新建水文、水位站防汛指標(biāo)確定編制大綱》第3.2.3 條，結(jié)合麟游站上下游實(shí)際情況和測(cè)驗(yàn)斷面情況，按照重現(xiàn)期5 年一遇洪峰流量來(lái)確定警戒流量。依據(jù)預(yù)警流量確定預(yù)警水位，即麟游水位站5 年一遇洪水流量為200 m3/s，在該站率定的水位流量關(guān)系線(xiàn)上查得該流量的水位為1010.60 m，即麟游水位站預(yù)警水位初步確定為1010.60 m。當(dāng)洪水水位達(dá)到1010.60 m 時(shí)，不會(huì)對(duì)下游防護(hù)對(duì)象安全行洪造成威脅，能夠確保沿河群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。麟游水位站實(shí)測(cè)大斷面、預(yù)警水位示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 麟游水位站實(shí)測(cè)大斷面、預(yù)警水位示意圖

4.2 合理性分析

1）由麟游水位站實(shí)測(cè)大斷面圖可知，該斷面右岸河堤高程1091.30 m，高于初步確定的預(yù)警水位值4.5 m，能夠滿(mǎn)足堤防工程有關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，據(jù)麟游縣防汛辦提供，該站測(cè)驗(yàn)河段堤防及上、下游橋梁工程設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)均超過(guò)20 年一遇設(shè)計(jì)洪水，所以初步確定的天堂水位站預(yù)警水位合理。其對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 堤防工程高程與預(yù)警水位對(duì)比分析表

由表8 可知，麟游水位站控制斷面右岸護(hù)坡堤頂高程高于本次初步確定的預(yù)警水位值2.27 m，且斷面左岸高于右岸，河道左、右岸是安全的，在出現(xiàn)了1010.60 m 洪水水位后，對(duì)右岸及下游區(qū)域及橋梁能夠起到警示和防汛預(yù)警的作用。

2）麟游水位站斷面水力因素計(jì)算采用曼寧公式根據(jù)設(shè)計(jì)流量反算推求。現(xiàn)場(chǎng)查勘可知，該河段順直，河床比降變化均勻，沿程寬度變化較小，符合恒定均勻流的假定，因而采用曼寧公式進(jìn)行分析計(jì)算是合理的。本次計(jì)算中洪水比降依據(jù)實(shí)測(cè)的枯水比降。計(jì)算參數(shù)值取用比較合理，斷面的水力因素推算值也是合理的。該站水位流量關(guān)系曲線(xiàn)計(jì)算過(guò)程是合理的。

3）在隨后成果確定過(guò)程中與麟游縣防汛辦溝通，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際地理環(huán)境及歷史洪水等因素，綜合確定該站設(shè)計(jì)預(yù)警水位1010.60 m，是符合實(shí)際工作需要的。

綜上，本次計(jì)算思路正確，方法合理，基礎(chǔ)資料選用詳實(shí)，成果可以采用。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

經(jīng)計(jì)算，確定麟游水位站預(yù)警水位為1010.60 m。計(jì)算思路正確，方法合理，基礎(chǔ)資料詳實(shí)，成果可靠。

5.2 建議

1）自動(dòng)水位水位流量關(guān)系主要根據(jù)外業(yè)測(cè)量成果數(shù)據(jù)，采用了經(jīng)驗(yàn)公式、推理公式和面積比擬法對(duì)設(shè)計(jì)洪水分別進(jìn)行了計(jì)算，三種計(jì)算方法均存在一定的誤差，建議在今后的山洪災(zāi)害防治工作中，每隔2 年～3 年或者大水過(guò)后要對(duì)水位流量關(guān)系曲線(xiàn)進(jìn)行修定。

2）建議加強(qiáng)資料的積累，特別是小流域植被、河道比降、洪水資料，對(duì)山洪災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)工作具有有力的促進(jìn)作用。