渭河支流韋水河鳳翔水位站預(yù)警水位指標(biāo)分析

史穎娟，富康平

（1.陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710018；2.咸陽水文水資源勘測中心,陜西 咸陽 712000）

1 流域概況

1.1 河流概況

韋水河古稱沮水,是渭河左岸二級支流、漆水河右岸一級支流,其在鳳翔縣境內(nèi)稱雍水河,又稱后河,在扶風(fēng)縣境內(nèi)稱韋水,在武功縣境內(nèi)稱小北河。韋水河發(fā)源于鳳翔縣西北千山余脈老爺嶺南麓,海拔1530 m,干流河長151.9 km,平均比降9.3‰。其中在寶雞市境內(nèi)干流長131.8 km,在武功縣毛咀子村注入漆水河。

韋水河流域地處大陸季風(fēng)氣候帶,為半干旱濕潤型氣候區(qū),四季冷暖分明。流域多年平均降水量617.5 mm～597.3 mm之間,流域多年平均徑流量1.19 億m3,平均徑流深41.9 mm,河流平均流量3.44 m3/s。

1.2 測站概況

鳳翔水位站于2012 年建成,位于寶雞市鳳翔縣城關(guān)鎮(zhèn),是韋水河（上游稱雍水河）干流控制站,斷面以上控制河長20 km,控制集水面積79.0 km2。鳳翔水位站測驗(yàn)河段順直,左岸建有漿砌石河堤,右岸為自然河堤,河床由砂卵石組成。水位站基本斷面右岸設(shè)立雷達(dá)水位塔、在上中下斷面設(shè)立水尺、斷面標(biāo)志牌,修建下河觀測道路、設(shè)立水準(zhǔn)點(diǎn)、防雷設(shè)施,配備雷達(dá)水位計(jì)、翻斗雨量計(jì)。測驗(yàn)項(xiàng)目包括水位、雨量,擔(dān)負(fù)著鳳翔縣城、雍城湖水利旅游風(fēng)景區(qū)及下游沿河各村鎮(zhèn)的防汛任務(wù)。鳳翔水位站水準(zhǔn)點(diǎn)高程采用黃海85 基準(zhǔn)。

1.3 上下游水利工程及下游防護(hù)對象

從20 世紀(jì)60 年代初開始,鳳翔、岐山、扶風(fēng)三縣大興水利建設(shè),先后在韋水河干支流修建多處蓄水工程。有中型水庫2 座（東風(fēng)、白荻溝,?。↖）型水庫20 座（其中有6 座是馮家山水庫灌區(qū)渠庫結(jié)合工程）,22 座水庫的總庫容8163.3 萬m3,有效庫容4783.8 萬m3。其中東風(fēng)水庫主壩高25.6 m,長354 m,副壩高8.6 m, 長500 m, 總庫容1350 萬m3, 設(shè)施灌溉面積6.86 萬畝。

2 預(yù)警水位確定

2.1 基本資料收集整理

2.1.1 鳳翔水位站實(shí)測大斷面成果

鳳翔水位站基本斷面成果采用最新實(shí)測值。實(shí)測基本斷面成果見表1,實(shí)測大斷面圖見圖1。

圖1 鳳翔水位站基本斷面圖

表1 鳳翔水位站基本斷面成果表 單位：m

2.1.2 率定水位流量曲線

鳳翔水位站水位流量關(guān)系曲線,采用曼寧公式進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算公式為：

根據(jù)公式選用各參數(shù),實(shí)測比降0.011‰,糙率選用0.045,斷面資料采用最新實(shí)測大斷面,計(jì)算成果見表2、圖2。

圖2 鳳翔水位站水位流量關(guān)系曲線圖

表2 鳳翔水位～流量關(guān)系曲線成果表

2.2 推求不同頻率的設(shè)計(jì)洪水

鳳翔水位站斷面設(shè)計(jì)洪水分別采用經(jīng)驗(yàn)公式、推理公式方法推求,并綜合確定。

2.2.1 經(jīng)驗(yàn)公式法

鳳翔水位站斷面以上區(qū)域?qū)儆谛×饔?無完整實(shí)測水文資料,設(shè)計(jì)洪水依據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊》經(jīng)驗(yàn)公式推求,即：

鳳翔水位站控制流域面積79.0 km2,河道平均比降9.3‰,H6P為41.7 mm,變差系數(shù)Cv為0.54,不同頻率設(shè)計(jì)洪水流量結(jié)果見表3。

表3 鳳翔水位站不同頻率設(shè)計(jì)洪水流量計(jì)算成果表

2.2.2 推理公式法

（1）計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨面雨量

①暴雨歷時(shí)

韋水河鳳翔水位站以上流域面積小于100 km2,按流域面積范圍,該站采用6 小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)。

②點(diǎn)暴雨

經(jīng)查《寶雞市水文實(shí)用手冊》,得到不同重現(xiàn)期設(shè)計(jì)頻率,按照不同時(shí)段點(diǎn)雨量均值和變差系數(shù),在P-Ⅲ型曲線模比系數(shù)表中查到不同頻率對應(yīng)的KP值（取Cs=3.5Cv,）,按公式求出各頻率不同歷時(shí)點(diǎn)暴雨值HtP。

③設(shè)計(jì)面暴雨

查得參數(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)結(jié)果見表4。

表4 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 設(shè)計(jì)面暴雨量,mm；Ht為某歷時(shí)t 設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨量,mm。

（2）設(shè)計(jì)面暴雨量時(shí)程分配

所選斷面控制流域面積小于300 km2,故采用12 小時(shí)暴雨時(shí)程分配計(jì)算。每小時(shí)歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨雨型見表5。

表5 12 小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配雨型計(jì)算成果

表6 鳳翔水位站不同頻率時(shí)段凈雨累計(jì)過程計(jì)算成果表單位：mm

表7 鳳翔水位站各頻率洪峰流量成果表

（3）計(jì)算產(chǎn)流過程

鳳翔水位站前期土壤含水量值取Pa=Im/2=50.0 mm。

當(dāng)S 小于等于78 mm 時(shí), f 值采用685.8 S-1.08；

當(dāng)S 大于78 mm 時(shí), f 值采用6.18。

式中：S 為土壤含水量,mm；f 為土壤入滲率,mm/h。

（4）計(jì)算匯流過程

①Q(mào)m～τ曲線

根據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊》公式：

式中：t、τ分別為凈雨歷時(shí)和匯流歷時(shí),h；Hτ為凈雨歷時(shí)t的凈雨強(qiáng)度,mm/h；m 為匯流參數(shù),公式：m=1.34θ0.587·hR-0.541。

確定Qm和參數(shù)m、L、J 后,經(jīng)公式計(jì)算得韋水河洪水匯流歷時(shí)τ值,并得出韋水河洪水洪峰流量與匯流歷時(shí)（Qm～τ）曲線。

②Qm～t 曲線

圖3 不同頻率的洪峰流量試算曲線圖

2.3 成果選用

鳳翔水文站不同頻率洪水流量成果采用區(qū)域經(jīng)驗(yàn)和推理公式法推求得出,具體見表8。

表8 鳳翔水文站經(jīng)驗(yàn)公式、推理公式法推求洪水流量統(tǒng)計(jì)表

從表中可以看出,經(jīng)驗(yàn)公式法與推理公式法計(jì)算值基本接近。分析：推理公式法適用于流域面積在150 km2～500 km2,對于150 km2以下計(jì)算成果僅供參考。因此,選用經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算成果作為鳳翔水位站設(shè)計(jì)洪水結(jié)果。

2.4 初步確定預(yù)警水位

《陜西省水情預(yù)警信號發(fā)布管理辦法》中對洪水藍(lán)色預(yù)警信號的要求：①實(shí)時(shí)流量（水位）接近警戒流量（水位）；②洪水重現(xiàn)期接近5 年一遇,即按照重現(xiàn)期5 年一遇洪峰流量來確定警戒水位。

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算成果,鳳翔水位站5 年一遇洪水流量為84.9 m3/s,對應(yīng)設(shè)計(jì)水位為800.80 m,即鳳翔水位站警戒水位初步確定為800.80 m。

2.5 合理性檢查和綜合確定

鳳翔水位站斷面河堤高程為802.95 m,該數(shù)據(jù)高于初步確定的預(yù)警水位2.15 m。根據(jù)防洪工程相關(guān)規(guī)定要求,預(yù)警水位應(yīng)低于堤頂高程,且當(dāng)洪水水位達(dá)到800.80 m 時(shí),不會產(chǎn)生溢流漫灘現(xiàn)象,能夠確保沿河群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。結(jié)合測驗(yàn)河段及下游堤防工程現(xiàn)狀,綜合確定,鳳翔水位站采用800.70 m 作為預(yù)警水位合理適用,相應(yīng)流量為50 m3/s,低于5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論與建議

本次鳳翔水文站預(yù)警指標(biāo)的分析工作,是在前期對流域基礎(chǔ)資料收集的基礎(chǔ)上,經(jīng)實(shí)地踏勘和測量河段斷面、比降等方式,采取多種方法計(jì)算分析,并綜合考慮歷史洪水實(shí)際,科學(xué)合理地確定鳳翔水位站預(yù)警水位值為800.70 m。

當(dāng)河道出現(xiàn)預(yù)警水位或超過預(yù)警水位值的洪水過程后,相關(guān)部門應(yīng)立即組織技術(shù)人員實(shí)測水位站基本斷面洪水痕跡、過水面積以及洪水比降等數(shù)據(jù),推求洪水流量,及時(shí)校核水位流量關(guān)系曲線,充分發(fā)揮預(yù)警水位的作用,確保下游沿河群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

近些年,隨著下墊面變化及人類活動、水利工程建設(shè)等情況的綜合影響,韋水河匯流參數(shù)、河道沖淤可能與本次計(jì)算存在一定偏差,洪水頻率計(jì)算、預(yù)警水位也會隨著之產(chǎn)生變化,今后仍需根據(jù)流域發(fā)展情況,動態(tài)監(jiān)管預(yù)警指標(biāo),進(jìn)一步深入研究韋水河產(chǎn)匯流規(guī)律演變,及時(shí)修正預(yù)警指標(biāo)。