麟游县麟游水位站预警水位确定方法探讨

郭星火，赵建波

（陕西省宝鸡水文水资源勘测局，陕西 宝鸡 721006）

1 测站概况

1.1 流域概况

杜水河是漆水河的上游段，属渭河水系，是麟游县境内流域面积最大、流程最长的河流，以与澄水河和御家河会流点为界，上游称杜水河，下游为漆水河，也通称为漆水河。河流发源于招贤镇永丰村影里沟，海拔1450.71 m。

麟游水位站位于杜水河的下游，距麟游县城2.0 km，控制流域面积338.4 km2。

1.2 测站概况

麟游水位站于2012 年建成，站号41106710，位于宝鸡市麟游县城关镇。测验项目包括水位、雨量。从6 月1 日至11 月1 日按照24 段24 次拍发水位报文和日、旬、月降雨量报文，麟游水位站是防汛专用站，担负着杜水河流域麟游县城段以及下游沿河村组的防汛任务。

1.3 测验河段

测验河段顺直，左右岸均为浆砌石城防河堤，河道宽46.5 m，河床主要由沙卵石组成。

1.4 水利工程

麟游水文站基本断面上下河段均为城防河段，设计防洪标准为20 年一遇洪水。

2 基本资料

2.1 麟游水位站实测大断面成果

麟游水位站基本断面成果采用2018 年5 月实测值。实测大断面图见图1。

图1 麟游水位站实测基本断面图

2.2 麟游水位站水位流量曲线的率定

麟游水位站水位流量关系曲线，主要根据实测大断面、比降资料，河床组成情况，确定的河槽糙率，采用曼宁公式进行计算。曼宁计算公式为：

式中：Q 为过水断面流量，m3/s；A 为过水断面面积，m2；R 为水力半径，m；I 为洪水水面比降，‰；n 为河床糙率。

计算水位—流量关系曲线，实测比降4.5‰、糙率选用0.030，断面资料采用实测大断面，计算的麟游水位站水位流量关系曲线成果见图2。

图2 麟游水位站水位流量关系曲图

3 不同频率设计洪水推求

本断面设计洪水采用经验公式、推理公式法和水文比拟法推求并综合确定麟游水位站预警水位值。

3.1 经验公式法

由于麟游水位站断面以上控制面积为338.4 km2，属于小流域，且为无完整的实测水文资料地区，所以设计洪水可以依据《宝鸡市水文实用手册》推荐的经验公式推求，即采用渭河以北地区分区经验公式推求，经验公式如下：

式中：QP为涉及频率P 的洪峰流量，m3/s；F 为设计流域面积，km2；J 为主河道平均比降，‰；H6P为涉计频率为6 小时的暴雨量，mm。

首先在地形图上量算出流域面积和主河道平均比降，从年最大6 小时暴雨均值H 和变差系数Cv6等值线图中，查出流域重心的H6和Cv6；根据CS=3.5Cv和某一设计频率，由皮尔逊Ⅲ型曲线表查得Kp；用H6P=Kp·H6代入分区经验公式求得QP。

麟游河天堂水位站以上流域面积338.4 km2，河道平均比降15.7‰，查图得流域重心处H6P为40 mm，变差系数Cv和为0.57，由Cv查得不同频率的经验参数K 值和推求的不同频率的设计洪水流量见表1。

表1 麟游水位站不同频率设计洪水流量计算表

3.2 推理公式法

根据《宝鸡市水文实用手册》对暴雨分区划分的规定，天堂水位站断面位于渭河以北暴雨区，所用推理公式推求流域各设计频率洪水，应参照《宝鸡市水文实用手册》渭河以北区相应的参数进行推算。

3.2.1 设计暴雨面雨量计算

1）设计暴雨历时

设计暴雨历时，可按流域面积大小分为两级选择，当流域面积＜100 km2时，设计历时采用6 h；当流域面积≥100 km2时，设计历时采用24 h。天堂河天堂水位站以上流域面积244 km2＞100 km2，设计暴雨历时采用24 h。

2）设计点暴雨

根据《宝鸡市水文实用手册》分别查出重现期为10 年、20 年、30 年、50 年、100 年一遇 5 种设计警戒断面 1 h、3 h、6 h、24 h 点雨量均值Ht和变差系数CV，取CS=3.5CV，从P－Ⅲ型曲线模比系数表上查得不同频率相应的KP值，按公式Htp=KPHt，计算出各频率不同历时的点暴雨值HtP；按照公式H12=(H6-H24)^0.5计算12 h 点雨量均值。

3）设计面暴雨

根据设计流域面积和相应的暴雨分区，由《宝鸡实用水文手册》查得各历时点面系数的拟合参数at、bt，根据公式计算出各历时的暴雨点面折算系数。at、bt拟合曲线参数与指数见表2。

表2 设计暴雨分区点面系数at、指数bt 成果表

点面系数βt的计算公式为：

式中：at、bt为参数；F 为流域面积，km2。

设计面暴雨计算公式：

式中：HtF为某历时t 的设计面暴雨量，mm；Ht为某历时t 的设计点暴雨量，mm。

3.2.2 设计面暴雨量的时程分配

根据《宝鸡市水文实用手册》规定，设计暴雨时程分配依据流域面积大小，选用不同历时的暴雨雨型。对于流域面积并按百分数固定分配，计算时按面积分析选用。当流域面积＞300 km2时，采用24 小时暴雨时程分配；当流域面积≤300 km2时，采用12 小时暴雨时程分配。各历时设计暴雨雨型见表3。

表3 12 小时设计暴雨时程分配雨型表

3.2.3 产流过程计算

根据《宝鸡市水文实用手册》渭河以北地区，以超渗产流为主，采用入渗率与土壤含水量的关系式分析计算，前期土壤含水量的取值按1/2～2/3 的流域最大蓄水量Im 之间，天堂水位站Pa=Im/2=50.0 mm。

当S≤78 mm：

当S＞78 mm：

式中：S 为土壤含水量，mm；f 为土壤入渗率，mm/h。

同频率时段累计净雨计算成果见表4。

表4 不同频率时段累计净雨计算成果表

3.2.4 汇流计算

依据《宝鸡市水文实用手册》推荐公式：

式中：t、τ 为分别为净雨历时和汇流历时，h；hτ为净雨历时为 t的净雨强度，mm/h，即将时段净雨按由大到小依次累计，再除以相应的历时t；m 为汇流参数。

将Qm-τ 及Qm-t 两曲线绘于同一坐标系中，两曲线交点的纵横坐标数值即为所求的洪峰流量和汇流历时，即为所求的设计洪峰流量Q 和汇流历时τ 值。结果见图3、表5。

图3 麟游水位站控制断面不同频率的洪峰流量试算曲线图

表5 麟游水位站不同频率洪峰流量成果表

3.3 面积比拟法

本次面积比拟法参考设计流域内或产汇流条件较为相似的同一水文分区流域内漆水河安头水文站实测洪峰流量频率计算成果资料，该站控制流域面积1007 km2不同频率洪峰流量值，杜水河麟游水位站流域控制面积338.4 km2，依据《宝鸡市水文实用手册》面积比拟法规定，面积虽超出规定，考虑到安头水文站与麟游水位站同属一个暴雨分区流域特性及产汇流条件较为相似，安头站资料具有区域代表性，因此将安头水文站作为参证站，采用面积比拟法推求麟游水位站不同频率的洪峰流量见表6。

表6 麟游水位站面积比拟法不同频率洪峰流量成果表

3.4 设计流量成果选用

本次采用地区经验公式法、推理公式法推求的不同频率洪水流量对照统计见表7。

表7 不同频率洪水流量对照统计表

从表中可以看出，面积比拟法由于参考站流域面积较大，且大于设计站流域面积的20%，即超出了面积比拟法公式的适用范围，计算值仅作为参考；经验公式法与推理公式法计算值有一定的差别，但是推理公式法是推求小流域设计洪水最常用方法，具有一定的理论依据，因此选用推理公式法计算成果作为麟游水位站控制断面处不同频率设计洪水成果。

4 预警水位确定

4.1 初步确定预警水位

依据省水文局《陕西省新建水文、水位站防汛指标确定编制大纲》第3.2.3 条，结合麟游站上下游实际情况和测验断面情况，按照重现期5 年一遇洪峰流量来确定警戒流量。依据预警流量确定预警水位，即麟游水位站5 年一遇洪水流量为200 m3/s，在该站率定的水位流量关系线上查得该流量的水位为1010.60 m，即麟游水位站预警水位初步确定为1010.60 m。当洪水水位达到1010.60 m 时，不会对下游防护对象安全行洪造成威胁，能够确保沿河群众生命财产安全。麟游水位站实测大断面、预警水位示意图见图4。

图4 麟游水位站实测大断面、预警水位示意图

4.2 合理性分析

1）由麟游水位站实测大断面图可知，该断面右岸河堤高程1091.30 m，高于初步确定的预警水位值4.5 m，能够满足堤防工程有关技术设计标准的要求，据麟游县防汛办提供，该站测验河段堤防及上、下游桥梁工程设防标准均超过20 年一遇设计洪水，所以初步确定的天堂水位站预警水位合理。其对比分析结果见表8。

表8 堤防工程高程与预警水位对比分析表

由表8 可知，麟游水位站控制断面右岸护坡堤顶高程高于本次初步确定的预警水位值2.27 m，且断面左岸高于右岸，河道左、右岸是安全的，在出现了1010.60 m 洪水水位后，对右岸及下游区域及桥梁能够起到警示和防汛预警的作用。

2）麟游水位站断面水力因素计算采用曼宁公式根据设计流量反算推求。现场查勘可知，该河段顺直，河床比降变化均匀，沿程宽度变化较小，符合恒定均匀流的假定，因而采用曼宁公式进行分析计算是合理的。本次计算中洪水比降依据实测的枯水比降。计算参数值取用比较合理，断面的水力因素推算值也是合理的。该站水位流量关系曲线计算过程是合理的。

3）在随后成果确定过程中与麟游县防汛办沟通，结合当地实际地理环境及历史洪水等因素，综合确定该站设计预警水位1010.60 m，是符合实际工作需要的。

综上，本次计算思路正确，方法合理，基础资料选用详实，成果可以采用。

5 结论与建议

5.1 结论

经计算，确定麟游水位站预警水位为1010.60 m。计算思路正确，方法合理，基础资料详实，成果可靠。

5.2 建议

1）自动水位水位流量关系主要根据外业测量成果数据，采用了经验公式、推理公式和面积比拟法对设计洪水分别进行了计算，三种计算方法均存在一定的误差，建议在今后的山洪灾害防治工作中，每隔2 年～3 年或者大水过后要对水位流量关系曲线进行修定。

2）建议加强资料的积累，特别是小流域植被、河道比降、洪水资料，对山洪灾害预警预报工作具有有力的促进作用。