宝鸡市司川河上王水位站预警水位探析

董文石，石牡丽，周 勇

(陕西省宝鸡水文水资源勘测局，陕西 宝鸡 721006)

1 概况

1.1 流域概况

司川河是金陵河右岸一级支流。河流发源于陈仓区县功镇杨家川牛头山南。干流长29.3 km，流域面积125.3 km2，河道平均比降21.8‰。司川河自西北流向东南，沿途纳入瓦场沟、赵家河等支流，于县功镇上河村附近与北川河汇合，其下称为金陵河。司川河流域内沟壑纵横，支离破碎，多呈梁峁状，起伏不平，水土流失较为严重。

1.2 水位站基本情况

司川河上王水位站于2012年建成，位于宝鸡市陈仓区县功镇强家庄九组，为金陵河右岸一级支流司川河干流控制站，控制集水面积105 km2，河道平均比降22.7‰。上王水位站基本断面距河口15.0 km。水位观测设施靠右岸布置，设有水位塔、基本水尺、上下比降水尺(间距是100 m)等。

上王水位站测验项目为水位和雨量，配备有雷达水位计、翻斗雨量计等。每年的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，担负着上王村、碧峰寺村及县功镇河西村的防汛任务。

2 测验河段断面概况

2.1 测验断面情况

测验河段处于司川河下游，河段顺直，距基本水尺断面上游约100 m处有跨河桥梁一座，河道左岸为自然岸坎，右岸建有混凝土浆砌石护岸工程，河道宽约45.0 m。河床由砂卵石组成，水位流量关系基本稳定，该站测验河段平面图影像资料见图1。

图1 上王水位站测验河段平面图及影像资料

2.2 水位站基础资料

（1）实测大断面断面图及成果见图2、表1。

图2 司川河上王水位站基本断面图

表1 上王水位站实测基本断面成果表

（2）断面水位流量关系

上王水位站测验河段顺直，顺直河长约400 m，受上游桥梁控制，主流变动小，水流平稳。采用明渠均匀流计算公式，根据实测的横断面资料，根据式（1）计算上王水位站断面的水位流量关系。

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

过水断面面积A根据实测断面资料计算；实测水面比降为19.8‰，根据洪水调查知比降为16.0‰，结合本断面实际情况选用比降为17.9‰；根据天然河流糙率表，第三类洪水期滩地漫流河流糙率范围0.025～0.035，因上王站测验河段有部分矮草，因此本次选用糙率0.027。计算上王水位站水位流量关系曲成果见表2，水位流量关系线见图3。

表2 上王水位站断面水位流量关系表

图3 司川河上王水位站水位流量关系曲线图

3 预警水位计算与分析

3.1 经验公式法推求不同频率设计洪水

上王水位站断面以上流域面积为105 km2，属于小流域，且为无完整实测水文资料地区，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，见式（2）：

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为设计频率为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。

根据上王站所在流域面积及比降得流域重心处H6P为40.7 mm，变差系数CV为0.53，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3。

表3 经验公式法不同频率的设计洪水流量

3.2 推理公式法推求不同频率设计洪水

根据《宝鸡市水文实用手册》对暴雨分区划分的规定，上王水位站断面位于秦岭北麓、西部山区暴雨区，用地区综合推理公式推求流域各设计频率洪水，结果见表4。

表4 上王水位站推理公式法不同频率洪峰流量成果表

3.3 瞬时单位线法推求不同频率的设计洪水

（1）瞬时单位线基本公式

瞬时单位线基本公式见式（3），瞬时单位线法汇流计算需要确定的参数为n和K，通常设m1=nk，m2=1/n。n、K参数统计及不同频率1小时时段单位线计算结果见表5、表6。

式中：u(o,t)为瞬时单位线的纵坐标；Γ(n)为n的伽马函数；n为相当于线性水库的个数或调节次数；k为水库型线性蓄泄方程的汇流历时。

表5 n、K参数统计表

表6 不同频率1小时时段单位线结果统计表

（2）洪水过程计算

根据计算得出的n和K值，用瞬时单位线基本公式可以直接计算出汇流曲线，也可以按照n和（t/k）查s(t)曲线表，得到累计汇流曲线s(t)，用累计汇流曲线s(t)错时段相减，则可得出时段单位线。

用瞬时单位线法推求的设计断面不同频率设计洪峰流量成果见表7。

表7 上王水位站瞬时单位线法不同频率洪峰流量成果表

3.4 设计流量成果分析

三种方法成果对照统计见表8。

表8 上王位站不同频率洪峰流量成果对比表

由表8可以看出，三种方法法计算值有一定的差别，经验公式法计算结果在推理公式和瞬时单位线计算结果之间，但是推理公式法适用的流域面积为150 km2～500 km2，对于在150 km2以内的流域面积计算成果仅供参考；瞬时单位线法适用流域面积大于500 km2的情况，对于小于500 km2的成果仅供参考。基于此，经验公式计算值更符合实际情况，因此选用经验公式法计算成果作为上王水位站控制断面处不同频率设计洪水成果。

结合上下游实际情况和测验断面情况，本次取5年一遇设计洪水流量111 m3/s，在水位流量关系线上查得相应水位值为805.70 m。

4 结论

（1）根据省水文局《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，按照防洪工程有关规定和标准的要求，河道预警水位要低于防洪堤顶高程，该河段2013年修建右岸河堤，河堤防洪标准为10年一遇，根据实测断面资料显示河道左岸最高点为806.76 m高于初步确定预警水位1.06 m，能够满足堤防工程有关技术设计标准的要求。

（2）根据《陕西省水情预警信号发布管理办法》附件洪水蓝色预警信号要求：①流量（水位）接近警戒流量（水位）；②洪水要素重现期接近2年～5年。因此我们按照重现期5年一遇洪峰流量来确定警戒水位符合洪水蓝色预警要求。

（3）上王站断面的水力因素根据设计流量反算推求采用曼宁公式进行计算。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。

（4）在结合当地实际地理环境及历史洪水等因素，经综合分析，最终采用水位805.70 m作为该站预警水位值,其相应流量111 m3/s,为5年一遇洪水流量。