自動水位站水位流量關系曲線確定分析

【摘要】隨著山洪災害非工程措施項目建設任務的落實，可以根據自動水位監測到的水位數據，通過事先確定的水位流量關系推求相應水位所對應的流量，進而準確的推求洪峰水位對應的洪峰流量，為各級防汛指揮部門指揮決策提供準確可靠地基礎數據，并可靠地為防汛減災服務。本文（以永安河為例進行分析）通過對麟游縣山洪災害防治非工程措施建設項所建設的自動水位站水準點、縱橫斷面測量，經過水文分析計算，最終確定該站水位流量關系曲線。

【關鍵詞】自動水位站；流量；分析

1、項目概況

1.1 項目區域基本情況

1.1.1 自然地理

麟游縣位于陜西省寶雞市東北部，渭河支流漆水河上游，地處東經107°19′—108°2′，北緯34°33′—34°58′，東臨咸陽永壽、乾縣，西接千陽，南與扶風、岐山、鳳翔毗鄰，北與彬縣及甘肅靈臺縣接壤，全縣版域面積1740平方公里。屬渭北旱塬丘陵溝壑區，全縣平均海拔1271 米 ，最高1664 米 ，最低740 米 。以頁嶺為界地勢西北高、東南低，東西長 65.28 公里 ，南北寬 46.35 公里 。境內溝壑縱橫、坡緩川狹、少有臺塬。分為低中山、黃土丘陵、黃土殘塬、河谷川道四種地貌單元。

1.1.2 水文氣象

麟游縣屬溫帶半濕潤—濕潤季風氣候區，氣候的特點是熱量不足，春旱、夏涼、秋澇、冬寒，且春夏季節不明顯，日照分布不均，全年日照時數2200小時左右，無霜期為180天，平均氣溫9.1℃。東部塬區光照充足，年平均氣溫為9～10℃，北部年平均氣溫為8.1℃。年平均降水量為680毫米，多集中在7、8、9三個月，占年降水量的50%以上。影響全縣的農業氣象災害有干旱、連陰雨、冰雹、霜凍、大風等。

1.1.3 土地資源

全縣土地總面積256萬畝，其中：林業用地133.5萬畝，在林業用地中，有林地面積，1989年44.5萬畝，人均有林地5.7畝，森林覆蓋率為17.4%，宜林荒山荒坡57.52萬畝，退耕還林之地，隨退隨栽。1983年在全縣開展了以穩定山林權屬，劃定自留山，確定林業生產責任制為內容的“三定”工作，給村民戶劃自留山8.8萬畝，劃包責任山34萬畝。

1.2 工作范圍、規模和任務

1.2.1 工作范圍

本項目工作任務是對該縣境內小流域山洪災害防治非工程措施建設的自動水位站基本水準點、縱橫斷面測量，并通過一系列水文分析計算最終確定該站水位流量關系曲線。

1.2.2 任務及規模

主要利用GPS衛星測量系統，通過已知的土地測量控制點，采用靜態測量方法，測定該站基本水準點坐標及高程，測量該站縱橫斷面，并根據外業測量數據成果，進行水文分析計算，確定該站水位流量關系曲線圖。

1.3 外業測量

在麟游縣山洪災害防治非工程措施建設的自動水位站布設控制斷面附近，埋設基本水準點，采用GPS做靜態控制測量方法施測基本水準點坐標及高程；實測該站基本橫斷面、河床縱比降，收集有關數據資料，完成外業測量任務。

2、水位流量關系推算

2.1 比降確定

洪水計算比降選用，按照《陜西省山洪災害分析評價》技術規定，本次比降計算選用外業實測的低水水面比降160.33‰。

2.2 糙率確定

本次洪水計算糙率選用，參考《水工建筑物與堰槽測流規范》（SL537-2011）中表K.0.4中的內容選用。

2.3 水位流量關系曲線的計算與分析

流量測驗的目的是確定時段水量，推求洪水徑流量，而水位流量關系是推求時段流量最基本的方法，并具有成熟的理論基礎及方便、快捷、和精度高的優點，是目前水文行業最常用的方法之一。由于山區河流，支流加入較多，河道斷面沿程變化較大，不能形成均勻流，不能采用能量方程推求，本次山洪災害防治非工程措施項目建設的自動水位站，控制斷面均布置在順直的河段內，河床質地均勻，比降變化較小，斷面形狀變化較小，水位流量關系曲線較為穩定，且呈單一的水位流量關系。因此本次計算主要根據調查河段實測洪水過水斷面面積和水面比降資料，用曼寧公式進行推求。曼寧公式為：

式中：Q—過水斷面流量（m3/s）；

A—過水斷面面積（m2）；

R—水力半徑（過水斷面面積/濕周，m）；

I—洪水水面比降（‰）；

n—河床糙率。

2.4 相關情況說明

水位流量關系曲線的計算采用曼寧公式計算。經現場踏堪可知，河道順直，斷面規整，符合方法要求；糙率選用參考《寶雞市水文實用手冊》中表6-43-4中的內容選用，比降采用外業實測的低水水面比降。永安河控制斷面實測斷面圖見圖1，經過水文分析計算確定的水位流量關系曲線圖見圖2。

3、結論與建議

通過對麟游縣山洪災害非工程措施建設的自動水位站水位流量關系曲線確定分析提出以下結論及建議

1）這次自動水位水位流量關系推求，主要根據外業測量成果數據，采用經驗公式計算確定，存在缺陷在所難免，建議在今后的山洪災害防治工作中，要進行必要的修定，確保水位流量關系曲線能夠代表河道水文特性，提高洪水水位預警精度，逐步把山洪災害造成人民群眾的生命財產損失減少到最低程度。

2）由于這次測量成果和水文計算分析，資料真實、可靠，建議在今后的山洪災害及防汛工作要加強資料的積累，特別是小流域植被、河道比降、洪水資料，對于今后開展山洪災害預警預報工作具有有力的促進作用。

3）本次計算分析方法正確、合理、適應性強，但由于各地區水文手冊，多年來未修編，給這次山水文計算分析工作帶來較大的影響，所以必須加大水文手冊的修編工作，使其能更好的為山洪災害防御、各級防汛指揮部門防汛工作提供有力的技術支撐，在防汛減災和水利工程設計等水文水利計算工作中發揮巨大的作用。

4）建議在視頻點設置水尺，雖然在本次工作中確定了水位流量關系曲線，但是還是很難通過視頻鏡頭得知通過該斷面的具體流量數值。

5）建議每年汛期組織人員對危險區域控制斷面水位流量關系曲線按照不同的水位級進行校核；每年汛前和汛后進行一次危險區域控制斷面測量，進一步完善危險區域控制斷面水位流量關系曲線圖。

參考文獻：

[1]《全國山洪災害防治項目實施方案（2013-2015）》（水汛<2013>257）

[2]《陜西省山洪災害防治項目實施方案（2013-2015）》

[3]《山洪災害調查技術要求》（2014年8月全國山洪災害防治項目組）

[4]《山洪災害分析評價技術要求》（2014年8月全國山洪災害防治項目組）

[5]《水文調查規范》（SL196-97）

[6]《水文普通測量規范》（SL58-93）

[7]《水利水電工程設計洪水計算規范》（SL44-2006）

[8]《寶雞市實用水文手冊》（1988-2）陜西省水利水土保持廳

[9]《寶雞市行政區劃圖》（ISBN978-7-80748-904-7）西安市地圖出版社2015年1月第一版

作者簡介：郭星火，男，生于1963年3月10日，1982年12月參加工作，至今一直在陜西省寶雞水文水資源勘測局，目前任水文水資源專業高級工程師。