麥里河曹家鎮水位站預警預報方法探討

石牡麗

(陜西省寶雞水文水資源勘測局，陜西 寶雞 721006)

0 引言

隨著《陜西省中小河流水文監測系統》建設項目的實施，我省相繼建成了一批新建水文站、水位站。為了充分發揮中小河流新建水文站、水位站遙測設備的作用，更好的為各級防汛指揮部門防汛決策提供可靠技術支撐，最大限度的減少寶雞市中小河流洪水災害給沿河人民群眾生命財產造成的損失，研究新建水位站預警預報方法成為了防汛減災的重要課題。

麥李河流域僅有曹家鎮水位站一處，本站測驗項目有水位、雨量。擔負曹家鎮、陜西汽車制造廠等重要廠礦企業及下游沿河各村鎮的防汛任務，因此研究曹家鎮水位站預警預報方法尤為重要。

1 流域概況

麥李河又名麥里河是岐山縣境內渭河右岸一級支流。河流發源于岐山縣曹家鎮石灰子溝，。干流河長18.1 km，河道平均比降19.5‰,流域面積63.7 km2。麥里河沿途流經岐山縣曹家鎮和五丈原鎮于北星村后匯入渭河，沿途的主要支流有西溝河、車長溝等小河流。麥李河曹家鎮水位站流域水系圖,見圖1。

曹家鎮水位站于2012年建成，位于寶雞市岐山縣曹家鎮，是渭河右岸的一級支流麥李河干流控制站，斷面以上河道平均比降22.2‰，河長11 km，控制集水面積54.0 km2。

曹家鎮水位站設置基本斷面和上下比降斷面，測驗河段順直，兩岸為砼砌石護坡，河床由砂卵石組成。在基本斷面附近設置三個基本水準點。曹家鎮水位站斷面附近河道較窄，麥李河穿村而過，防護能力相對較低。

圖1 麥李河曹家鎮水位站流域水系圖

2 水位站預報總體思路

由于麥里河流域既沒有水文站，也缺乏雨量站資料，因此本方案根據《寶雞市水文適用手冊》中提供的點平均暴雨量等值線圖和相關的地區綜合參數，用暴雨洪水圖集法推求設計暴雨。按地區綜合概化成的典型概化雨型（用百分比表示）來推求暴雨的時程分配，按蓄滿產流方式進行產流計算，用初損后損法推求地面設計凈雨過程，根據本區域流域面積，比降和相關參數，利用推理公式法、經驗公式法、和水文比擬法三種方法比較后優選推理公式法計算成果，由重現期作為連接降雨量、流量和匯流時間的橋梁，建立三者關系并按曲線制作曲率表進行快速預報的方法。

3 水位站預警預報方法分析

3.1 產流計算

1）用暴雨洪水圖集法推求設計面暴雨量。根據設計標準p%=（20、10、5、3.33、2、1）和以上地區的綜合統計參數，推求出各時段的設計點雨量，本次分析中在點暴雨等值線圖上查出不同頻率下的點平均暴雨量，和相應的CV,CS=3.5CV，并根據寶雞地區秦嶺北麓1小時、3小時、6小時、24小時的擬合曲線參數at與指數bt,帶入公式a=1/(1+atF)bt算出點面折算系數a。

2）根據x設=和x面=x設·a推算出面暴雨量，最大12小時點暴雨量由最大6小時，最大24小時點暴雨量根據公式H12=(H6·H24)0.5內插推求；其次選定設計暴雨雨型用初損后損法推求設計地面凈雨過程。

3）根據前期影響雨量pa、土壤最大蓄水量Im，后損按總凈雨深的20%各時段平均扣除在各個產流時段，用初損后損法推求地面設計凈雨過程。在本次分析中，Pa采用秦嶺北麓、西部山區的分區定數pa=2/3·Im=47mm,Im=70mm。初損量采用秦嶺北麓、西部山區的分區定數P初損=Im/3。不同頻率的面雨量計算見表1。

表1 不同頻率的面雨量計算

3.2 匯流計算

3.2.1 推理公式法

根據《寶雞市水文適用手冊》，結合麥里河流域面積、比降和地區綜合參數用推理公式法計算曹家鎮水位站不同頻率的設計洪水：

①Qm～τ曲線計算公式

依據《寶雞市水文實用手冊》推薦公式：

②計算Qm～t曲線

將最大凈雨過程按公式(1)計算Qm～t關系曲線。將Qm～τ及Qm～t兩曲線繪于同一坐標系中，兩曲線交點的縱橫坐標數值即為所求的洪峰流量和匯流歷時，即為所求的設計洪峰流量Q和匯流歷時τ值。曹家鎮水位站不同頻率洪峰流量成果見表2。

表2 曹家鎮水位站不同頻率洪峰流量成果

3.2.2 經驗公式法

依據《寶雞市水文實用手冊》推薦的經驗公式，采用秦嶺北麓、西部山區分區經驗公式推求。其經驗公式如下：

式中：Qp為設計頻率P的洪峰流量（m3/s）；F為設計流域面積（km2）；J為主河道平均比降（‰）；H6P為涉計頻率為6小時的暴雨量（mm）。

表3 經驗公式法計算的不同頻率的設計洪水流量

3.2.3 水文比擬法

《寶雞市水文實用手冊》規定：設計流域內或產匯流條件較為相似的同一水文分區流域內有水文站實測洪水資料的，面積差不超過20%時，可將水文站作為參證站，根據參證站設計洪水計算成果，應用面積比擬法推求設計流域的設計洪水，計算公式：

式中：Q設P為設計站控制斷面設計流量（m3/s）；Q參P為參證站設計流量（m3/s）；F設為設計站控制斷面以上流域面積（km2）；F參為參證站以上流域面積（km2）；n為指數，取2/3。

表4 應用面積比擬法推求設計流域的設計洪水計算

3.3 計算成果對比分析及成果選用

由表5可知，經驗公式法與推理公式法計算值基本相近，水文比擬法值偏小，推理公式法是推求小流域設計洪水最常用方法，且具有一定的理論依據，出于偏安全考慮，本次優先選用推理公式法成果進行預警方法的研究。

4 推理公式法計算結果應用

曹家鎮水位站用推理公式計算不同重現期的洪峰流量、匯流時間表，見表6。

表6 曹家鎮水位站不同重現期的洪峰流量、匯流時間表

4.1 根據成果資料分別建立重現期與雨量、流量和時間關系圖

（1）繪制曹家鎮站累計凈雨量與相應重現期關系圖（一）

（2）繪制曹家鎮水位站洪峰流量與相應重現期關系圖（二）

（3）繪制曹家鎮站洪峰流量與相應匯流時間關系圖（三）

4.2 根據關系圖進行查圖預報

首先根據實際降雨量計算出本站累計凈雨量，然后根據累計降雨量查圖（一）得出相應的重現期，再由查出的重現期反查圖（二）得出相應的洪峰流量，最后由相應的洪峰流量查圖（三）得出相應洪峰流量的匯流時間，開始預報時間與匯流時間之和就是相應的峰現時間。

5 結語

根據寶雞水文局預警預報任務要求，當預警預報站接近警戒流量或區域平均降雨量達50 mm時應及時做預警預報。依照《陜西省水情預警信號發布管理辦法》附件，洪水藍色預警信號要求。1）流量（水位）接近警戒流量（水位）；2）洪水要素重現期接近2年～5年。針對麥里河流域短缺資料、河道狹窄等實際情況，出于偏安全考慮，根據地面凈雨量值大小，用推理公式法計算成果分析的預警預報方法能夠滿足本站預警預報的要求，可以作為一種應急預報方法應用于麥里河流域曹家鎮水位站及陜西汽車制造廠等重要廠礦企業及下游沿河各村鎮的洪水預警預報中，為防汛決策發揮作用。