海晏水文站洪水特性及測洪方案

李燕娟

(青海省水文水資源測報中心，西寧 810008)

1 概 述

洪水是一種常見的自然災害，對區域經濟發展有較大的影響，泥沙含量對洪澇災害所造成的危害有一定影響[1-3]。洪水發生情況規律性較大，加強監測預警是減輕洪澇災害影響的常用方法。為了準確獲取洪水的泥沙含量、流量等相關參數，需要針對不同的洪水大小采取不同的方法[2,4]。不同區域洪水類型不盡相同，青海海晏地區洪水主要由降水造成，夏季較為多發[5-6]。海晏水文站是海晏地區湟水上游重要的水文站，結合區域實際情況，對海晏(三)站近14年的水文測驗數據進行分析(流量采用河道與兩渠道的合成值)，依據海晏(三)站技術條件和水情特點，按“安全、高效、快捷”的原則，制訂多種測驗方案，為該地區防汛抗旱、水資源管理等提供依據。

2 測站基本情況

海晏(三)水文站(以下簡稱海晏(三)站)位于青海省海晏縣三角城鎮，1954年4月和10月由青海省水利電力廳分別在湟水和哈利澗河設立測驗斷面，2007年測驗斷面遷至湟水和哈利澗河匯合口下游64.0 m處，另于1975年1月在湟水支流哈利澗河增設湟海渠測驗斷面，2007年1月設銀灘電站引水渠監測斷面(動力渠)。

海晏(三)站為湟水干流控制站，集水面積1 377 km2，河長78.2 km，距河口295.7 km，屬省級重要水文站、中央報汛站，精度類別為二類精度流量站、泥沙站。基面采用黃海基面。測驗項目有水位、流量、泥沙、降水、蒸發、氣溫、地下水等。見圖1。

圖1 海晏(三)站測驗河段平面圖

3 大斷面情況

海晏(三)站主河槽寬約15.0 m，呈U形。右岸地勢較高，左岸地勢較低，由于兩河匯合口距離測驗斷面較近，且湟水匯入的角度較大，對測驗河段左岸的沖刷較嚴重，主流偏向左岸，加之河床砂石粒徑較小，斷面穩定性相對較差。2017-2020年，基本水尺斷面最大沖淤變幅為0.10 m。受斷面沖淤和洪水漲落影響，暢流期歷年水位流量關系為臨時曲線。根據海晏(三)站2019年10月24日實測大斷面資料，點繪基本水尺斷面大斷面圖見圖2。

圖2 海晏(三)站基本水尺斷面大斷面圖

4 洪水特性分析

4.1 洪水成因

湟水海晏地區春季洪水主要是冰雪消融造成，夏秋兩季是由暴雨形成的洪水，海晏站降水主要發生在7-10月份，多年平均月降水量分布圖見圖3。較大洪水出現時間大多集中在7-9月份，最大洪峰流量多發生在7、8月份，暴雨和洪水在時間上具有很好的相應性。洪水在年內隨降水量多少、降水強度大小和降水中心的位置等變化而變化，洪水陡漲緩落，峰形多為單式峰。一般洪峰歷時4～24 h，較大洪峰歷時24～36 h，多年平均含沙量年內分配圖見圖4。水沙峰基本相應，且以單峰形呈現，采用單斷沙關系線法推求斷面平均含沙量，歷年單斷沙關系系數變化不大且接近于1.000。含沙量主要集中在6、7、8這3個月，年內分配不均勻，差異較大，多年平均含沙量為0.101 kg/m3，年平均輸沙量1.26×104t。

圖3 海晏(三)站多年平均月降水量分布圖

圖4 海晏(三)站多年平均含沙量年內分配圖

4.2 影響洪峰的主要因素

夏秋季節影響洪峰的主要因素是暴雨。湟水上游干支流的源頭有沼澤分布，山上和谷地有大片灌木林覆蓋，出山口后又有灘地草場，流域內植被好；哈利澗河上游流域內水系發育，呈樹狀分布，植被較好。海晏(三)站所屬流域內植被好，水系發達，降水條件較好，但流域內匯流過程相對較為緩慢，流域的調蓄作用比較明顯，對海晏(三)站斷面的洪峰有一定的消弱作用。如果湟水和哈利澗河上游同時發生局部性的強降雨，則海晏(三)站可能會發生特大洪水。海晏(三)站下游為東大灘水庫，由于水庫的攔蓄作用，該站的一般性洪水對下游的影響不大。

春季影響洪峰的主要因素是冰雪融水。其洪峰流量的大小主要取決于斷面上游河道內冰體多少和高山區域的積雪多少以及當日氣溫的高低。海晏(三)站所屬流域上游腦山地區水系發達，冰期長達5～6個月。其堆積的冰雪對該站春季的洪峰有較大影響。

4.3 洪峰流量特性分析

根據海晏(三)站歷年實測數據，海晏(三)站洪峰流量統計表和最大洪水出現機率表詳見表1、表2。

表1 海晏(三)站最大洪峰流量統計表

從表1可以看出，近14年海晏(三)站最大洪峰為36.3 m3/s，發生在2020年8月29日。從表2可以看出，海晏(三)站的最大洪峰流量出現在7、8月份的機率最大，7-8月份出現的幾率為85.7%，6月份出現的機率較小，其它月份出現的機率為零。

表2 海晏(三)站最大洪峰各月出現次數統計表

根據海晏(三)站2018-2020年水位流量關系結點，繪制水位流量關系線及綜合線，再利用海晏(三)站實測大斷面、比降、河床糙率資料，采用曼寧公式推求各級水位下相應流量，依此延長水位流量綜合線(圖5)，最終確定該站主河槽糙率0.030，灘地糙率0.040，比降5.2‰。

圖5 海晏(三)站水位流量關系曲線圖

4.4 洪水測洪方案

根據《水文情報預報規范》(GB/T22482-2008)中的洪水等級劃分規定，洪水等級劃分為小洪水、中洪水、大洪水、特大洪水；重現期小于5年的為小洪水；重現期5～20年的為中洪水；重現期20～50年的為大洪水；重現期大于50年的為特大洪水。依據海晏(三)站技術條件和水情特點，按“安全、高效、快捷”的原則，制訂多種測驗方案。小洪水流量小于29.9 m3/s，水位小于2 991.78 m。中洪水流量介于29.9～35.9 m3/s，水位介于2 991.78～2 991.90 m。大洪水流量介于35.9～39.3 m3/s，水位介于2 991.90～2 991.97 m。特大洪水流量大于39.3 m3/s，水位大于2 991.97 m。

根據海晏(三)站實際情況，在不同水情中水位觀測方案一致，見表3，流量、泥沙觀測方案根據不同水情選擇合適方案見表4、表5。

表3 水位觀測方法

表4 洪水流量測驗方法

表5 泥沙測驗方法

流量測驗優先采用流速儀法和雷達波測流系統，當客觀條件十分困難,測驗設備無法正常使用時，采用中泓浮標法，并嚴格按照《河流流量測驗規范》(GB50179-2015)要求進行。其中，方案1為優先方案，其次為方案2，再次為方案3。在水流出現漫灘情況，無法在本站測流斷面施測流量時，當用方案4施測流量并嚴格按照《比降面積法測流規范》(SD174-1986)要求進行。

泥沙測驗應優先采用橫式采樣器，當客觀條件十分困難，測驗設備無法正常使用時，采用器皿。其中，方案1為優先方案，其次為方案2。

5 結 論

海晏(三)站從2007年斷面遷移改造以后最大洪峰為36.3 m3/s，最大洪峰流量出現在7、8月份的機率最大，7-8月份出現的幾率為85.7%。海晏(三)站主河槽糙率0.030，灘地糙率0.040，比降5.2‰。海晏站降水主要發生在7-10月份，較大洪水出現時間大多集中在此期間，最大洪峰流量多發生在7、8月份，暴雨和洪水在時間上具有很好的相應性。含沙量主要集中在6、7、8這3個月，年內分配不均勻，差異較大。根據海晏(三)站實際洪水特性和水情特點編寫測洪方案。