新亭水文站特征水位分析調(diào)整

余賢潮

（安徽省黃山水文水資源局,安徽 黃山 245000）

1 基本情況

1.1 流域概況

1.1.1 流域自然地理概況

本流域地處皖南山區(qū)黃山南麓,平均高程為523 m,最高點尖嶺海拔1431.8 m。境內(nèi)山巒起伏,大部分由巖石構(gòu)造組成,屬高山區(qū)地貌,河溝較長,溝壑交錯,歷年從未斷過流。儒村上游支流發(fā)源地為尖嶺,另外,在源頭河上游有一海拔1240 m的山峰,整個流域北高南低,主山脈呈北南走向。

地質(zhì)分布情況：其中以千枚長石砂巖,砂質(zhì)千枚巖和粉砂巖夾砂質(zhì)頁巖,石英粉砂巖,粉砂巖及砂巖黑色泥巖、灰?guī)r、泥質(zhì)條帶砂巖黑白相間條狀硅質(zhì)巖暗綠色冰磧泥礫巖為主,間雜有部份深灰,灰黑色薄一中層含硅質(zhì)泥巖,黑色薄層炭質(zhì)硅質(zhì)泥巖和少量的石英閃長粉巖脈。本站以上流域以黃紅壤,壤質(zhì)土為主,另有部份石灰?guī)r粘質(zhì)土及少量的黃紅壤,黃壤砂質(zhì)土,石灰?guī)r粘質(zhì)水稻土,河流沖積,洪積壤質(zhì)水稻土和重礫石,黃紅壤粘質(zhì)土。

測站以上流域植被較好,林木茂盛, 基本上是以闊葉林為主,伴有松、竹、茶及灌木叢。植被覆蓋率為80%；荒山面積占總面積的5.84%；其它部份（包括未成林地、苗圃地、灌木林地）面積占總面積的4.99%。

1.1.2 測站基本情況

新亭水文站位于黃山南麓、錢塘江流域新安江水系橫江支流峽溪河上。站址在休寧縣海陽鎮(zhèn)新亭村,于1970年12月設(shè)站觀測至今。流域面積184 km2,河長44.8 km,河道坡度6.42‰,流域坡度69.1 dm/km2,流域平均寬度4.1 km,形狀系數(shù)0.092。流域形狀為狹長形,河床切割較深。測驗斷面上游約15華里處有貴溪河匯入,50 華里左右有源頭河、樟坑河匯入。

本站實測最高水位為8.47 m（1973 年6 月21 日）,最低水位為2.64 m（1978 年9 月4 日）；實測最大流量1310 m3/s（1973年6月21日）,最小流量0.009 m3/s（1978 年9 月4 日）。

本站采用凍結(jié)基面,凍結(jié)基面（假定基面）+159.800 m=黃海基面。

1.1.3 水利工程概況

測站以上流域?qū)偻钅仙絽^(qū),各支流上游共有191 個山塘,總庫容為46.655 萬m3,灌溉面積1.126 萬畝,塘壩率=46.655/184=0.2536。流域內(nèi)共有抽水站13 座,裝機總?cè)萘繛?68 kW,總灌溉面積0.168 萬畝。上游20 km處有小（二）型水庫一座,集水面積0.24 km2,總庫容14.7×104m3,灌溉面積400 畝。

1.2 測站概況

新亭水文站設(shè)立于1970 年12 月,屬錢塘江流域新安江水系,基本水文站,三類精度水文站。該站位于安徽省黃山市休寧縣海陽鎮(zhèn)新亭村,集水面積184 km2,為皖南山區(qū)100 km2~200 km2小河站,測驗河段順直長度約300 m,上游約500 m有彎道,下游400 m有彎道,對高水起控制作用。下游50 m~100 m處有淺灘,對低水起控制作用,低水河寬約30 m,高水時河寬約80 m,河道內(nèi)生長狗尾狀水草,因數(shù)量較少,故不影響測驗。灘地生芭茅草及楊樹叢,中水時影響較大,左岸山坡生長灌木叢；右岸茶園直至山腰。左岸為巖石組成,右岸為沙卵石組成。主槽河底為巖石,緊靠左岸山邊及右邊為碰卵石,因有芭茅草叢及楊樹叢保護,歷年變化不大,在中偏低水位時有一串溝。

1.3 水文分析情況

1.3.1 徑流系數(shù)分析

根據(jù)計算,新亭站平均徑流系數(shù)為0.796。一般,當(dāng)初始土壤含水量越大,徑流系數(shù)也越大。當(dāng)40≤W0≤80時,徑流系數(shù)在0.4~0.6 左右；當(dāng)80＜W0≤100 時,徑流系數(shù)在0.6~0.8 之間；當(dāng)100＜W0≤120時,徑流系數(shù)在0.8~0.96 之間。

1.3.2 洪峰滯時分析

統(tǒng)計洪水主降雨結(jié)束到洪峰出現(xiàn)的時間。當(dāng)雨強較大、降雨集中時,洪峰滯時在1 h~2 h,當(dāng)雨強較小,降雨間斷時,洪峰滯時在3 h~4 h。當(dāng)暴雨中心在上游時,洪峰滯時在3 h~4 h,當(dāng)暴雨中心在下游時,洪峰滯時在1 h~2 h。

1.3.3 洪水頻率分析

新亭站洪水頻率計算成果見表1。防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。

表1 新亭站洪水頻率計算成果表

2 計算分析

2.1 設(shè)計流量計算

新亭水文站擁有49 年實測流量資料,根據(jù)新亭水文站1971 年~2019 年洪峰流量系列資料進行排頻分析計算,計算得新亭水文站10 年、20 年、50 年一遇設(shè)計洪峰流量分別為848 m3/s、1060 m3/s、1320 m3/s。新亭水文站頻率分析見圖1。

圖1 新亭水文站年最大流量頻率曲線

2.2 設(shè)計流量計算成果復(fù)核

2.2.1 經(jīng)驗公式推求設(shè)計洪水

經(jīng)驗公式法是根據(jù)有實測水文資料的水文站年最大流量頻率計算的成果和流域幾何特征參數(shù),建立設(shè)計洪峰流量與流域面積和河道坡度的相關(guān)關(guān)系,得出經(jīng)驗公式,供無資料地區(qū)設(shè)計洪水計算用。根據(jù)《黃山水文手冊》中的流域面積200 km2以下地區(qū)的計算公式如下：

其中F為流域面積（km2）。

根據(jù)公式計算,頻率為2%、5%、10%的設(shè)計洪峰流量分別為1340 m3/s、1070 m3/s、852 m3/s。

2.2.2 推理公式法推求設(shè)計洪水

推理公式法是由暴雨間接推求設(shè)計洪水的方法之一,由于它存在對降水徑流成因的一些假定和概化因素只適用于小流域。新亭水文站集水面積184 km2,所以該種方法適用。

推理公式法洪峰流量計算公式：

式中：Q為最大流量,m3/s； 為洪峰徑流系數(shù)；S為暴雨雨力,mm/h；τ為流域匯流時間,h；n為暴雨衰減指數(shù)；F為流域面積,km2。

根據(jù)公式計算,頻率為2%、5%、10%、的設(shè)計洪峰流量分別為1220 m3/s、1050 m3/s、893 m3/s。

2.3 設(shè)計流量成果合理性分析

設(shè)計流量計算成果與設(shè)計流量計算復(fù)核成果相對誤差較小,本次新亭站設(shè)計洪峰流量采用設(shè)計流量計算成果,見表2。

表2 新亭站設(shè)計流量計算成果分析表

2.4 設(shè)計水位推求

2.4.1 歷史水位流量關(guān)系線

新亭水文站測驗河段上下游100 m范圍基本順直,主槽寬約40 m,水位4.8 m漫灘,漫灘后主槽寬約60 m。主槽由卵石組成,右岸灘地由沙卵石組成,低水受沖淤變化影響。基本無水草生長。測流斷面上游約60 m處急灘和彎道,下游100 m處有淺灘,對低水起控制作用；下游200 m處有大彎道,對中高水起控制作用。水位流量關(guān)系多呈單一線和臨時曲線型。

圖2 新亭水文站2020年斷面圖（單位：m）

根據(jù)新亭站設(shè)計洪峰流量和1996 年水位流量關(guān)系曲線（圖3）,查線得新亭站10 年、20 年、50 年一遇設(shè)計水位分別為 7.5 m、8.0 m、8.5 m。

圖3 新亭水文站1996年水位流量關(guān)系曲線

表3 查歷史洪水水位流量關(guān)系曲線水位

2.4.2 近年水位流量關(guān)系延長

由于新亭站河道的沖刷變化,主槽相較于1996 年斷面變化較大,參考新亭站1996 年水位流量關(guān)系曲線和近幾年較高洪水的水位流量關(guān)系曲線,繪制出綜合水位流量關(guān)系曲線,查線得新亭站10 年、20 年、50 年一遇設(shè)計水位分別為 7.2 m、7.7 m、8.3 m。新亭站歷年斷面圖見圖4,歷年水位流量關(guān)系曲線見圖5。

表4 查歷年綜合水位流量關(guān)系曲線水位

圖4 新亭水文站歷年斷面圖

圖5 歷年綜合水位流量關(guān)系曲線

3 結(jié)語

根據(jù)上述可知,新亭站10 年、20 年、50 年一遇設(shè)計洪峰流量分別為848 m3/s、1060 m3/s ,1340 m3/s,相應(yīng)設(shè)計水位分別為 7.1 m、7.6 m、8.3 m。新亭站實測最大洪峰流量為1310 m3/s,發(fā)生于1973年6月21日,接近于50年一遇設(shè)計洪水。

文章對新亭水文站特征水位的計算分析方法,可以運用到與此條件相似的水文站點,根據(jù)其洪水特性和防御標(biāo)準(zhǔn)等綜合確定,為河道管理,水資源調(diào)度與利用、制定應(yīng)急預(yù)案和防洪方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。