渭河支流韋水河鳳翔水位站預警水位指標分析

史穎娟，富康平

（1.陜西水環境工程勘測設計研究院,陜西 西安 710018；2.咸陽水文水資源勘測中心,陜西 咸陽 712000）

1 流域概況

1.1 河流概況

韋水河古稱沮水,是渭河左岸二級支流、漆水河右岸一級支流,其在鳳翔縣境內稱雍水河,又稱后河,在扶風縣境內稱韋水,在武功縣境內稱小北河。韋水河發源于鳳翔縣西北千山余脈老爺嶺南麓,海拔1530 m,干流河長151.9 km,平均比降9.3‰。其中在寶雞市境內干流長131.8 km,在武功縣毛咀子村注入漆水河。

韋水河流域地處大陸季風氣候帶,為半干旱濕潤型氣候區,四季冷暖分明。流域多年平均降水量617.5 mm～597.3 mm之間,流域多年平均徑流量1.19 億m3,平均徑流深41.9 mm,河流平均流量3.44 m3/s。

1.2 測站概況

鳳翔水位站于2012 年建成,位于寶雞市鳳翔縣城關鎮,是韋水河（上游稱雍水河）干流控制站,斷面以上控制河長20 km,控制集水面積79.0 km2。鳳翔水位站測驗河段順直,左岸建有漿砌石河堤,右岸為自然河堤,河床由砂卵石組成。水位站基本斷面右岸設立雷達水位塔、在上中下斷面設立水尺、斷面標志牌,修建下河觀測道路、設立水準點、防雷設施,配備雷達水位計、翻斗雨量計。測驗項目包括水位、雨量,擔負著鳳翔縣城、雍城湖水利旅游風景區及下游沿河各村鎮的防汛任務。鳳翔水位站水準點高程采用黃海85 基準。

1.3 上下游水利工程及下游防護對象

從20 世紀60 年代初開始,鳳翔、岐山、扶風三縣大興水利建設,先后在韋水河干支流修建多處蓄水工程。有中型水庫2 座（東風、白荻溝,小（I）型水庫20 座（其中有6 座是馮家山水庫灌區渠庫結合工程）,22 座水庫的總庫容8163.3 萬m3,有效庫容4783.8 萬m3。其中東風水庫主壩高25.6 m,長354 m,副壩高8.6 m, 長500 m, 總庫容1350 萬m3, 設施灌溉面積6.86 萬畝。

2 預警水位確定

2.1 基本資料收集整理

2.1.1 鳳翔水位站實測大斷面成果

鳳翔水位站基本斷面成果采用最新實測值。實測基本斷面成果見表1,實測大斷面圖見圖1。

圖1 鳳翔水位站基本斷面圖

表1 鳳翔水位站基本斷面成果表 單位：m

2.1.2 率定水位流量曲線

鳳翔水位站水位流量關系曲線,采用曼寧公式進行計算。

計算公式為：

根據公式選用各參數,實測比降0.011‰,糙率選用0.045,斷面資料采用最新實測大斷面,計算成果見表2、圖2。

圖2 鳳翔水位站水位流量關系曲線圖

表2 鳳翔水位～流量關系曲線成果表

2.2 推求不同頻率的設計洪水

鳳翔水位站斷面設計洪水分別采用經驗公式、推理公式方法推求,并綜合確定。

2.2.1 經驗公式法

鳳翔水位站斷面以上區域屬于小流域,無完整實測水文資料,設計洪水依據《寶雞市水文實用手冊》經驗公式推求,即：

鳳翔水位站控制流域面積79.0 km2,河道平均比降9.3‰,H6P為41.7 mm,變差系數Cv為0.54,不同頻率設計洪水流量結果見表3。

表3 鳳翔水位站不同頻率設計洪水流量計算成果表

2.2.2 推理公式法

（1）計算設計暴雨面雨量

①暴雨歷時

韋水河鳳翔水位站以上流域面積小于100 km2,按流域面積范圍,該站采用6 小時設計暴雨歷時。

②點暴雨

經查《寶雞市水文實用手冊》,得到不同重現期設計頻率,按照不同時段點雨量均值和變差系數,在P-Ⅲ型曲線模比系數表中查到不同頻率對應的KP值（取Cs=3.5Cv,）,按公式求出各頻率不同歷時點暴雨值HtP。

③設計面暴雨

查得參數at、bt,根據公式計算出各歷時的暴雨點面折算系數結果見表4。

表4 設計暴雨分區點面系數at、指數bt 成果表

點面系數βt的計算公式為：

式中 ：at、bt為參數；F 為流域面積,km2。

設計面暴雨計算公式：

式中：HtF為某歷時t 設計面暴雨量,mm；Ht為某歷時t 設計點暴雨量,mm。

（2）設計面暴雨量時程分配

所選斷面控制流域面積小于300 km2,故采用12 小時暴雨時程分配計算。每小時歷時設計暴雨雨型見表5。

表5 12 小時設計暴雨時程分配雨型計算成果

表6 鳳翔水位站不同頻率時段凈雨累計過程計算成果表單位：mm

表7 鳳翔水位站各頻率洪峰流量成果表

（3）計算產流過程

鳳翔水位站前期土壤含水量值取Pa=Im/2=50.0 mm。

當S 小于等于78 mm 時, f 值采用685.8 S-1.08；

當S 大于78 mm 時, f 值采用6.18。

式中：S 為土壤含水量,mm；f 為土壤入滲率,mm/h。

（4）計算匯流過程

①Qm～τ曲線

根據《寶雞市水文實用手冊》公式：

式中：t、τ分別為凈雨歷時和匯流歷時,h；Hτ為凈雨歷時t的凈雨強度,mm/h；m 為匯流參數,公式：m=1.34θ0.587·hR-0.541。

確定Qm和參數m、L、J 后,經公式計算得韋水河洪水匯流歷時τ值,并得出韋水河洪水洪峰流量與匯流歷時（Qm～τ）曲線。

②Qm～t 曲線

圖3 不同頻率的洪峰流量試算曲線圖

2.3 成果選用

鳳翔水文站不同頻率洪水流量成果采用區域經驗和推理公式法推求得出,具體見表8。

表8 鳳翔水文站經驗公式、推理公式法推求洪水流量統計表

從表中可以看出,經驗公式法與推理公式法計算值基本接近。分析：推理公式法適用于流域面積在150 km2～500 km2,對于150 km2以下計算成果僅供參考。因此,選用經驗公式法計算成果作為鳳翔水位站設計洪水結果。

2.4 初步確定預警水位

《陜西省水情預警信號發布管理辦法》中對洪水藍色預警信號的要求：①實時流量（水位）接近警戒流量（水位）；②洪水重現期接近5 年一遇,即按照重現期5 年一遇洪峰流量來確定警戒水位。

依據經驗公式法計算成果,鳳翔水位站5 年一遇洪水流量為84.9 m3/s,對應設計水位為800.80 m,即鳳翔水位站警戒水位初步確定為800.80 m。

2.5 合理性檢查和綜合確定

鳳翔水位站斷面河堤高程為802.95 m,該數據高于初步確定的預警水位2.15 m。根據防洪工程相關規定要求,預警水位應低于堤頂高程,且當洪水水位達到800.80 m 時,不會產生溢流漫灘現象,能夠確保沿河群眾生命財產安全。結合測驗河段及下游堤防工程現狀,綜合確定,鳳翔水位站采用800.70 m 作為預警水位合理適用,相應流量為50 m3/s,低于5年一遇洪水標準。

3 結論與建議

本次鳳翔水文站預警指標的分析工作,是在前期對流域基礎資料收集的基礎上,經實地踏勘和測量河段斷面、比降等方式,采取多種方法計算分析,并綜合考慮歷史洪水實際,科學合理地確定鳳翔水位站預警水位值為800.70 m。

當河道出現預警水位或超過預警水位值的洪水過程后,相關部門應立即組織技術人員實測水位站基本斷面洪水痕跡、過水面積以及洪水比降等數據,推求洪水流量,及時校核水位流量關系曲線,充分發揮預警水位的作用,確保下游沿河群眾生命財產安全。

近些年,隨著下墊面變化及人類活動、水利工程建設等情況的綜合影響,韋水河匯流參數、河道沖淤可能與本次計算存在一定偏差,洪水頻率計算、預警水位也會隨著之產生變化,今后仍需根據流域發展情況,動態監管預警指標,進一步深入研究韋水河產匯流規律演變,及時修正預警指標。