由宇軍，邰高曦，賀成民

(陜西省水文水資源勘測局，陜西 西安 710068)

0 引言

安康漢陰縣城地處安康市中部，位于月河上游，縣城分布于月河兩岸，為陜西省暴雨洪水多發(fā)區(qū)域之一。月河上游洪水暴漲暴落，匯流時間較短，給人民生命財產(chǎn)安全帶來威脅極大，2010年設(shè)立了漢陰水位站，為洪水防御部門防御局地性暴雨引起的中小河流洪水災(zāi)害，提供了及時可靠的依據(jù)。依據(jù)《陜西省水情預(yù)警發(fā)布管理辦法(試行)》《安康市洪水預(yù)警信號發(fā)布實施辦法(試行)》，洪水預(yù)警信號分為“藍色、黃色、橙色、紅色”四個等級。由于漢陰水位站建站時間短，目前尚沒有預(yù)警信號相應(yīng)的水位和流量，無法有效地對洪水進行預(yù)警，發(fā)布預(yù)警信號，為防汛搶險爭取有效反應(yīng)時間。因此，推求漢陰水位站的預(yù)警信號相應(yīng)水位、流量等預(yù)警指標，對洪水準確預(yù)警，發(fā)布相應(yīng)預(yù)警信號，啟動相應(yīng)防汛預(yù)案，開展洪水防御工作，保障群眾生命財產(chǎn)安全具有重要意義。

1 概況

1.1 流域概況

漢陰水位站所在河流為漢江水系月河流域(上游)。月河為漢江的一級支流，發(fā)源于鳳凰山鐵瓦殿，自西向東流經(jīng)漢陰縣和漢濱區(qū)，在漢濱區(qū)城區(qū)西南2 km處觀新村自漢江左岸匯入漢江。月河全長117 km，河道平均比降2.79‰，流域面積2830 km2。月河在漢陰縣境內(nèi)的集水面積為970.6 km2，主河道長49.0 km，平均比降6.26‰。漢陰縣城觀音河匯入后集水面積為277 km2，主河道長21.8 km，平均比降16.4‰。

月河流域呈羽狀，左右岸呈不對稱分布，右岸岸河溝稀疏、源近流短，左岸河溝發(fā)育，河網(wǎng)密集，河道源遠流長。在漢陰縣境內(nèi)匯入月河的主要支流有馬家河、沐浴河、梨園河、觀音河、關(guān)寺河、仙雞河、余家河、洞河、沙壩河、花石河和蒲蘭溝等，較大支流有觀音河和洞河；在漢濱區(qū)境內(nèi)匯入月河的主要支流有白魚河、恒河、溢河、花園溝和付家河等。月河流域內(nèi)多年平均降水量868 mm，多年平均徑流量3.06億m3。

1.2 水文站網(wǎng)概況

月河流域共設(shè)有基本水文站2處，中小河流水文(位)監(jiān)測站5處，雨量站26處。其中干流下游1959年12月設(shè)有國家基本水文站長槍鋪水文站，控制流域面積2814 km2；支流恒河1957年5月設(shè)有楊家營水文站，控制流域面積931 km2，1975年1月基本水尺斷面上移50 m更名楊家營(二)站，流域面積929 km2；1999年因恒惠渠大壩加高，該站又下遷至恒口鎮(zhèn)改名恒口水文站，控制流域面積為973 km2。

1.3 水位站概況

漢陰水位站2010年設(shè)立，位于陜西省漢陰縣城關(guān)鎮(zhèn)，由于漢陰站原斷面受下游橡膠壩蓄水和塌壩影響，同級水位下流量誤差較大，水位代表性差，2020年9月上遷900 m至現(xiàn)斷面，高程采用黃?；?。漢陰水位站控制流域面積277 km2，河長16.7 km。該站主要收集月河上游水文信息，向漢陰縣城區(qū)水旱災(zāi)害防御部門提供水情信息的服務(wù)。測驗項目包括：水位、雨量，測驗方式為有人看管無人值守。

1.4 測驗河段概況

漢陰水位站測驗河段順直，上下游有彎道控制，兩岸均為人工堤防，河床由砂卵石組成，河床較穩(wěn)定，控制條件良好。中斷面上游約38 m有漫水橋一座，約128 m有一座攔河滾水壩，500 m為漢陰縣大橋，大橋上游480 m處有觀音河從左岸匯入；下游約150 m有月河西大橋一座、為車輛行人通行拱橋，位置見圖1、圖2。

圖1 漢陰水位站位置示意圖

圖2 漢陰水位站測驗河段影像圖

1.5 上下游水利工程及其它工程

(1)上游水庫工程

漢陰水位站上游支流觀音河建有觀音河水庫，位于漢陰縣觀音河鎮(zhèn)八廟村，集水面積80 km2，總庫容1552萬m3，已淤352萬m3，壩前淤積高程444.4 m，汛限水位462.5 m(相應(yīng)庫容950萬m3)泄洪放水設(shè)施有放水涵洞設(shè)計泄量2.3 m3/s、排沙泄洪洞設(shè)計泄量20 m3/s，溢洪道進口高程463.33 m，設(shè)計泄量295 m3/s。水庫始建于1958年9月，于1962年4月竣工，是一座以灌溉為主，兼防洪、供水、發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合功能的中型水利樞紐工程，于2002年進行了除險加固。溢洪道為側(cè)槽開敞式溢洪道，設(shè)于右岸，堰頂高程463.33 m，經(jīng)除險加固處理后，1000 a一遇校核洪水最大泄洪流量517 m3/s。放水涵洞設(shè)計流量2.3 m3/s，最大放水流量2.5 m3/s。水庫原設(shè)計洪水標準按50 a一遇296 m3/s，校核洪水按500 a一遇517 m3/s。

(2)堤防工程

測驗河段左右岸均為新修人工河堤，漢陰縣城關(guān)鎮(zhèn)月河河道河堤設(shè)計防洪能力為30 a一遇。經(jīng)踏勘調(diào)查，月河漢陰下游沿途各集鎮(zhèn)澗池、蒲溪、雙乳、恒口、五里、建民等防洪河堤防洪能力為20 a一遇以上洪水。

圖3 漢陰水位站河段堤防工程影像圖

2 設(shè)計洪水洪峰流量分析計算

2.1 洪峰面積相關(guān)法

漢陰水位站斷面以上控制面積為277 km2，屬于小流域范圍，且無實測水文資料，根據(jù)《安康地區(qū)實用水文手冊》，月河屬于汶池區(qū)，采用汶池區(qū)洪峰面積計算公式計算。

計算公式如下：

QN=KNFn

式中：QN為重現(xiàn)期為N的設(shè)計洪峰流量，m3/s；KN、n為經(jīng)驗參數(shù)和指數(shù)；F為設(shè)計流域面積，km2。

設(shè)計洪水計算結(jié)果見表1。

表1 漢陰水位站洪峰面積相關(guān)法設(shè)計洪水洪峰流量計算成果表

2.2 綜合參數(shù)法

綜合參數(shù)法，是以流域內(nèi)設(shè)計暴雨量和流域特征等參數(shù)為基礎(chǔ)而建立的多因素經(jīng)驗公式。其適應(yīng)范圍為面積在10 km2～1000 km2之間?；竟綖椋?/p>

Qp=KpηFnJαHpβ

式中：Qp為設(shè)計頻率為p的洪峰流量，m3/s；F為設(shè)計流域面積，km2；J為主河道平均比降，‰；Hp為設(shè)計頻率為P的6 h點暴雨量，mm；Kp為設(shè)計頻率為P的6 h暴雨模比系數(shù)(CV=0.53)；η、n、α、β為經(jīng)驗指數(shù)。

根據(jù)《安康地區(qū)實用水文手冊》，綜合參數(shù)法設(shè)計斷面設(shè)計洪水計算結(jié)果見表2。

表2 綜合參數(shù)法參數(shù)法設(shè)計洪水洪峰流量計算成果表

2.3 根據(jù)設(shè)計暴雨資料推求設(shè)計洪水(推理公式法)

根據(jù)《安康地區(qū)水文實用手冊》暴雨分區(qū)劃分及設(shè)計暴雨歷時規(guī)定，查有關(guān)圖表分別進行設(shè)計點暴雨量、設(shè)計面雨量、凈雨時程分配、產(chǎn)流、匯流計算，漢陰水位站推理公式法計算成果見表3。

表3 推理公式法各設(shè)計頻率洪峰流量計算成果表

2.4 水文比擬法

本次水文比擬法以流域內(nèi)或產(chǎn)匯流條件較為相似的同為月河流域的楊家營(恒口)水文站作為參證站，依據(jù)楊家營(恒口)水文站實測洪峰流量頻率計算成果，采用面積比擬法推求漢陰水位站不同頻率的洪峰流量。計算公式為：

式中：Q設(shè)、Q參分別為設(shè)計斷面和楊家營(恒口)水文站洪峰流量；F設(shè)、F參分別為設(shè)計河段和參證站控制流域面積，其中漢陰水位站以上F設(shè)=277 km2，參證站楊家營(恒口)水文站F參=931 km2；n為指數(shù)，n=0.667。

水文比擬法推求漢陰水位站不同頻率設(shè)計洪水洪峰流量見表4。

表4 漢陰水位站不同重現(xiàn)期設(shè)計洪水洪峰流量表

2.5 設(shè)計洪水成果合理性分析及確定

由上述四種方法計算漢陰水位站設(shè)計洪水成果及其它本河段已有成果列舉匯總見表5。

表5 漢陰水位站設(shè)計洪水計算成果匯總表

從表6中可以看出，洪峰面積相關(guān)法與水文比擬法接近，而綜合參數(shù)法偏小，推理公式法偏大。經(jīng)與附近水利工程設(shè)計洪水計算成果進行對比，其采用方法均為水文比擬法成果，因此本次采用成果為水文比擬法成果。

3 水位流量關(guān)系曲線率定

漢陰水位站無實測流量資料，測驗河段順直，上下游控制條件較好，兩岸均為人工堤防，河床由砂卵石組成，河床較穩(wěn)定，測驗斷面水位流量關(guān)系采用曼寧公式法推求，面積A根據(jù)實測斷面資料算得，水面比降為實測值3‰，糙率按測驗河段邊界條件取0.030。漢陰水位站水位～流量關(guān)系曲線見見圖4、表6。

圖4 漢陰水位站水位流量關(guān)系曲線圖

表6 漢陰水位站水位流量關(guān)系曲線計算成果表

4 預(yù)警信號相應(yīng)水位流量分析確定

漢陰水位站為中小河流自動測報水位站，根據(jù)洪水量級及其發(fā)展態(tài)勢，以及可能造成的危害程度，采用與預(yù)警級別相應(yīng)的水位(流量)或洪水重現(xiàn)期綜合分析，并參照警戒水位(流量)、保證水位(流量)等防汛指標或歷史最高水位(流量)特征值指標確定。

(1)藍色預(yù)警：依據(jù)洪水藍色預(yù)警信號確定標準，水位(流量)接近警戒水位(流量)或洪水要素重現(xiàn)期接近5年(洪峰流量445 m3/s)，結(jié)合漢陰縣城段堤防工程防洪標準，經(jīng)綜合分析確定漢陰水位站洪水藍色預(yù)警信號相應(yīng)流量為400 m3/s，查水位流量關(guān)系曲線得相應(yīng)水位為326.40 m。

(2)黃色預(yù)警：依據(jù)洪水黃色預(yù)警信號確定標準。水位(流量)達到或超過警戒水位(流量)或洪水要素重現(xiàn)期達到或超過5年(洪峰流量445 m3/s)，結(jié)合漢陰縣城段堤防工程防洪標準，經(jīng)綜合分析確定漢陰水位站洪水黃色預(yù)警信號相應(yīng)流量確定為600 m3/s，查水位流量關(guān)系曲線得相應(yīng)水位為327.00 m。

(3)橙色預(yù)警：依據(jù)洪水橙色預(yù)警信號確定標準。水位(流量)達到或超過保證水位(流量)或洪水要素重現(xiàn)期達到或超過20年(洪峰流量692 m3/s)，結(jié)合漢陰縣城段堤防標準，經(jīng)綜合分析確定漢陰水位站橙色信號相應(yīng)流量為700 m3/s，查水位流量關(guān)系曲線得相應(yīng)水位327.30 m。

(4)紅色預(yù)警：依據(jù)洪水紅色預(yù)警信號確定標準。水位(流量)達到或超過歷史最高水位(最大流量)或洪水要素重現(xiàn)期達到或超過50年，結(jié)合漢陰縣城段堤防標準，經(jīng)綜合分析確定漢陰水位站紅色信號相應(yīng)流量為850 m3/s，查水位流量關(guān)系曲線得相應(yīng)水位327.70 m。

5 成果合理性分析

(1)與漢陰現(xiàn)場防洪工程比較分析

本次以公路護堤堤頂高程與初步擬定的漢陰水位站預(yù)警水位比對，進行合理性分析，其比對分析結(jié)果見表7、圖5。

表7 河堤高程與預(yù)警水位對比分析

圖5 漢陰水位站中斷面大斷面圖

由表8可知，漢陰水位站測驗斷面右岸公路河堤堤頂高程較預(yù)警水位高。堤頂即公路路面高程(327.87 m)設(shè)計洪水頻率為30 a一遇，本次分析所擬紅色預(yù)警信號流量為850 m3/s，相應(yīng)水位為327.70 m，低于公路面0.17 m，由此分析預(yù)警指標確定是基本合理的。

(2)與有關(guān)規(guī)定的符合性分析

漢陰水位站洪水藍色預(yù)警信號相應(yīng)流量確定為400 m3/s，略小于該水位站5 a一遇設(shè)計洪水洪峰流量(445 m3/s)及警戒流量(500 m3/s)；黃色預(yù)警信號相應(yīng)流量確定為600 m3/s，大于該水位站5 a一遇設(shè)計洪水洪峰流量(445 m3/s)及警戒流量(500 m3/s)，小于該水位站20 a一遇設(shè)計洪水洪峰流量(692 m3/s)；橙色預(yù)警信號相應(yīng)流量確定為700 m3/s，略大于該水位站20 a一遇設(shè)計洪水洪峰流量(692 m3/s)；紅色預(yù)警信號相應(yīng)流量確定為850 m3/s，相當于該水位站50 a一遇設(shè)計洪水洪峰流量(848 m3/s)。以上四個預(yù)警指標確定成果符合規(guī)范相應(yīng)標準要求及當?shù)胤姥葱枰?，確定的預(yù)警信號相應(yīng)流量比較合理。

(3)與鄰近水文站及漢陰縣有關(guān)指標的符合性分析

漢陰縣2020年縣城防洪預(yù)案確定的警戒流量為500 m3/s，鄰近流域恒河上設(shè)有恒口水文站，恒口水文站警戒流量為500 m3/s。以上四個預(yù)警指標確定的預(yù)警信號相應(yīng)流量、水位與上述警戒流量比較基本合理。

(4)與實際發(fā)生洪水比較分析

從2010年建站以來至2019年，漢陰水位站出現(xiàn)最大洪峰流量為763 m3/s(2014年9月24日)，從發(fā)生的頻率來看以上四個預(yù)警信號相應(yīng)流量、水位比較合理。

6 結(jié)論及建議

6.1 結(jié)論

綜上所述，最終確定漢陰水位站洪水藍色預(yù)警信號相應(yīng)流量確定為400 m3/s，水位為326.40 m；黃色預(yù)警信號相應(yīng)流量確定為600 m3/s，水位為327.00 m；橙色預(yù)警信號相應(yīng)流量確定為700 m3/s，水位為327.30 m；紅色預(yù)警信號相應(yīng)流量確定為850 m3/s，水位為327.70 m。

6.2 建議

(1)漢陰水位站建設(shè)目的為防汛專用水位站，本次預(yù)警信號相應(yīng)水位(流量)設(shè)計洪水計算成果主要依據(jù)《水文手冊》無實測洪水資料地區(qū)設(shè)計洪水計算的經(jīng)驗公式、推理公式、水文比擬法推算確定，需要在后期的工作中進一步驗證所確定預(yù)警相應(yīng)水位(流量)數(shù)值的準確性。

(2)漢陰水位站為山區(qū)中小河流，上下游附近河道斷面會受到洪水及人類活動等因素的影響將有所變化，由于河道斷面的變化會引起水位流量關(guān)系的變動。因此，在使用預(yù)警水位過程中，應(yīng)根據(jù)水位站上下游河道演變情況，及時修定預(yù)警水位值，為洪水防御部門提供合理的預(yù)警信號指標。