馬 博

（陜西省水旱災(zāi)害防御中心,陜西 西安 710004）

1 測站概況

1.1 測站基本情況

南秦河麻池河水位站位于長江流域丹江水系南秦河上游,屬2011年中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的水位站,測站編碼62003120,位于陜西省商洛市商州區(qū)楊鎮(zhèn)楊斜村,距楊斜鎮(zhèn)下游5.5 km,控制流域面積207.5 km2,河長22.6 km,比降26.6‰,測站斷面以上流域設(shè)有東岳廟、楊斜2 個(gè)遙測雨量站。

1.2 測站設(shè)施設(shè)備

該站配有雷達(dá)水位計(jì)、翻斗式雨量計(jì)、通信終端RTU、太陽能充蓄電池、避雷設(shè)備各一套,2 支人工直立式水尺、斷面標(biāo)志、斷面樁各一對,一條下河觀測道路,有BM1 和BM2兩處水準(zhǔn)點(diǎn),BM1 設(shè)在楊斜鎮(zhèn)楊斜村組王英明家院子,距灶房坎沿下0.5 m,距正房16.0 m,相對于水位站右岸下游40 m公路里村莊,引測高程888.043 m；BM2 設(shè)在水位站右岸,從下河臺(tái)階前坎向下游直線距離16.0 m,公路邊綠化帶處,引測高程887.305 m,兩處水準(zhǔn)點(diǎn)高程均采用黃?；?。

1.3 測驗(yàn)河段情況

麻池河水位站測驗(yàn)河段順直,測驗(yàn)區(qū)間為卵石、砂礫石河床,中低水中泓靠右岸。兩岸為公路路基,河流左岸為滬陜高速G40 路基,高速路基砍高平均約7 m 左右,右岸為洛柞線S307 省道路基,路基砍高平均約6.5 m 左右。上、下斷面間距200 m,距中斷面約200 m 的下游處有一攔砂壩,壩高1.5 m,對水位站的影響很小,斷面形狀大致呈不規(guī)則U 形。測得大斷面高程數(shù)據(jù)見表1,大斷面圖見圖1。

圖1 麻池河水位站大斷面圖

表1 麻池河水位站大斷面測量數(shù)據(jù)

1.4 測站報(bào)汛任務(wù)及報(bào)汛曲線

麻池河水位站為汛期站,報(bào)汛項(xiàng)目為雨量和水位；即每年5 月1 日至11 月1 日報(bào)日、旬、月降雨量,起報(bào)標(biāo)準(zhǔn)為1 mm,按24-24 段次報(bào)雨量和水位信息。

麻池河報(bào)汛曲線的率定采用曼寧公式。率定時(shí)依據(jù)河床及岸壁情況,糙率選用0.040,比降采用實(shí)測值8.1‰,報(bào)汛曲線見圖2。

圖2 麻池河水位站報(bào)汛曲線

2 測站上下游水利工程及下游防洪對象

2.1 水利工程

對麻池河水位站上下游進(jìn)行現(xiàn)場踏勘調(diào)查,發(fā)現(xiàn)每隔800m 左右,建有攔砂壩,壩高約1.5 m 左右。建攔砂壩主要目的是保護(hù)兩岸河堤基礎(chǔ),對本站水位流量關(guān)系有一定的控制作用；距測站上游300 m、500 m 處及下游處800 m 各有普通人行石拱橋一座,除此無其它水利工程。

2.2 防洪對象

對測站斷面上下游進(jìn)行實(shí)地調(diào)查,防洪對象為測站上下游河道兩邊公路路基、拱橋和耕地。

測站上下游村民住房大多坐落在公路兩側(cè)的田地里,河沿上有少數(shù)居民住房。居民房基均高于普通公路路基,一河兩岸耕地約8000 余畝,涉及2 個(gè)村民小組,住戶800 戶左右,人口約0.3 萬人。

3 防洪對象的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及防洪能力

3.1 公路路基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

由現(xiàn)場踏勘,麻池河水位站上下游河道均沿公路穿行,左岸為高速路,路基洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇以上,右岸為洛南縣至柞水縣的縣級公路路基,設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)25年一遇以上。

3.2 上下游拱橋泄水能力

通過現(xiàn)場測算上游較小的拱橋有2 個(gè)孔口,單跨長24.3 m,拱高6.5 m,左右對稱,2 孔總過水面積92.9 m2,洪水流速按3.8 m/s 計(jì),過水能力約353 m3/s,下游拱橋也為2 個(gè)孔口,單跨長12.5 m,拱高4.45 m,左右對稱,2 孔總過水面積80.2 m2,本橋所處河段比降較上游稍大,洪水流速按4.4 m/s 計(jì),過水能力約361 m3/s。上下游橋的防洪能力均在10年一遇以上。

3.3 河道兩岸耕地防洪能力

上下游河道兩岸的耕地大部分布在兩岸路基以上,有少部分耕地處在路基路沿外,高于路基以上的均有25年以上的防洪標(biāo)準(zhǔn),在低于路沿以下的,選一較小行洪能力的河段,測得一個(gè)過水?dāng)嗝婕昂拥辣冉?根據(jù)河床情況選取糙率為0.040,用曼寧公式推求該處斷面的最大行洪能力為210 m3/s,當(dāng)流量超過此值時(shí)會(huì)漫過公路路基外沿的部分耕地。

4 預(yù)警水位確定方法

根據(jù)麻池河目前現(xiàn)有的資料情況,屬于無資料區(qū)域設(shè)計(jì)洪水,因此采用商洛水文手冊中提供的匯水面積法、綜合參數(shù)法及暴雨資料分別推求測站2年及5年一遇頻率的洪峰流量,采用比耕地防洪能力偏小的洪水流量作為預(yù)警流量,再由這個(gè)預(yù)警流量在麻池河水位站率定的水位流量關(guān)系線上查算其相應(yīng)水位,即為確定的預(yù)警水位。

4.1 匯水面積相關(guān)法

按照《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊》中暴雨洪水分析總結(jié)的匯水面積相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式,計(jì)算站址處的設(shè)計(jì)洪峰流量。計(jì)算公式如下：

式中：QN為重現(xiàn)期為N 的設(shè)計(jì)洪峰流量,m3/s；A 為設(shè)計(jì)流域面積,km2；KN、n 為重現(xiàn)期為N 的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和指數(shù),指數(shù)n 采用手冊值0.059。

麻池河水位站斷面以上流域積為207.5 km2。根據(jù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)在手冊查得的參數(shù)、指數(shù),得設(shè)計(jì)洪峰流量見表2。

表2 匯水面積相關(guān)法洪水計(jì)算成果表

4.2 綜合參數(shù)法

按照《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊》中暴雨洪水分析總結(jié)的綜合參數(shù)法相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式,計(jì)算站址處的設(shè)計(jì)洪峰流量。計(jì)算公式如下：

式中：Qp為設(shè)計(jì)頻率為p 的洪峰流量,m3/s；F 為設(shè)計(jì)流域面積,km2；J 為主河道平均比降,‰；Hp為設(shè)計(jì)頻率為p 的的六小時(shí)暴雨量,本次計(jì)算分別采用實(shí)測值,即H0.1=63.8 mm,H0.2=50 mm,H0.5=32 mm；Kp為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)；n、a、β為經(jīng)驗(yàn)指數(shù)。

根據(jù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)在手冊查算參數(shù)、指數(shù),得計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量見表3。

表3 綜合參數(shù)法洪水計(jì)算成果表

4.3 由暴雨推求設(shè)計(jì)洪水

根據(jù)楊斜雨量站1947年~2013年47年的雨量資料,分別統(tǒng)計(jì)其歷年1 h、3 h、6 h、12 h、24 h 時(shí)段內(nèi)最大降雨量,用頻率計(jì)算的方法分別推求其頻率為2年、5年、10年的設(shè)計(jì)暴雨量。在設(shè)計(jì)暴雨確定后,由點(diǎn)雨量系數(shù)公式：

式中：at為歷時(shí)為t 的暴雨點(diǎn)面系數(shù)；F 為設(shè)計(jì)流域面積,km2；at、bt為線型擬合參數(shù)）確定面雨量。根據(jù)商洛水文手冊,選用24 小時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配雨型求其時(shí)段降雨量。

由暴雨間接推求洪水,首先假定設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)洪水是同頻率。根據(jù)該區(qū)域水文氣象、地質(zhì)地貌、下墊面等因素確定產(chǎn)流方式為蓄滿產(chǎn)流。因此按蓄滿產(chǎn)流方式計(jì)算設(shè)計(jì)降雨過程的凈雨過程,推理公式：

式中：Qm為洪峰流量,m3/s；ht為單雨峰的凈雨,mm；F 為流域面積；m 為經(jīng)驗(yàn)性的匯流系數(shù)；L 為河流長度,km；J 為河道平均比降；τ為流域匯流時(shí)間,h；0.278 為單位換算系數(shù)。

推算成果見表4。

4.4 綜合比選確定預(yù)警水位

通過以上計(jì)算分析,由多種方法推算的設(shè)計(jì)洪水成果見表5 及防洪對象的防洪能力見表6,通過列表數(shù)據(jù)可以看出,防洪對象的最小防洪能力為耕地247 m3/s,從推求的2年一遇設(shè)計(jì)洪水?dāng)?shù)值上看偏小,對預(yù)警意義不大,5年一遇設(shè)計(jì)洪水?dāng)?shù)值較接近,因此預(yù)警流量應(yīng)在5年一遇的設(shè)計(jì)洪水范圍中采取。為引起人們的警覺,綜合考慮波浪爬高、河道淤積等因素,采用200 m3/s 作為預(yù)警流量,由該站率定的水位流量關(guān)系曲線查算得其相應(yīng)水位為885.43 m。即把885.43 m 確定為該站的預(yù)警水位。

表5 推算成果數(shù)據(jù)比選表

表6 上、下游拱橋及耕地的防洪能力表

5 預(yù)警水位合理性分析

經(jīng)過計(jì)算分析確定的麻池河預(yù)警水位885.43 m,相應(yīng)流量200 m3/s,相當(dāng)于5年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)。通過現(xiàn)場踏勘測站上下游河道,并對防洪對象的計(jì)算和分析得出,當(dāng)麻池河水位站出現(xiàn)警戒水位時(shí),兩岸路基均在25年以上設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn),因此測站上下游范圍內(nèi)高速路、縣級路的路基均在安全范圍內(nèi)；同時(shí)上下游拱橋的防洪能力已超過10年以上的防洪標(biāo)準(zhǔn),也在安全范圍內(nèi);但是,如果上游的降雨引起洪水上漲,超過這個(gè)警戒流量對應(yīng)的水位值時(shí),河道兩旁的部分耕地將有可能受到洪水沖擊,遭遇洪澇或發(fā)生其它不安全因素,這時(shí)就要引起防汛管理部門的警惕。因此認(rèn)為預(yù)警水位基本合理。

6 結(jié)論

麻池河水位站上下游附近河道會(huì)受到洪水及人類活動(dòng)等因素的影響將有所變化,由于河道斷面的變化會(huì)引起預(yù)警水位的變動(dòng),因此,在使用麻池河水位站預(yù)警水位過程中,應(yīng)根據(jù)麻池河水位站上下游河道演變情況,及時(shí)修定預(yù)警水位值,為防汛部門提供合理的防洪指標(biāo)。