麥里河曹家鎮(zhèn)水位站預(yù)警預(yù)報(bào)方法探討

石牡麗

(陜西省寶雞水文水資源勘測(cè)局，陜西 寶雞 721006)

0 引言

隨著《陜西省中小河流水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，我省相繼建成了一批新建水文站、水位站。為了充分發(fā)揮中小河流新建水文站、水位站遙測(cè)設(shè)備的作用，更好的為各級(jí)防汛指揮部門防汛決策提供可靠技術(shù)支撐，最大限度的減少寶雞市中小河流洪水災(zāi)害給沿河人民群眾生命財(cái)產(chǎn)造成的損失，研究新建水位站預(yù)警預(yù)報(bào)方法成為了防汛減災(zāi)的重要課題。

麥李河流域僅有曹家鎮(zhèn)水位站一處，本站測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有水位、雨量。擔(dān)負(fù)曹家鎮(zhèn)、陜西汽車制造廠等重要廠礦企業(yè)及下游沿河各村鎮(zhèn)的防汛任務(wù)，因此研究曹家鎮(zhèn)水位站預(yù)警預(yù)報(bào)方法尤為重要。

1 流域概況

麥李河又名麥里河是岐山縣境內(nèi)渭河右岸一級(jí)支流。河流發(fā)源于岐山縣曹家鎮(zhèn)石灰子溝，。干流河長18.1 km，河道平均比降19.5‰,流域面積63.7 km2。麥里河沿途流經(jīng)岐山縣曹家鎮(zhèn)和五丈原鎮(zhèn)于北星村后匯入渭河，沿途的主要支流有西溝河、車長溝等小河流。麥李河曹家鎮(zhèn)水位站流域水系圖,見圖1。

曹家鎮(zhèn)水位站于2012年建成，位于寶雞市岐山縣曹家鎮(zhèn)，是渭河右岸的一級(jí)支流麥李河干流控制站，斷面以上河道平均比降22.2‰，河長11 km，控制集水面積54.0 km2。

曹家鎮(zhèn)水位站設(shè)置基本斷面和上下比降斷面，測(cè)驗(yàn)河段順直，兩岸為砼砌石護(hù)坡，河床由砂卵石組成。在基本斷面附近設(shè)置三個(gè)基本水準(zhǔn)點(diǎn)。曹家鎮(zhèn)水位站斷面附近河道較窄，麥李河穿村而過，防護(hù)能力相對(duì)較低。

圖1 麥李河曹家鎮(zhèn)水位站流域水系圖

2 水位站預(yù)報(bào)總體思路

由于麥里河流域既沒有水文站，也缺乏雨量站資料，因此本方案根據(jù)《寶雞市水文適用手冊(cè)》中提供的點(diǎn)平均暴雨量等值線圖和相關(guān)的地區(qū)綜合參數(shù)，用暴雨洪水圖集法推求設(shè)計(jì)暴雨。按地區(qū)綜合概化成的典型概化雨型（用百分比表示）來推求暴雨的時(shí)程分配，按蓄滿產(chǎn)流方式進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)算，用初損后損法推求地面設(shè)計(jì)凈雨過程，根據(jù)本區(qū)域流域面積，比降和相關(guān)參數(shù)，利用推理公式法、經(jīng)驗(yàn)公式法、和水文比擬法三種方法比較后優(yōu)選推理公式法計(jì)算成果，由重現(xiàn)期作為連接降雨量、流量和匯流時(shí)間的橋梁，建立三者關(guān)系并按曲線制作曲率表進(jìn)行快速預(yù)報(bào)的方法。

3 水位站預(yù)警預(yù)報(bào)方法分析

3.1 產(chǎn)流計(jì)算

1）用暴雨洪水圖集法推求設(shè)計(jì)面暴雨量。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)p%=（20、10、5、3.33、2、1）和以上地區(qū)的綜合統(tǒng)計(jì)參數(shù)，推求出各時(shí)段的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量，本次分析中在點(diǎn)暴雨等值線圖上查出不同頻率下的點(diǎn)平均暴雨量，和相應(yīng)的CV,CS=3.5CV，并根據(jù)寶雞地區(qū)秦嶺北麓1小時(shí)、3小時(shí)、6小時(shí)、24小時(shí)的擬合曲線參數(shù)at與指數(shù)bt,帶入公式a=1/(1+atF)bt算出點(diǎn)面折算系數(shù)a。

2）根據(jù)x設(shè)=和x面=x設(shè)·a推算出面暴雨量，最大12小時(shí)點(diǎn)暴雨量由最大6小時(shí)，最大24小時(shí)點(diǎn)暴雨量根據(jù)公式H12=(H6·H24)0.5內(nèi)插推求；其次選定設(shè)計(jì)暴雨雨型用初損后損法推求設(shè)計(jì)地面凈雨過程。

3）根據(jù)前期影響雨量pa、土壤最大蓄水量Im，后損按總凈雨深的20%各時(shí)段平均扣除在各個(gè)產(chǎn)流時(shí)段，用初損后損法推求地面設(shè)計(jì)凈雨過程。在本次分析中，Pa采用秦嶺北麓、西部山區(qū)的分區(qū)定數(shù)pa=2/3·Im=47mm,Im=70mm。初損量采用秦嶺北麓、西部山區(qū)的分區(qū)定數(shù)P初損=Im/3。不同頻率的面雨量計(jì)算見表1。

表1 不同頻率的面雨量計(jì)算

3.2 匯流計(jì)算

3.2.1 推理公式法

根據(jù)《寶雞市水文適用手冊(cè)》，結(jié)合麥里河流域面積、比降和地區(qū)綜合參數(shù)用推理公式法計(jì)算曹家鎮(zhèn)水位站不同頻率的設(shè)計(jì)洪水：

①Q(mào)m～τ曲線計(jì)算公式

依據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》推薦公式：

②計(jì)算Qm～t曲線

將最大凈雨過程按公式(1)計(jì)算Qm～t關(guān)系曲線。將Qm～τ及Qm～t兩曲線繪于同一坐標(biāo)系中，兩曲線交點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)數(shù)值即為所求的洪峰流量和匯流歷時(shí)，即為所求的設(shè)計(jì)洪峰流量Q和匯流歷時(shí)τ值。曹家鎮(zhèn)水位站不同頻率洪峰流量成果見表2。

表2 曹家鎮(zhèn)水位站不同頻率洪峰流量成果

3.2.2 經(jīng)驗(yàn)公式法

依據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》推薦的經(jīng)驗(yàn)公式，采用秦嶺北麓、西部山區(qū)分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式推求。其經(jīng)驗(yàn)公式如下：

式中：Qp為設(shè)計(jì)頻率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（‰）；H6P為涉計(jì)頻率為6小時(shí)的暴雨量（mm）。

表3 經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算的不同頻率的設(shè)計(jì)洪水流量

3.2.3 水文比擬法

《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》規(guī)定：設(shè)計(jì)流域內(nèi)或產(chǎn)匯流條件較為相似的同一水文分區(qū)流域內(nèi)有水文站實(shí)測(cè)洪水資料的，面積差不超過20%時(shí)，可將水文站作為參證站，根據(jù)參證站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果，應(yīng)用面積比擬法推求設(shè)計(jì)流域的設(shè)計(jì)洪水，計(jì)算公式：

式中：Q設(shè)P為設(shè)計(jì)站控制斷面設(shè)計(jì)流量（m3/s）；Q參P為參證站設(shè)計(jì)流量（m3/s）；F設(shè)為設(shè)計(jì)站控制斷面以上流域面積（km2）；F參為參證站以上流域面積（km2）；n為指數(shù)，取2/3。

表4 應(yīng)用面積比擬法推求設(shè)計(jì)流域的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

3.3 計(jì)算成果對(duì)比分析及成果選用

由表5可知，經(jīng)驗(yàn)公式法與推理公式法計(jì)算值基本相近，水文比擬法值偏小，推理公式法是推求小流域設(shè)計(jì)洪水最常用方法，且具有一定的理論依據(jù)，出于偏安全考慮，本次優(yōu)先選用推理公式法成果進(jìn)行預(yù)警方法的研究。

4 推理公式法計(jì)算結(jié)果應(yīng)用

曹家鎮(zhèn)水位站用推理公式計(jì)算不同重現(xiàn)期的洪峰流量、匯流時(shí)間表，見表6。

表6 曹家鎮(zhèn)水位站不同重現(xiàn)期的洪峰流量、匯流時(shí)間表

4.1 根據(jù)成果資料分別建立重現(xiàn)期與雨量、流量和時(shí)間關(guān)系圖

（1）繪制曹家鎮(zhèn)站累計(jì)凈雨量與相應(yīng)重現(xiàn)期關(guān)系圖（一）

（2）繪制曹家鎮(zhèn)水位站洪峰流量與相應(yīng)重現(xiàn)期關(guān)系圖（二）

（3）繪制曹家鎮(zhèn)站洪峰流量與相應(yīng)匯流時(shí)間關(guān)系圖（三）

4.2 根據(jù)關(guān)系圖進(jìn)行查圖預(yù)報(bào)

首先根據(jù)實(shí)際降雨量計(jì)算出本站累計(jì)凈雨量，然后根據(jù)累計(jì)降雨量查圖（一）得出相應(yīng)的重現(xiàn)期，再由查出的重現(xiàn)期反查圖（二）得出相應(yīng)的洪峰流量，最后由相應(yīng)的洪峰流量查圖（三）得出相應(yīng)洪峰流量的匯流時(shí)間，開始預(yù)報(bào)時(shí)間與匯流時(shí)間之和就是相應(yīng)的峰現(xiàn)時(shí)間。

5 結(jié)語

根據(jù)寶雞水文局預(yù)警預(yù)報(bào)任務(wù)要求，當(dāng)預(yù)警預(yù)報(bào)站接近警戒流量或區(qū)域平均降雨量達(dá)50 mm時(shí)應(yīng)及時(shí)做預(yù)警預(yù)報(bào)。依照《陜西省水情預(yù)警信號(hào)發(fā)布管理辦法》附件，洪水藍(lán)色預(yù)警信號(hào)要求。1）流量（水位）接近警戒流量（水位）；2）洪水要素重現(xiàn)期接近2年～5年。針對(duì)麥里河流域短缺資料、河道狹窄等實(shí)際情況，出于偏安全考慮，根據(jù)地面凈雨量值大小，用推理公式法計(jì)算成果分析的預(yù)警預(yù)報(bào)方法能夠滿足本站預(yù)警預(yù)報(bào)的要求，可以作為一種應(yīng)急預(yù)報(bào)方法應(yīng)用于麥里河流域曹家鎮(zhèn)水位站及陜西汽車制造廠等重要廠礦企業(yè)及下游沿河各村鎮(zhèn)的洪水預(yù)警預(yù)報(bào)中，為防汛決策發(fā)揮作用。