瞬时单位线在清水河宝钛工业园区洪水预报中的应用

石牡丽

瞬时单位线在清水河宝钛工业园区洪水预报中的应用

石牡丽

（陕西省水文水资源勘测局，陕西西安710068）

针对清水河流域短缺资料的实际情况，姚家岭水位站距离下游报钛工业园区相对较近，出于安全考虑，根据地面净雨强度，将瞬时单位线转化为1小时的时段单位线推求洪水过程的方法和用单位线推求出面雨量和洪峰流量与重现期的关系查图法，能够满足预警预报的要求，可以应用于清水河流域宝钛工业园区的洪水预警预报中。

瞬时单位线；洪水预报；应用

1 流域概况

清水河是渭滨区境内渭河右岸一级支流，发源于秦岭北麓，由南向北流经渭滨区八鱼镇、马营镇、于马营镇东汇入渭河。干流长28.4 km，流域面积162.5 km2，河道平均比降35.2‰。主要支流有大清河，西岔河和东岔河。其中大清河和西岔河位于清水河左岸，东岔河位于清水河右岸，东岔河以下干流顺直，无大支流汇入，整个流域呈扇形。清水河流域地形南高北低。流域中上游为峰岭错列，山崖陡峻的土石中低山区，清水河姚家岭以南植被丰茂，水土保持良好，姚家岭以北侵蚀严重，近年来采取了植树造林和台塬坡面绿化工程，在一定程度上缓减了水土流失现状。大部分地区森林覆盖，植被良好，下游两岸为黄土台原区。清水河地处秦岭北麓，夏秋季节雨量比较充沛，旱情多发生在冬春季节，夏季受南方暖湿气流影响，易发生大暴雨，河流具有山溪性河流洪水暴涨暴落的特性。除涨水情况下，清水河水质清澈，含沙量低，多年平均输沙量1.35万t，多聚于清水河入渭河口。

2 姚家岭水位站概况

2.1 水位站地理位置及主任务

姚家岭水位站位于宝鸡市渭滨区马营镇姚家岭村，是渭河右岸的一级支流清水河干流控制站，断面以上河道平均比降32.5‰，河长22 km，控制集水面积124 km2。测验项目包括水位、雨量。水位站的管理采取无人值守，委托当地人看管的模式，担负向国家大型企业宝钛集团有限公司、马营镇及下游沿河各村镇的防汛任务。

2.2 测验河段概况

测验河段顺直，断面右岸紧邻宝钛厂区公路，左岸为宝钛管棒工厂，两岸有河堤，河床由砂卵石组成。历年最高洪水位797.50 m，最低枯水位为790.50 m。

3 预报的总体思路

此本次计算根据《宝鸡市水文适用手册》中提供的点平均暴雨量等值线图和相关的地区综合参数，用暴雨洪水图集法推求设计暴雨，按地区综合概化成的典型概化雨型（用百分比表示）来推求暴雨的时程分配，按蓄满产流方式进行产流计算，用初损后损法推求地面设计净雨过程，根据本区域流域面积，比降和相关参数，利用S曲线将瞬时单位线转换为1 h的时段单位线的汇流计算来实现由降雨量推求洪水过程的预报方法。

4 预报的原理依据

瞬时单位线属于一种概念性模型，它是1957、1960年由J.E.纳希推导出瞬时单位线的数学方程，用矩法确定其中的参数，并提出时段转换等一整套方法。流域瞬时单位线：流域上分布均匀，历时趋于无穷小，强度趋于无穷大，总量为一个单位的地面净雨在流域出口断面形成的地面径流过程线。瞬时单位线用于短缺资料或无资料地区的洪水计算。参数n、K,决定单位线的形状和特征。本次计算中清水河流域的n、K是通过m1,m2，计算得出来的。瞬时单位线最终要通过s曲线转化为时段单位线才能用，用法和经验单位线的用法一样。

5 预报的方法与步骤

5.1 产流计算

5.1.1 用暴雨洪水图集法推求设计面暴雨量

根据设计标准p%=（p=20%、10%、5%、2%）和以上的地区综合统计参数，推求出各时段的设计点雨量，本方案中在点暴雨等值线图上查出不同频率下的点平均暴雨量，和相应的CV, CS=3.5CV，并根据宝鸡地区秦岭北麓1 h、3 h、6 h、24 h的拟合曲线参数at与指数,bt,带入公式a=1/(1+atF)bt算出点面折算系数a，再根据x设=x kp和x面=x设×a推算出面暴雨量，最大12 h点暴雨量由最大6 h，最大24 h点暴雨量根据公式H12=(H6×H24)0.5内插推求。

5.1.2 用初损后损法推求设计地面净雨过程

（1）选定设计暴雨雨型

本方案采用《宝鸡市水文适用手册》按地区综合概化成的典型概化雨型（用百分比表示）来推求暴雨的时程分配。流域面积小于或等于300 km2的流域选最大12小时设计暴雨雨型。

（2）推求设计地面计净雨过程

根据暴雨时程分配表，推求设计频率p%=（p=20%、10%、5%、2%、）的设计净雨过程。

前期影响雨量Pa、土壤最大蓄水量Im的计算

本方案中Pa采用秦岭北麓、西部山区的分区定数Pa=2/3× Im=47 mm,Im=70 mm。

扣除损失量推求地面净雨过程：

①初损量的计算：本方案中P初损采用秦岭北麓、西部山区的分区定数P初损=Im/3，也就是说本次降雨量与前期影响雨量之和大于土壤最大蓄水量才开始时产流。此时的损失量就是初损量采用一次扣除的方式。

②扣除后损P后损计算：后损P后损按按总净雨深P净总的20%各时段平均扣除在各个产流时段P净总=p+pa-Im

③求地面净雨过程：从各个时段的地面净雨深中，分别把初损后损量逐时段扣除就得到地面净雨过程。

5.2 汇流计算

5.2.1 根据《宝鸡市水文适用手册》，结合清水河流域面积、比降和地区综合参数确定m1，m2

①根据产流计算过程，从不同设计频率下的地面净雨数据，计算造峰历时TP和时段平均造峰雨强I

TP=1.63（F/J）0.244=2（定值）

②计算m1，m2

根据公式:m1=m1I=10×(10/I)b

m1I=10=2.394（F/J）0.243=2.394×（124/35.2）0.243=3.25（定值）

b=0.628-0.1207lgF=0.628-0.1207×lg124=0.375（定值）

根据TP的取值在地面净雨过程中选取最TP小时净雨量HnpI=Hnp/Tp

Ik=18.75(F/J)0.181=23.5（定值）

如果I＜Ik,取I值，如果I＞Ik，取Ik值。其中：m1I=10为当I=10 mm时，m1的值；I为造峰雨时段平均雨强（mm/h)；F为流域面积；J为河道平均比降；b为非线性改正指数；TP为造峰历时及平均雨强的确定；Hnp为造峰历时的净雨量；Ik为临界雨强。

m2=0.882×(F/J)-0.197=0.69（定值）

③计算n,k值

根据式n=1/m2，K=m1/n求出不同设计频率所对应的n,k值。不同重现期所对应的m1，m2，n，k值见表1。

5.2.2 用（s）t曲线将瞬时单位线转化为1小时10 mm的时段单位线

由n和t/k为参数查s(t)曲线表，求得瞬时单位线，由瞬时单位线转换为时段单位线。假定流域上净雨持续不断，每一单位时段有一单位净雨，则可以求出出口断面的流量过程，该过程线称为s曲线。流域上的净雨历时不同，雨强也不同，所形成的单位线面积相同，形状却不同，因此需要转化单位线的时段长来满足推求流量的需要。s曲线就是瞬时单位线的累积曲线，由单位线纵坐标值累加求得。有了s曲线就可以用s曲线转换为单位线的时段长，本方法中采用时段为1 h，之所以用1 h是因为姚家岭水位站的遥测雨量数据和姚家岭雨量站遥测雨量数据设置为1 h报送一次，与之配套计算，预报更方便些，更适合实时滚动预报。

根据《宝鸡市水文适用手册》的相关规定，经计算重现期为20年以上（包括20年）所对应的（s）t曲线是一样的，因为最大2 h造峰雨强均大于临界雨强23.5 mm/h,取临界值，所计算出来的m1、m2相同，n、k值也相同，因此（s）t曲线也是相同的。重现期在20年以下，最大2 h造峰雨强均小于临界雨强23.5 mm/h,因此计算出来的n、k值不同，（s）t曲线也不同，但差别不大。根据预警预报要求，计算了20年一遇、10年一遇、5年一遇的最大2 h的造峰雨强，并根据雨强，求得n、k值，推算了其相应（s）t曲线。不同重现期所对应的瞬时单位线转换为1 h的时段单位线计算表见表2。

表1 不同重现期所对应的m1，m2，n，k值见下表

表2 单位线列表重现期所对应的m1，m2，n，k值见下表

表3 姚家岭水位站不同重现期的洪峰流量、洪峰滞时表

5.2.3 选定预警预报所用的时段单位线

针对清水河流域的实际情况，经过分析计算后确定用三种单位线进行预警预报。根据产流方案，当最大2 h造峰地面净雨雨强≤14.1 mm/h时用单位线1，当最大2 h造峰地面净雨雨强14.1 mm/h≤I≤18.6 mm/h时用单位线2，当最大2 h造峰地面净雨雨强I≥Ik临界雨强=23.5 mm/h时用单位线3。单位线列表见表2。

5.2.4 用excel编程序制表直接输入数据做预警预报

选起涨流量为基流，单位线计算的流量过程中最大流量就是洪峰流量Q，从选用时段降雨量资料中，参与计算的第一个时段的时间t+最大流量出现的时段数n就是峰现时间T。参与计算的第一个时段的时间就是地面径流开始的时间，也就是降雨重心时间。时段数n就是洪峰滞时。降雨重心时间+洪峰滞时=峰现时间T。

6 用不同频率暴雨推算不同频率洪峰流量建立关系进行预报

6.1 根据面平均雨量计算洪峰流量、洪峰滞时

以上是根据净雨雨强，选用用瞬时单位线转换为1 h段单位线实现预警预报的方法，同时还可以不同频率的降雨量，利用典型概化雨型，应用单位线推求不同频率的洪水建立关系，用重

图1 姚家岭水位站面平均雨量与重现期关系图

现期作为纽带，直接查图进行快速预报。计算结果见表3。

6.2 建立雨量与重现期，流量与重现期关系图

6.3 作业预报的方法与步骤

图2 姚家岭水位站洪峰流量与重现期关系图

（1）根据相应时段的面平均降雨量查图1，求出重现期；

（2）用所查重现期和相应的时段查图2，求出洪峰流量；

（3）根据表3内插求出洪峰滞时，面降雨量结束时间+洪峰滞时=峰线时间，由于姚家岭所属流域面积小，峰现时间在3 h之内，根据表3内插即可。

7 结论

根据预警预报任务要求，当预警预报站接近预报标准或区域平均降雨量达50 mm时，应及时作预警预报，针对清水河流域短缺资料的实际情况，姚家岭水位站距离下游宝钛工业园区相对较近，出于安全考虑，根据地面净雨强度，将瞬时单位线转化为1 h的时段单位线推求洪水过程的方法和用单位线推求出面雨量和洪峰流量与重现期的关系查图法，能够满足预警预报的要求，可以应用于清水河流域宝钛工业园区的洪水预警预报中。

Application of the Instantaneous Unit Line in Flood Forecast of Baotai Industrial Park Area in Qingshuihe River

Shi Muli
（Shaanxi provincial hydro-geologyand water resources exploration bureau,Xi’an 710068,Shaanxi）

In viewofthe actual situation ofthe shortage ofwater resources in the Qingshui River Basin,Yaojialing water station is relatively close to the downstream Baotai industrial park.For safety,according to the ground rainfall intensity,the instantaneous unit line is converted intoa 1 hour period unit line tocalculate the flood process and to find out the relationship between the rainfall and the peak flow together with its reproduction period,The method can be applied to the flood forecasting of Baotai Industrial Park in Qingshui,which can be used tothe flood warningand forecastingin Baotai Industrial Park area ofQingshui River Basin.

The instantaneous unit line；flood forecastingand application

TV122

B

1673-9000（2017）02-0009-03

2017-01-17

石牡丽（1981-），女，陕西府谷人，工程师，主要从事水文水资源工作。