安康月河汉阴水位站洪水预警信号相应水位流量分析

由宇军，邰高曦，贺成民

(陕西省水文水资源勘测局，陕西 西安 710068)

0 引言

安康汉阴县城地处安康市中部，位于月河上游，县城分布于月河两岸，为陕西省暴雨洪水多发区域之一。月河上游洪水暴涨暴落，汇流时间较短，给人民生命财产安全带来威胁极大，2010年设立了汉阴水位站，为洪水防御部门防御局地性暴雨引起的中小河流洪水灾害，提供了及时可靠的依据。依据《陕西省水情预警发布管理办法(试行)》《安康市洪水预警信号发布实施办法(试行)》，洪水预警信号分为“蓝色、黄色、橙色、红色”四个等级。由于汉阴水位站建站时间短，目前尚没有预警信号相应的水位和流量，无法有效地对洪水进行预警，发布预警信号，为防汛抢险争取有效反应时间。因此，推求汉阴水位站的预警信号相应水位、流量等预警指标，对洪水准确预警，发布相应预警信号，启动相应防汛预案，开展洪水防御工作，保障群众生命财产安全具有重要意义。

1 概况

1.1 流域概况

汉阴水位站所在河流为汉江水系月河流域(上游)。月河为汉江的一级支流，发源于凤凰山铁瓦殿，自西向东流经汉阴县和汉滨区，在汉滨区城区西南2 km处观新村自汉江左岸汇入汉江。月河全长117 km，河道平均比降2.79‰，流域面积2830 km2。月河在汉阴县境内的集水面积为970.6 km2，主河道长49.0 km，平均比降6.26‰。汉阴县城观音河汇入后集水面积为277 km2，主河道长21.8 km，平均比降16.4‰。

月河流域呈羽状，左右岸呈不对称分布，右岸岸河沟稀疏、源近流短，左岸河沟发育，河网密集，河道源远流长。在汉阴县境内汇入月河的主要支流有马家河、沐浴河、梨园河、观音河、关寺河、仙鸡河、余家河、洞河、沙坝河、花石河和蒲兰沟等，较大支流有观音河和洞河；在汉滨区境内汇入月河的主要支流有白鱼河、恒河、溢河、花园沟和付家河等。月河流域内多年平均降水量868 mm，多年平均径流量3.06亿m3。

1.2 水文站网概况

月河流域共设有基本水文站2处，中小河流水文(位)监测站5处，雨量站26处。其中干流下游1959年12月设有国家基本水文站长枪铺水文站，控制流域面积2814 km2；支流恒河1957年5月设有杨家营水文站，控制流域面积931 km2，1975年1月基本水尺断面上移50 m更名杨家营(二)站，流域面积929 km2；1999年因恒惠渠大坝加高，该站又下迁至恒口镇改名恒口水文站，控制流域面积为973 km2。

1.3 水位站概况

汉阴水位站2010年设立，位于陕西省汉阴县城关镇，由于汉阴站原断面受下游橡胶坝蓄水和塌坝影响，同级水位下流量误差较大，水位代表性差，2020年9月上迁900 m至现断面，高程采用黄海基面。汉阴水位站控制流域面积277 km2，河长16.7 km。该站主要收集月河上游水文信息，向汉阴县城区水旱灾害防御部门提供水情信息的服务。测验项目包括：水位、雨量，测验方式为有人看管无人值守。

1.4 测验河段概况

汉阴水位站测验河段顺直，上下游有弯道控制，两岸均为人工堤防，河床由砂卵石组成，河床较稳定，控制条件良好。中断面上游约38 m有漫水桥一座，约128 m有一座拦河滚水坝，500 m为汉阴县大桥，大桥上游480 m处有观音河从左岸汇入；下游约150 m有月河西大桥一座、为车辆行人通行拱桥，位置见图1、图2。

图1 汉阴水位站位置示意图

图2 汉阴水位站测验河段影像图

1.5 上下游水利工程及其它工程

(1)上游水库工程

汉阴水位站上游支流观音河建有观音河水库，位于汉阴县观音河镇八庙村，集水面积80 km2，总库容1552万m3，已淤352万m3，坝前淤积高程444.4 m，汛限水位462.5 m(相应库容950万m3)泄洪放水设施有放水涵洞设计泄量2.3 m3/s、排沙泄洪洞设计泄量20 m3/s，溢洪道进口高程463.33 m，设计泄量295 m3/s。水库始建于1958年9月，于1962年4月竣工，是一座以灌溉为主，兼防洪、供水、发电、养鱼等综合功能的中型水利枢纽工程，于2002年进行了除险加固。溢洪道为侧槽开敞式溢洪道，设于右岸，堰顶高程463.33 m，经除险加固处理后，1000 a一遇校核洪水最大泄洪流量517 m3/s。放水涵洞设计流量2.3 m3/s，最大放水流量2.5 m3/s。水库原设计洪水标准按50 a一遇296 m3/s，校核洪水按500 a一遇517 m3/s。

(2)堤防工程

测验河段左右岸均为新修人工河堤，汉阴县城关镇月河河道河堤设计防洪能力为30 a一遇。经踏勘调查，月河汉阴下游沿途各集镇涧池、蒲溪、双乳、恒口、五里、建民等防洪河堤防洪能力为20 a一遇以上洪水。

图3 汉阴水位站河段堤防工程影像图

2 设计洪水洪峰流量分析计算

2.1 洪峰面积相关法

汉阴水位站断面以上控制面积为277 km2，属于小流域范围，且无实测水文资料，根据《安康地区实用水文手册》，月河属于汶池区，采用汶池区洪峰面积计算公式计算。

计算公式如下：

QN=KNFn

式中：QN为重现期为N的设计洪峰流量，m3/s；KN、n为经验参数和指数；F为设计流域面积，km2。

设计洪水计算结果见表1。

表1 汉阴水位站洪峰面积相关法设计洪水洪峰流量计算成果表

2.2 综合参数法

综合参数法，是以流域内设计暴雨量和流域特征等参数为基础而建立的多因素经验公式。其适应范围为面积在10 km2～1000 km2之间。基本公式为：

Qp=KpηFnJαHpβ

式中：Qp为设计频率为p的洪峰流量，m3/s；F为设计流域面积，km2；J为主河道平均比降，‰；Hp为设计频率为P的6 h点暴雨量，mm；Kp为设计频率为P的6 h暴雨模比系数(CV=0.53)；η、n、α、β为经验指数。

根据《安康地区实用水文手册》，综合参数法设计断面设计洪水计算结果见表2。

表2 综合参数法参数法设计洪水洪峰流量计算成果表

2.3 根据设计暴雨资料推求设计洪水(推理公式法)

根据《安康地区水文实用手册》暴雨分区划分及设计暴雨历时规定，查有关图表分别进行设计点暴雨量、设计面雨量、净雨时程分配、产流、汇流计算，汉阴水位站推理公式法计算成果见表3。

表3 推理公式法各设计频率洪峰流量计算成果表

2.4 水文比拟法

本次水文比拟法以流域内或产汇流条件较为相似的同为月河流域的杨家营(恒口)水文站作为参证站，依据杨家营(恒口)水文站实测洪峰流量频率计算成果，采用面积比拟法推求汉阴水位站不同频率的洪峰流量。计算公式为：

式中：Q设、Q参分别为设计断面和杨家营(恒口)水文站洪峰流量；F设、F参分别为设计河段和参证站控制流域面积，其中汉阴水位站以上F设=277 km2，参证站杨家营(恒口)水文站F参=931 km2；n为指数，n=0.667。

水文比拟法推求汉阴水位站不同频率设计洪水洪峰流量见表4。

表4 汉阴水位站不同重现期设计洪水洪峰流量表

2.5 设计洪水成果合理性分析及确定

由上述四种方法计算汉阴水位站设计洪水成果及其它本河段已有成果列举汇总见表5。

表5 汉阴水位站设计洪水计算成果汇总表

从表6中可以看出，洪峰面积相关法与水文比拟法接近，而综合参数法偏小，推理公式法偏大。经与附近水利工程设计洪水计算成果进行对比，其采用方法均为水文比拟法成果，因此本次采用成果为水文比拟法成果。

3 水位流量关系曲线率定

汉阴水位站无实测流量资料，测验河段顺直，上下游控制条件较好，两岸均为人工堤防，河床由砂卵石组成，河床较稳定，测验断面水位流量关系采用曼宁公式法推求，面积A根据实测断面资料算得，水面比降为实测值3‰，糙率按测验河段边界条件取0.030。汉阴水位站水位～流量关系曲线见见图4、表6。

图4 汉阴水位站水位流量关系曲线图

表6 汉阴水位站水位流量关系曲线计算成果表

4 预警信号相应水位流量分析确定

汉阴水位站为中小河流自动测报水位站，根据洪水量级及其发展态势，以及可能造成的危害程度，采用与预警级别相应的水位(流量)或洪水重现期综合分析，并参照警戒水位(流量)、保证水位(流量)等防汛指标或历史最高水位(流量)特征值指标确定。

(1)蓝色预警：依据洪水蓝色预警信号确定标准，水位(流量)接近警戒水位(流量)或洪水要素重现期接近5年(洪峰流量445 m3/s)，结合汉阴县城段堤防工程防洪标准，经综合分析确定汉阴水位站洪水蓝色预警信号相应流量为400 m3/s，查水位流量关系曲线得相应水位为326.40 m。

(2)黄色预警：依据洪水黄色预警信号确定标准。水位(流量)达到或超过警戒水位(流量)或洪水要素重现期达到或超过5年(洪峰流量445 m3/s)，结合汉阴县城段堤防工程防洪标准，经综合分析确定汉阴水位站洪水黄色预警信号相应流量确定为600 m3/s，查水位流量关系曲线得相应水位为327.00 m。

(3)橙色预警：依据洪水橙色预警信号确定标准。水位(流量)达到或超过保证水位(流量)或洪水要素重现期达到或超过20年(洪峰流量692 m3/s)，结合汉阴县城段堤防标准，经综合分析确定汉阴水位站橙色信号相应流量为700 m3/s，查水位流量关系曲线得相应水位327.30 m。

(4)红色预警：依据洪水红色预警信号确定标准。水位(流量)达到或超过历史最高水位(最大流量)或洪水要素重现期达到或超过50年，结合汉阴县城段堤防标准，经综合分析确定汉阴水位站红色信号相应流量为850 m3/s，查水位流量关系曲线得相应水位327.70 m。

5 成果合理性分析

(1)与汉阴现场防洪工程比较分析

本次以公路护堤堤顶高程与初步拟定的汉阴水位站预警水位比对，进行合理性分析，其比对分析结果见表7、图5。

表7 河堤高程与预警水位对比分析

图5 汉阴水位站中断面大断面图

由表8可知，汉阴水位站测验断面右岸公路河堤堤顶高程较预警水位高。堤顶即公路路面高程(327.87 m)设计洪水频率为30 a一遇，本次分析所拟红色预警信号流量为850 m3/s，相应水位为327.70 m，低于公路面0.17 m，由此分析预警指标确定是基本合理的。

(2)与有关规定的符合性分析

汉阴水位站洪水蓝色预警信号相应流量确定为400 m3/s，略小于该水位站5 a一遇设计洪水洪峰流量(445 m3/s)及警戒流量(500 m3/s)；黄色预警信号相应流量确定为600 m3/s，大于该水位站5 a一遇设计洪水洪峰流量(445 m3/s)及警戒流量(500 m3/s)，小于该水位站20 a一遇设计洪水洪峰流量(692 m3/s)；橙色预警信号相应流量确定为700 m3/s，略大于该水位站20 a一遇设计洪水洪峰流量(692 m3/s)；红色预警信号相应流量确定为850 m3/s，相当于该水位站50 a一遇设计洪水洪峰流量(848 m3/s)。以上四个预警指标确定成果符合规范相应标准要求及当地防汛需要，确定的预警信号相应流量比较合理。

(3)与邻近水文站及汉阴县有关指标的符合性分析

汉阴县2020年县城防洪预案确定的警戒流量为500 m3/s，邻近流域恒河上设有恒口水文站，恒口水文站警戒流量为500 m3/s。以上四个预警指标确定的预警信号相应流量、水位与上述警戒流量比较基本合理。

(4)与实际发生洪水比较分析

从2010年建站以来至2019年，汉阴水位站出现最大洪峰流量为763 m3/s(2014年9月24日)，从发生的频率来看以上四个预警信号相应流量、水位比较合理。

6 结论及建议

6.1 结论

综上所述，最终确定汉阴水位站洪水蓝色预警信号相应流量确定为400 m3/s，水位为326.40 m；黄色预警信号相应流量确定为600 m3/s，水位为327.00 m；橙色预警信号相应流量确定为700 m3/s，水位为327.30 m；红色预警信号相应流量确定为850 m3/s，水位为327.70 m。

6.2 建议

(1)汉阴水位站建设目的为防汛专用水位站，本次预警信号相应水位(流量)设计洪水计算成果主要依据《水文手册》无实测洪水资料地区设计洪水计算的经验公式、推理公式、水文比拟法推算确定，需要在后期的工作中进一步验证所确定预警相应水位(流量)数值的准确性。

(2)汉阴水位站为山区中小河流，上下游附近河道断面会受到洪水及人类活动等因素的影响将有所变化，由于河道断面的变化会引起水位流量关系的变动。因此，在使用预警水位过程中，应根据水位站上下游河道演变情况，及时修定预警水位值，为洪水防御部门提供合理的预警信号指标。