大荆水位站预警水位分析探讨

张 欢

（商洛水文水资源勘测中心,陕西 商洛 726000）

为了做好重要河段的防汛工作,最大限度减轻生命伤亡和财产损失,掌握河道洪水的涨落变化情况很重要。自动水文（水位）站建成后,如何发挥好耳目作用,需要利用水文（水位）站自动水位信息开展预警、预报工作,为实施防、抢、撤工作决策提供科学依据。预警水位、预警流量是防汛应急响应启动的重要指标之一,防汛指挥部门根据水文部门发布的水位及洪水预警,适时启动相应的应急响应。由于自动水位站只监测水位信息,确定预警水位,就成了首要任务,需要应用技术方法分析确定。本文对大荆水位站的预警水位进行分析,探讨预警水位的确定方法,为其它水位站确定预警水位提供技术参考。

1 分析思路

依据洪水计算方法计算大荆水位站不同量级的洪水,进行流量计算方法分析确定采用值。测量水位站河道大断面及河段断面,选用合适的糙率值,用曼宁公式计算不同水位级的流量,绘制水位～流量关系图。按照《防汛预案》及区域防汛重要性确定预警洪水量级。洪水流量预警标准确定后,在绘制的水位流量关系图上查得预警流量相应的水位,即为预警水位。对确定的预警水位进行合理性分析。有了预警水位,在自动水位计采集到预警水位后,及时启动预警机制,发布预警,为防汛指挥部适时启动应急响应提供支撑。

2 大荆水位站概况

大荆水位站位于陕西省商州区大荆镇,是2012 年8 月建设的水位雨量一体化测站。主要为掌握大荆河洪水情况而设。大荆河发源于秦岭南麓,经商州区大荆镇、板桥镇入板桥河。大荆水位站控制河长为16.1 km,控制面积61.2 km2,距河口17.3 km,河流平均比降13.7‰。为有人看管无人值守的自动水位站。

3 测验河段情况

大荆水位站测验河段顺直,河床平整,床质为卵石组成。大水发生时为全断面河水。中低水时中泓靠右岸,两岸均有人工护岸堤防工程。

大荆水位站为汛期站,报汛项目为雨量和水位,报送时间为每年5 月1 日至11 月1 日。时段雨量为每小时达到0.2 mm采集报送一次；水位信息为变化在1 cm 以上每6 min 采集报送一次,大荆水位站大断面图见图1。

图1 大荆水位站大断面图

4 预警水位标准

4.1 堤防防洪标准

对大荆水位站测验断面上下游进行实地调查,防洪对象为测站上下游河道两边公路路基、桥梁、耕地和沿河的村镇居民及工矿企事业单位等。测站上下游村民住房大多坐落在公路两侧,公路内侧临河的河沿上有少数居民住房和部分河滩耕地,居民房基均高于普通公路路基。

由现场踏勘,大荆水位站左右岸为堤路结合的防洪工程,设计标准为30 年一遇。根据商州区大荆河段防洪工程初步设计的批复,大荆河30 年一遇设计洪峰流量是396 m3/s,上下游两座桥梁按30 年一遇标准建设, 过洪能力均大于396 m3/s。

表1 上、下游防洪对象的防洪能力统计表

4.2 预警水位标准

大荆水位站处在大荆镇政府附近,是人口密集区域,同时也是商州区重要工业产业基地,防汛责任重大。依据商洛市防汛指挥部以及商州区防汛指挥部制定的防汛应急预案,当江河出现小洪水时,启动Ⅳ级应急响应。为了与防汛预案相一致,按照洪水级划分标准小于5 年一遇洪水为小洪水确定预警水位标准,同时结合堤防的防洪标准,最终确定大荆水位站预警水位标准为5 年一遇洪水。

5 大荆站水位流量关系确定

大荆站流量采用曼宁公式计算：

式中：Q 为洪峰流量,m3/s；S 为水面比降,‰；n 为糙率；A为河段平均断面积,m2；R 为河段平均水力半径,m。

根据大荆水位站河床及岸壁情况,糙率选用0.035,比降采用实测值1.26‰,经计算,大荆站水位流量关系见图2。

图2 大荆站水位～流量关系曲线图

图3 大荆水位站预警水位关系图

6 不同量级洪水计算

6.1 汇水面积相关法

大荆水位站属丹江上游区域,根据设计洪水标准在《商洛地区实用水文手册》查得的参数、指数,应用以下公式计算：

式中：QP为设计频率P 的洪峰流量,m3/s；F 为设计流域面积,F=588 km2；为设计频率P 的经验参数；

n 为设计频率P 的经验指数。

计算结果见表2。

表2 汇水面积相关法计算成果表

6.2 综合参数法

根据《商洛地区实用水文手册》查算相关参数,应用以下公式计算：

式中：QP为设计频率P 的洪峰流量,m3/s；F 为设计流域面积,km2,F=588 km2；J 为河道比降；HP为设计频率P 的6 h暴雨量,mm；KP为经验参数；n、α、β为经验指数。

计算结果见表3。

表3 综合参数法洪水计算成果表

6.3 由暴雨推求设计洪水

根据下游板桥河板桥水文站1973 年～2021 年共49 年实测雨量资料,选用12 小时的设计暴雨时程分配雨型。采用《商洛水文手册》提供的由暴雨推求设计洪水的方法,计算得出不同量级洪水成果见表4。

表4 由暴雨推求设计洪水成果表

6.4 比拟法

依据下游板桥水文站实测历年洪水,采用面积比拟法推求大荆水位站不同量级洪水：

式中：Q设为设计站流量,m3/s；Q参为参证站流量,m3/s；F设为设计站流域面积,km2；F参为参证站流域面积,km2。计算结果见表5。

表5 比拟法计算洪水成果表

表6 推算成果数据比选表

6.5 洪水流量成果分析

对以上四种方法的计算成果进行对比分析,汇水面积法精度较差,为规划设计估算洪水之用。综合参数法考虑了流域自然地理因素又在一定程度上反映气象成因的因素。暴雨推求洪水方法主要是借用板桥站实测降水资料进行计算,板桥站1973 年设立至2021 年积累了49 年实测资料,资料可靠。计算数值基本可靠,比拟法采用面积比,集水面积相差8 倍多,特别是板桥水文站设立在大荆河与板桥河交汇处下游200 m,板桥水文站发生的洪水与大荆河发生洪水在暴雨季不完全对应。但是考虑防汛工作的重要性,提高群众的防汛意识,克服麻痹思想,确保群众生命安全。推荐采用比拟法成果。

7 预警水位确定

预警水位是防汛应急响应启动的重要指标之一,防汛指挥部门根据水文部门发布的水位预警,适时启动相应的应急响应。确定预警流量,根据大荆段防汛的重要性以及商州区编制的《防汛应急预案》,当河道出现小于5 年一遇洪水时启动Ⅳ级应急响应的要求,确定预警流量为50 m3/s。

通过已知的预警流量,查水位流量关系曲线得出相应水位为889.22 m,即预警水位确定为889.20 m。

8 预警水位合理性分析

（1）大荆水位站预警水位889.20 m,预警流量50 m3/s,为5 年一遇洪水,属于小洪水。比大荆镇段堤防的防洪能力30 年一遇洪水小,堤防是安全的；与本站上下游最低防洪能力比较也是偏安全的。

（2）从预警水位套绘断面图上看,洪水基本位于左右岸堤跟,属于警戒流量标准,符合断面实际。

（3）本站确定的预警水位值主要为防汛服务,提高防汛抢险撤离责任落实的时效性,提前发布水位预警,是各级政府及村组有充分的时间作好相关工作。

（4）经计算和合理性分析,大荆水位站预警水位确定为889.20 m 较为合理,故采用889.20 m 为预警水位,预警流量50 m3/s。

9 结语

预警水位的确定需要搜集较多的水文资料进行分析与论证。在分析预警水位前,需要了解区域防汛的重要性,了解水利部门编制的防汛应急预案对应急响应启动的条件。分析不同量级洪水,在没有实测水文资料的情况下,依据《水文手册》和洪水计算方法进行不同量级洪水的计算,分析确定预警流量。在确定预警流量后进行预警水位的推求。预警水位确定后要进行合理性分析,判定预警水位值是否合理。通过对大荆水位站预警水位的分析,可为其它中小河流水位站预警水位的确定提供方法和技术借鉴。