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        渭河支流韋水河鳳翔水位站預警水位指標分析

        2023-11-11 07:55:34史穎娟富康平
        陜西水利 2023年11期

        史穎娟,富康平

        (1.陜西水環(huán)境工程勘測設計研究院,陜西 西安 710018;2.咸陽水文水資源勘測中心,陜西 咸陽 712000)

        1 流域概況

        1.1 河流概況

        韋水河古稱沮水,是渭河左岸二級支流、漆水河右岸一級支流,其在鳳翔縣境內(nèi)稱雍水河,又稱后河,在扶風縣境內(nèi)稱韋水,在武功縣境內(nèi)稱小北河。韋水河發(fā)源于鳳翔縣西北千山余脈老爺嶺南麓,海拔1530 m,干流河長151.9 km,平均比降9.3‰。其中在寶雞市境內(nèi)干流長131.8 km,在武功縣毛咀子村注入漆水河。

        韋水河流域地處大陸季風氣候帶,為半干旱濕潤型氣候區(qū),四季冷暖分明。流域多年平均降水量617.5 mm~597.3 mm之間,流域多年平均徑流量1.19 億m3,平均徑流深41.9 mm,河流平均流量3.44 m3/s。

        1.2 測站概況

        鳳翔水位站于2012 年建成,位于寶雞市鳳翔縣城關鎮(zhèn),是韋水河(上游稱雍水河)干流控制站,斷面以上控制河長20 km,控制集水面積79.0 km2。鳳翔水位站測驗河段順直,左岸建有漿砌石河堤,右岸為自然河堤,河床由砂卵石組成。水位站基本斷面右岸設立雷達水位塔、在上中下斷面設立水尺、斷面標志牌,修建下河觀測道路、設立水準點、防雷設施,配備雷達水位計、翻斗雨量計。測驗項目包括水位、雨量,擔負著鳳翔縣城、雍城湖水利旅游風景區(qū)及下游沿河各村鎮(zhèn)的防汛任務。鳳翔水位站水準點高程采用黃海85 基準。

        1.3 上下游水利工程及下游防護對象

        從20 世紀60 年代初開始,鳳翔、岐山、扶風三縣大興水利建設,先后在韋水河干支流修建多處蓄水工程。有中型水庫2 座(東風、白荻溝,?。↖)型水庫20 座(其中有6 座是馮家山水庫灌區(qū)渠庫結合工程),22 座水庫的總庫容8163.3 萬m3,有效庫容4783.8 萬m3。其中東風水庫主壩高25.6 m,長354 m,副壩高8.6 m, 長500 m, 總庫容1350 萬m3, 設施灌溉面積6.86 萬畝。

        2 預警水位確定

        2.1 基本資料收集整理

        2.1.1 鳳翔水位站實測大斷面成果

        鳳翔水位站基本斷面成果采用最新實測值。實測基本斷面成果見表1,實測大斷面圖見圖1。

        圖1 鳳翔水位站基本斷面圖

        表1 鳳翔水位站基本斷面成果表 單位:m

        2.1.2 率定水位流量曲線

        鳳翔水位站水位流量關系曲線,采用曼寧公式進行計算。

        計算公式為:

        根據(jù)公式選用各參數(shù),實測比降0.011‰,糙率選用0.045,斷面資料采用最新實測大斷面,計算成果見表2、圖2。

        圖2 鳳翔水位站水位流量關系曲線圖

        表2 鳳翔水位~流量關系曲線成果表

        2.2 推求不同頻率的設計洪水

        鳳翔水位站斷面設計洪水分別采用經(jīng)驗公式、推理公式方法推求,并綜合確定。

        2.2.1 經(jīng)驗公式法

        鳳翔水位站斷面以上區(qū)域屬于小流域,無完整實測水文資料,設計洪水依據(jù)《寶雞市水文實用手冊》經(jīng)驗公式推求,即:

        鳳翔水位站控制流域面積79.0 km2,河道平均比降9.3‰,H6P為41.7 mm,變差系數(shù)Cv為0.54,不同頻率設計洪水流量結果見表3。

        表3 鳳翔水位站不同頻率設計洪水流量計算成果表

        2.2.2 推理公式法

        (1)計算設計暴雨面雨量

        ①暴雨歷時

        韋水河鳳翔水位站以上流域面積小于100 km2,按流域面積范圍,該站采用6 小時設計暴雨歷時。

        ②點暴雨

        經(jīng)查《寶雞市水文實用手冊》,得到不同重現(xiàn)期設計頻率,按照不同時段點雨量均值和變差系數(shù),在P-Ⅲ型曲線模比系數(shù)表中查到不同頻率對應的KP值(取Cs=3.5Cv,),按公式求出各頻率不同歷時點暴雨值HtP。

        ③設計面暴雨

        查得參數(shù)at、bt,根據(jù)公式計算出各歷時的暴雨點面折算系數(shù)結果見表4。

        表4 設計暴雨分區(qū)點面系數(shù)at、指數(shù)bt 成果表

        點面系數(shù)βt的計算公式為:

        式中 :at、bt為參數(shù);F 為流域面積,km2。

        設計面暴雨計算公式:

        式中:HtF為某歷時t 設計面暴雨量,mm;Ht為某歷時t 設計點暴雨量,mm。

        (2)設計面暴雨量時程分配

        所選斷面控制流域面積小于300 km2,故采用12 小時暴雨時程分配計算。每小時歷時設計暴雨雨型見表5。

        表5 12 小時設計暴雨時程分配雨型計算成果

        表6 鳳翔水位站不同頻率時段凈雨累計過程計算成果表單位:mm

        表7 鳳翔水位站各頻率洪峰流量成果表

        (3)計算產(chǎn)流過程

        鳳翔水位站前期土壤含水量值取Pa=Im/2=50.0 mm。

        當S 小于等于78 mm 時, f 值采用685.8 S-1.08;

        當S 大于78 mm 時, f 值采用6.18。

        式中:S 為土壤含水量,mm;f 為土壤入滲率,mm/h。

        (4)計算匯流過程

        ①Q(mào)m~τ曲線

        根據(jù)《寶雞市水文實用手冊》公式:

        式中:t、τ分別為凈雨歷時和匯流歷時,h;Hτ為凈雨歷時t的凈雨強度,mm/h;m 為匯流參數(shù),公式:m=1.34θ0.587·hR-0.541。

        確定Qm和參數(shù)m、L、J 后,經(jīng)公式計算得韋水河洪水匯流歷時τ值,并得出韋水河洪水洪峰流量與匯流歷時(Qm~τ)曲線。

        ②Qm~t 曲線

        圖3 不同頻率的洪峰流量試算曲線圖

        2.3 成果選用

        鳳翔水文站不同頻率洪水流量成果采用區(qū)域經(jīng)驗和推理公式法推求得出,具體見表8。

        表8 鳳翔水文站經(jīng)驗公式、推理公式法推求洪水流量統(tǒng)計表

        從表中可以看出,經(jīng)驗公式法與推理公式法計算值基本接近。分析:推理公式法適用于流域面積在150 km2~500 km2,對于150 km2以下計算成果僅供參考。因此,選用經(jīng)驗公式法計算成果作為鳳翔水位站設計洪水結果。

        2.4 初步確定預警水位

        《陜西省水情預警信號發(fā)布管理辦法》中對洪水藍色預警信號的要求:①實時流量(水位)接近警戒流量(水位);②洪水重現(xiàn)期接近5 年一遇,即按照重現(xiàn)期5 年一遇洪峰流量來確定警戒水位。

        依據(jù)經(jīng)驗公式法計算成果,鳳翔水位站5 年一遇洪水流量為84.9 m3/s,對應設計水位為800.80 m,即鳳翔水位站警戒水位初步確定為800.80 m。

        2.5 合理性檢查和綜合確定

        鳳翔水位站斷面河堤高程為802.95 m,該數(shù)據(jù)高于初步確定的預警水位2.15 m。根據(jù)防洪工程相關規(guī)定要求,預警水位應低于堤頂高程,且當洪水水位達到800.80 m 時,不會產(chǎn)生溢流漫灘現(xiàn)象,能夠確保沿河群眾生命財產(chǎn)安全。結合測驗河段及下游堤防工程現(xiàn)狀,綜合確定,鳳翔水位站采用800.70 m 作為預警水位合理適用,相應流量為50 m3/s,低于5年一遇洪水標準。

        3 結論與建議

        本次鳳翔水文站預警指標的分析工作,是在前期對流域基礎資料收集的基礎上,經(jīng)實地踏勘和測量河段斷面、比降等方式,采取多種方法計算分析,并綜合考慮歷史洪水實際,科學合理地確定鳳翔水位站預警水位值為800.70 m。

        當河道出現(xiàn)預警水位或超過預警水位值的洪水過程后,相關部門應立即組織技術人員實測水位站基本斷面洪水痕跡、過水面積以及洪水比降等數(shù)據(jù),推求洪水流量,及時校核水位流量關系曲線,充分發(fā)揮預警水位的作用,確保下游沿河群眾生命財產(chǎn)安全。

        近些年,隨著下墊面變化及人類活動、水利工程建設等情況的綜合影響,韋水河匯流參數(shù)、河道沖淤可能與本次計算存在一定偏差,洪水頻率計算、預警水位也會隨著之產(chǎn)生變化,今后仍需根據(jù)流域發(fā)展情況,動態(tài)監(jiān)管預警指標,進一步深入研究韋水河產(chǎn)匯流規(guī)律演變,及時修正預警指標。

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