寶雞市司川河上王水位站預警水位探析

董文石，石牡麗，周 勇

(陜西省寶雞水文水資源勘測局，陜西 寶雞 721006)

1 概況

1.1 流域概況

司川河是金陵河右岸一級支流。河流發源于陳倉區縣功鎮楊家川牛頭山南。干流長29.3 km，流域面積125.3 km2，河道平均比降21.8‰。司川河自西北流向東南，沿途納入瓦場溝、趙家河等支流，于縣功鎮上河村附近與北川河匯合，其下稱為金陵河。司川河流域內溝壑縱橫，支離破碎，多呈梁峁狀，起伏不平，水土流失較為嚴重。

1.2 水位站基本情況

司川河上王水位站于2012年建成，位于寶雞市陳倉區縣功鎮強家莊九組，為金陵河右岸一級支流司川河干流控制站，控制集水面積105 km2，河道平均比降22.7‰。上王水位站基本斷面距河口15.0 km。水位觀測設施靠右岸布置，設有水位塔、基本水尺、上下比降水尺(間距是100 m)等。

上王水位站測驗項目為水位和雨量，配備有雷達水位計、翻斗雨量計等。每年的6月1日至11月1日按照24段24次拍發水位報文和日、旬、月降雨量報文，擔負著上王村、碧峰寺村及縣功鎮河西村的防汛任務。

2 測驗河段斷面概況

2.1 測驗斷面情況

測驗河段處于司川河下游，河段順直，距基本水尺斷面上游約100 m處有跨河橋梁一座，河道左岸為自然岸坎，右岸建有混凝土漿砌石護岸工程，河道寬約45.0 m。河床由砂卵石組成，水位流量關系基本穩定，該站測驗河段平面圖影像資料見圖1。

圖1 上王水位站測驗河段平面圖及影像資料

2.2 水位站基礎資料

（1）實測大斷面斷面圖及成果見圖2、表1。

圖2 司川河上王水位站基本斷面圖

表1 上王水位站實測基本斷面成果表

（2）斷面水位流量關系

上王水位站測驗河段順直，順直河長約400 m，受上游橋梁控制，主流變動小，水流平穩。采用明渠均勻流計算公式，根據實測的橫斷面資料，根據式（1）計算上王水位站斷面的水位流量關系。

式中：Q為過水斷面流量，m3/s；A為過水斷面面積，m2；n為河床糙率；R為過水斷面水力半徑，m；I為水面比降，‰。

過水斷面面積A根據實測斷面資料計算；實測水面比降為19.8‰，根據洪水調查知比降為16.0‰，結合本斷面實際情況選用比降為17.9‰；根據天然河流糙率表，第三類洪水期灘地漫流河流糙率范圍0.025～0.035，因上王站測驗河段有部分矮草，因此本次選用糙率0.027。計算上王水位站水位流量關系曲成果見表2，水位流量關系線見圖3。

表2 上王水位站斷面水位流量關系表

圖3 司川河上王水位站水位流量關系曲線圖

3 預警水位計算與分析

3.1 經驗公式法推求不同頻率設計洪水

上王水位站斷面以上流域面積為105 km2，屬于小流域，且為無完整實測水文資料地區，所以設計洪水可以依據《寶雞市水文實用手冊》推薦的經驗公式推求，見式（2）：

式中：Qp為涉及頻率P的洪峰流量，m3/s；F為設計流域面積，km2；J為主河道平均比降，‰；H6P為設計頻率為6小時的暴雨量，mm。

首先在地形圖上量算出流域面積和主河道平均比降；從年最大6小時暴雨均值H和變差系數CV6等值線圖中，查出流域重心的H6和CV6；根據CS=3.5CV和某一設計頻率，由皮爾遜Ⅲ型曲線表查得Kp；用H6P=Kp×H6代入分區經驗公式求得Qp。

根據上王站所在流域面積及比降得流域重心處H6P為40.7 mm，變差系數CV為0.53，由CV查得不同頻率的經驗參數K值和推求的不同頻率的設計洪水流量見表3。

表3 經驗公式法不同頻率的設計洪水流量

3.2 推理公式法推求不同頻率設計洪水

根據《寶雞市水文實用手冊》對暴雨分區劃分的規定，上王水位站斷面位于秦嶺北麓、西部山區暴雨區，用地區綜合推理公式推求流域各設計頻率洪水，結果見表4。

表4 上王水位站推理公式法不同頻率洪峰流量成果表

3.3 瞬時單位線法推求不同頻率的設計洪水

（1）瞬時單位線基本公式

瞬時單位線基本公式見式（3），瞬時單位線法匯流計算需要確定的參數為n和K，通常設m1=nk，m2=1/n。n、K參數統計及不同頻率1小時時段單位線計算結果見表5、表6。

式中：u(o,t)為瞬時單位線的縱坐標；Γ(n)為n的伽馬函數；n為相當于線性水庫的個數或調節次數；k為水庫型線性蓄泄方程的匯流歷時。

表5 n、K參數統計表

表6 不同頻率1小時時段單位線結果統計表

（2）洪水過程計算

根據計算得出的n和K值，用瞬時單位線基本公式可以直接計算出匯流曲線，也可以按照n和（t/k）查s(t)曲線表，得到累計匯流曲線s(t)，用累計匯流曲線s(t)錯時段相減，則可得出時段單位線。

用瞬時單位線法推求的設計斷面不同頻率設計洪峰流量成果見表7。

表7 上王水位站瞬時單位線法不同頻率洪峰流量成果表

3.4 設計流量成果分析

三種方法成果對照統計見表8。

表8 上王位站不同頻率洪峰流量成果對比表

由表8可以看出，三種方法法計算值有一定的差別，經驗公式法計算結果在推理公式和瞬時單位線計算結果之間，但是推理公式法適用的流域面積為150 km2～500 km2，對于在150 km2以內的流域面積計算成果僅供參考；瞬時單位線法適用流域面積大于500 km2的情況，對于小于500 km2的成果僅供參考。基于此，經驗公式計算值更符合實際情況，因此選用經驗公式法計算成果作為上王水位站控制斷面處不同頻率設計洪水成果。

結合上下游實際情況和測驗斷面情況，本次取5年一遇設計洪水流量111 m3/s，在水位流量關系線上查得相應水位值為805.70 m。

4 結論

（1）根據省水文局《陜西省新建水文、水位站防汛指標確定編制大綱》第3.2.3條，按照防洪工程有關規定和標準的要求，河道預警水位要低于防洪堤頂高程，該河段2013年修建右岸河堤，河堤防洪標準為10年一遇，根據實測斷面資料顯示河道左岸最高點為806.76 m高于初步確定預警水位1.06 m，能夠滿足堤防工程有關技術設計標準的要求。

（2）根據《陜西省水情預警信號發布管理辦法》附件洪水藍色預警信號要求：①流量（水位）接近警戒流量（水位）；②洪水要素重現期接近2年～5年。因此我們按照重現期5年一遇洪峰流量來確定警戒水位符合洪水藍色預警要求。

（3）上王站斷面的水力因素根據設計流量反算推求采用曼寧公式進行計算。現場查勘可知，該河段順直，河床比降變化均勻，沿程寬度變化較小，符合恒定均勻流的假定，因而采用曼寧公式進行分析計算是合理的。

（4）在結合當地實際地理環境及歷史洪水等因素，經綜合分析，最終采用水位805.70 m作為該站預警水位值,其相應流量111 m3/s,為5年一遇洪水流量。