弓家山水位站预警水位计算

曹洁1,刘亮亮2,张景洋3

 延安水文水资源勘测中心 陕西省延安 716000

摘要：预警水位是水情发布预报的关键，其计算的准确性显得尤为重要。本文选取弓家山水位站实测断面数据，采用经验公式法及综合参数法推求设计洪水，对比确定预警水位并进行合理性分析。

关键词：预警水位 经验公式法 综合参数法

1研究区域概况

1.1流域概况

清河沟发源于绥德县马鞍山,流经吴堡辛家沟、张家崾、宋家川2乡1镇,在王家川注入黄河。流域面积146.5km2，河长25.9km，河道平均比降3.95‰，多年平均径流量545.6万m3。支流纵横、沟壑密布，大多属季节性河流，雨季暴涨，旱季断流且河水含沙量高。

1.2地形地貌

清河沟流域处于吴堡县由于漫长的地壳运动和外营力的作用，本境呈现出西北高、东南低，丘陵起伏，沟壑纵横，河谷深切的地貌特征。海拔627-1204m，相对高差577m，沟壑面积占全县总面积的47.2%，河流由西向东或由北向南汇入黄河，是典型的黄土高原丘陵沟壑区地貌景观。由于侵蚀程度不同，东西部地貌组合有别。

1.3水位站基本情况

弓家山水位站位于陕西省吴堡县辛家沟镇弓家山村，地理坐标为：东经110°38´，北纬37°33´。本站监测河流为黄河流域清河沟。测验断面以上控制河长12.0km，控制面积60.2km2，距河口里程13.9km。

弓家山水位站为一般河流水位站。测验项目包括：水位、雨量。其测验方式为有人看管无人值守。该站主要收集清河沟基本水文信息，担负着向吴堡县一些重要乡镇和城区提供水情信息的任务。

1.4防护对象

清河沟流经吴堡辛家沟、张家崾、宋家川2乡1镇地势都非常高，结合近年来自动水位站监测数据，没有发生大洪水，不存在淹没村镇情况，而且沿途无重要水利工程。

2数据来源与方法

2.1数据来源

本文采用大断面相关数据均为2020年实测。

2.2研究方法

2.2.1 小汇水面积相关法

由于陕北地区气候干燥，地质条件复杂。所以在频率计算时多采用经验公式进行计算。小汇水面积相关经验公式法适用于小于1000km2的汇水面积。所采用参数n，CN均来自于《榆林地区实用水文手册》。计算公式如2-1所示：

2-1

式中： QN—重现期为N的洪峰流量；

      n，CN—重现期为N的地理参数、指数；

      F—汇水面积（km2）。

2.2.2综合参数法

综合参数法是以小流域内设计暴雨量和流域特征参数为基础的计算方法，孤山镇站在榆林地区第一暴雨区，相关参数CN、α、β、n均来自于《榆林地区实用水文手册》。公式如2-2所示：

2-2

式中：QN—重现期为N的设计洪峰流量（m3/s）；

h6—设计重现期为N的设计流域6小时面雨量；

f—流域形状系数  ；

CN、α、β、n—分区综合经验参数。

3预警水位计算

3.1不同频率设计洪水推求

3.1.1小汇水面积相关法

把各参数代入公式2-1结果见表3-1：

表3-1设计洪水流量表

频率项目	0.1%	0.2%	0.5%	1%	2%	5%	10%
Qp	2110	1790	1580	1380	1160	858	740

以频率为横坐标，流量为纵坐标，在频率格纸上点绘经验关系点，根据关系点绘出关系线并顺趋势延长到最低，查出重现期2、5年一遇洪峰流量见下表3-2：

3-2频率设计洪水流量表

频率项目	10%	20%	50%
Qp	740	520	240

3.1.2综合参数法

查年最大6小时点雨量均值：H6=52.2mm；年最大6小时点雨量变差系数：CV=0.61；根据CS=3.5Cv和某一设计频率，由皮尔逊Ⅲ型曲线表查得Kp值，用公式3-3不同频率的设计点暴雨量H6点，根据公式3-4，3-5计算出设计面暴雨量H6面，根据公式3-6流域形状修正6小时面雨量h6。代入分区经验公式求得Qp，计算结果如下：

表3-3频率设计洪水流量计算表

频率项目	0.1%	0.2%	0.5%	1%	2%	5%
Kp	4.71	4.275	3.68	3.245	2.795	2.22
H6点	245.9	223.2	192.1	169.4	145.9	115.9
h6	207.4	188.3	162	142.9	123	97.7
Qp	2260	1910	1640	1460	1230	916

根据表3-3成果，点绘经验关系点，根据关系点绘出关系线并顺趋势延长到最低，查得10、5、2年一遇洪峰流量见表3-4：

表3-4同频率设计洪水流量表

频率项目	10%	20%	50%
Qp	745	540	260

3.2确定预警水位

3.2.1 水位流量关系曲线

弓家山镇站河段顺直，河床比降变化均匀，河床宽度变化较小，符合恒定均匀流的假定。采用用曼宁公式计算各级水位下的流量，

其中过水断面面积A根据实测断面资料计算；水面比降用实测河段比降3.95‰，糙率按测验河段特征，对照糙率表确定糙率为0.033，水位流量关系曲线见图3-1。

图3-1 弓家山水位站水位流量关系曲线图

3.2.2确定预警水位

两种方法计算结果较为接近，考虑到洪峰汇水面积法使用参数较少，成果精度相对较低；综合参数法计算过程中考虑因素多，比较符合实际情况，计算成果相对合理；本次采用综合参数法成果。

根据预警水位编制大纲要求，选取低于5年一遇设计洪水429m3/s，为该断面的预警流量。水位流量关系线上查得该洪峰水位为811.0m。

3.3预警水位合理性分析

经对弓家山水位站2013-2019年实测洪水及发生频次分析检验后，近几年未发生较大洪水过程，但结合当地防办意见综合分析，将重现期为低于5年一遇的水位811.0m, 预警流量429 m3/s，作为弓家山水位站预警水位能够对弓家山及下游村镇起到警示和防汛预警的作用，因此，本次确定预警水位比较合理。

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参考文献：
　　[1]《防洪标准》（GB 50201-2014）；
　　[2]《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）。
　　[3]《陕西省新建水文、水位站防汛指标确定编制大纲》
　　[4] 《榆林地区水文实用手册》（1987年）
　　[5]《陕西省预警信号管理办法》；

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