海晏水文站洪水特性及测洪方案

李燕娟

(青海省水文水资源测报中心，西宁 810008)

1 概 述

洪水是一种常见的自然灾害，对区域经济发展有较大的影响，泥沙含量对洪涝灾害所造成的危害有一定影响[1-3]。洪水发生情况规律性较大，加强监测预警是减轻洪涝灾害影响的常用方法。为了准确获取洪水的泥沙含量、流量等相关参数，需要针对不同的洪水大小采取不同的方法[2,4]。不同区域洪水类型不尽相同，青海海晏地区洪水主要由降水造成，夏季较为多发[5-6]。海晏水文站是海晏地区湟水上游重要的水文站，结合区域实际情况，对海晏(三)站近14年的水文测验数据进行分析(流量采用河道与两渠道的合成值)，依据海晏(三)站技术条件和水情特点，按“安全、高效、快捷”的原则，制订多种测验方案，为该地区防汛抗旱、水资源管理等提供依据。

2 测站基本情况

海晏(三)水文站(以下简称海晏(三)站)位于青海省海晏县三角城镇，1954年4月和10月由青海省水利电力厅分别在湟水和哈利涧河设立测验断面，2007年测验断面迁至湟水和哈利涧河汇合口下游64.0 m处，另于1975年1月在湟水支流哈利涧河增设湟海渠测验断面，2007年1月设银滩电站引水渠监测断面(动力渠)。

海晏(三)站为湟水干流控制站，集水面积1 377 km2，河长78.2 km，距河口295.7 km，属省级重要水文站、中央报汛站，精度类别为二类精度流量站、泥沙站。基面采用黄海基面。测验项目有水位、流量、泥沙、降水、蒸发、气温、地下水等。见图1。

图1 海晏(三)站测验河段平面图

3 大断面情况

海晏(三)站主河槽宽约15.0 m，呈U形。右岸地势较高，左岸地势较低，由于两河汇合口距离测验断面较近，且湟水汇入的角度较大，对测验河段左岸的冲刷较严重，主流偏向左岸，加之河床砂石粒径较小，断面稳定性相对较差。2017-2020年，基本水尺断面最大冲淤变幅为0.10 m。受断面冲淤和洪水涨落影响，畅流期历年水位流量关系为临时曲线。根据海晏(三)站2019年10月24日实测大断面资料，点绘基本水尺断面大断面图见图2。

图2 海晏(三)站基本水尺断面大断面图

4 洪水特性分析

4.1 洪水成因

湟水海晏地区春季洪水主要是冰雪消融造成，夏秋两季是由暴雨形成的洪水，海晏站降水主要发生在7-10月份，多年平均月降水量分布图见图3。较大洪水出现时间大多集中在7-9月份，最大洪峰流量多发生在7、8月份，暴雨和洪水在时间上具有很好的相应性。洪水在年内随降水量多少、降水强度大小和降水中心的位置等变化而变化，洪水陡涨缓落，峰形多为单式峰。一般洪峰历时4～24 h，较大洪峰历时24～36 h，多年平均含沙量年内分配图见图4。水沙峰基本相应，且以单峰形呈现，采用单断沙关系线法推求断面平均含沙量，历年单断沙关系系数变化不大且接近于1.000。含沙量主要集中在6、7、8这3个月，年内分配不均匀，差异较大，多年平均含沙量为0.101 kg/m3，年平均输沙量1.26×104t。

图3 海晏(三)站多年平均月降水量分布图

图4 海晏(三)站多年平均含沙量年内分配图

4.2 影响洪峰的主要因素

夏秋季节影响洪峰的主要因素是暴雨。湟水上游干支流的源头有沼泽分布，山上和谷地有大片灌木林覆盖，出山口后又有滩地草场，流域内植被好；哈利涧河上游流域内水系发育，呈树状分布，植被较好。海晏(三)站所属流域内植被好，水系发达，降水条件较好，但流域内汇流过程相对较为缓慢，流域的调蓄作用比较明显，对海晏(三)站断面的洪峰有一定的消弱作用。如果湟水和哈利涧河上游同时发生局部性的强降雨，则海晏(三)站可能会发生特大洪水。海晏(三)站下游为东大滩水库，由于水库的拦蓄作用，该站的一般性洪水对下游的影响不大。

春季影响洪峰的主要因素是冰雪融水。其洪峰流量的大小主要取决于断面上游河道内冰体多少和高山区域的积雪多少以及当日气温的高低。海晏(三)站所属流域上游脑山地区水系发达，冰期长达5～6个月。其堆积的冰雪对该站春季的洪峰有较大影响。

4.3 洪峰流量特性分析

根据海晏(三)站历年实测数据，海晏(三)站洪峰流量统计表和最大洪水出现机率表详见表1、表2。

表1 海晏(三)站最大洪峰流量统计表

从表1可以看出，近14年海晏(三)站最大洪峰为36.3 m3/s，发生在2020年8月29日。从表2可以看出，海晏(三)站的最大洪峰流量出现在7、8月份的机率最大，7-8月份出现的几率为85.7%，6月份出现的机率较小，其它月份出现的机率为零。

表2 海晏(三)站最大洪峰各月出现次数统计表

根据海晏(三)站2018-2020年水位流量关系结点，绘制水位流量关系线及综合线，再利用海晏(三)站实测大断面、比降、河床糙率资料，采用曼宁公式推求各级水位下相应流量，依此延长水位流量综合线(图5)，最终确定该站主河槽糙率0.030，滩地糙率0.040，比降5.2‰。

图5 海晏(三)站水位流量关系曲线图

4.4 洪水测洪方案

根据《水文情报预报规范》(GB/T22482-2008)中的洪水等级划分规定，洪水等级划分为小洪水、中洪水、大洪水、特大洪水；重现期小于5年的为小洪水；重现期5～20年的为中洪水；重现期20～50年的为大洪水；重现期大于50年的为特大洪水。依据海晏(三)站技术条件和水情特点，按“安全、高效、快捷”的原则，制订多种测验方案。小洪水流量小于29.9 m3/s，水位小于2 991.78 m。中洪水流量介于29.9～35.9 m3/s，水位介于2 991.78～2 991.90 m。大洪水流量介于35.9～39.3 m3/s，水位介于2 991.90～2 991.97 m。特大洪水流量大于39.3 m3/s，水位大于2 991.97 m。

根据海晏(三)站实际情况，在不同水情中水位观测方案一致，见表3，流量、泥沙观测方案根据不同水情选择合适方案见表4、表5。

表3 水位观测方法

表4 洪水流量测验方法

表5 泥沙测验方法

流量测验优先采用流速仪法和雷达波测流系统，当客观条件十分困难,测验设备无法正常使用时，采用中泓浮标法，并严格按照《河流流量测验规范》(GB50179-2015)要求进行。其中，方案1为优先方案，其次为方案2，再次为方案3。在水流出现漫滩情况，无法在本站测流断面施测流量时，当用方案4施测流量并严格按照《比降面积法测流规范》(SD174-1986)要求进行。

泥沙测验应优先采用横式采样器，当客观条件十分困难，测验设备无法正常使用时，采用器皿。其中，方案1为优先方案，其次为方案2。

5 结 论

海晏(三)站从2007年断面迁移改造以后最大洪峰为36.3 m3/s，最大洪峰流量出现在7、8月份的机率最大，7-8月份出现的几率为85.7%。海晏(三)站主河槽糙率0.030，滩地糙率0.040，比降5.2‰。海晏站降水主要发生在7-10月份，较大洪水出现时间大多集中在此期间，最大洪峰流量多发生在7、8月份，暴雨和洪水在时间上具有很好的相应性。含沙量主要集中在6、7、8这3个月，年内分配不均匀，差异较大。根据海晏(三)站实际洪水特性和水情特点编写测洪方案。