新亭水文站特征水位分析调整

余贤潮

（安徽省黄山水文水资源局,安徽 黄山 245000）

1 基本情况

1.1 流域概况

1.1.1 流域自然地理概况

本流域地处皖南山区黄山南麓,平均高程为523 m,最高点尖岭海拔1431.8 m。境内山峦起伏,大部分由岩石构造组成,属高山区地貌,河沟较长,沟壑交错,历年从未断过流。儒村上游支流发源地为尖岭,另外,在源头河上游有一海拔1240 m的山峰,整个流域北高南低,主山脉呈北南走向。

地质分布情况：其中以千枚长石砂岩,砂质千枚岩和粉砂岩夹砂质页岩,石英粉砂岩,粉砂岩及砂岩黑色泥岩、灰岩、泥质条带砂岩黑白相间条状硅质岩暗绿色冰碛泥砾岩为主,间杂有部份深灰,灰黑色薄一中层含硅质泥岩,黑色薄层炭质硅质泥岩和少量的石英闪长粉岩脉。本站以上流域以黄红壤,壤质土为主,另有部份石灰岩粘质土及少量的黄红壤,黄壤砂质土,石灰岩粘质水稻土,河流冲积,洪积壤质水稻土和重砾石,黄红壤粘质土。

测站以上流域植被较好,林木茂盛, 基本上是以阔叶林为主,伴有松、竹、茶及灌木丛。植被覆盖率为80%；荒山面积占总面积的5.84%；其它部份（包括未成林地、苗圃地、灌木林地）面积占总面积的4.99%。

1.1.2 测站基本情况

新亭水文站位于黄山南麓、钱塘江流域新安江水系横江支流峡溪河上。站址在休宁县海阳镇新亭村,于1970年12月设站观测至今。流域面积184 km2,河长44.8 km,河道坡度6.42‰,流域坡度69.1 dm/km2,流域平均宽度4.1 km,形状系数0.092。流域形状为狭长形,河床切割较深。测验断面上游约15华里处有贵溪河汇入,50 华里左右有源头河、樟坑河汇入。

本站实测最高水位为8.47 m（1973 年6 月21 日）,最低水位为2.64 m（1978 年9 月4 日）；实测最大流量1310 m3/s（1973年6月21日）,最小流量0.009 m3/s（1978 年9 月4 日）。

本站采用冻结基面,冻结基面（假定基面）+159.800 m=黄海基面。

1.1.3 水利工程概况

测站以上流域属皖南山区,各支流上游共有191 个山塘,总库容为46.655 万m3,灌溉面积1.126 万亩,塘坝率=46.655/184=0.2536。流域内共有抽水站13 座,装机总容量为268 kW,总灌溉面积0.168 万亩。上游20 km处有小（二）型水库一座,集水面积0.24 km2,总库容14.7×104m3,灌溉面积400 亩。

1.2 测站概况

新亭水文站设立于1970 年12 月,属钱塘江流域新安江水系,基本水文站,三类精度水文站。该站位于安徽省黄山市休宁县海阳镇新亭村,集水面积184 km2,为皖南山区100 km2~200 km2小河站,测验河段顺直长度约300 m,上游约500 m有弯道,下游400 m有弯道,对高水起控制作用。下游50 m~100 m处有浅滩,对低水起控制作用,低水河宽约30 m,高水时河宽约80 m,河道内生长狗尾状水草,因数量较少,故不影响测验。滩地生芭茅草及杨树丛,中水时影响较大,左岸山坡生长灌木丛；右岸茶园直至山腰。左岸为岩石组成,右岸为沙卵石组成。主槽河底为岩石,紧靠左岸山边及右边为碰卵石,因有芭茅草丛及杨树丛保护,历年变化不大,在中偏低水位时有一串沟。

1.3 水文分析情况

1.3.1 径流系数分析

根据计算,新亭站平均径流系数为0.796。一般,当初始土壤含水量越大,径流系数也越大。当40≤W0≤80时,径流系数在0.4~0.6 左右；当80＜W0≤100 时,径流系数在0.6~0.8 之间；当100＜W0≤120时,径流系数在0.8~0.96 之间。

1.3.2 洪峰滞时分析

统计洪水主降雨结束到洪峰出现的时间。当雨强较大、降雨集中时,洪峰滞时在1 h~2 h,当雨强较小,降雨间断时,洪峰滞时在3 h~4 h。当暴雨中心在上游时,洪峰滞时在3 h~4 h,当暴雨中心在下游时,洪峰滞时在1 h~2 h。

1.3.3 洪水频率分析

新亭站洪水频率计算成果见表1。防洪标准为50年一遇。

表1 新亭站洪水频率计算成果表

2 计算分析

2.1 设计流量计算

新亭水文站拥有49 年实测流量资料,根据新亭水文站1971 年~2019 年洪峰流量系列资料进行排频分析计算,计算得新亭水文站10 年、20 年、50 年一遇设计洪峰流量分别为848 m3/s、1060 m3/s、1320 m3/s。新亭水文站频率分析见图1。

图1 新亭水文站年最大流量频率曲线

2.2 设计流量计算成果复核

2.2.1 经验公式推求设计洪水

经验公式法是根据有实测水文资料的水文站年最大流量频率计算的成果和流域几何特征参数,建立设计洪峰流量与流域面积和河道坡度的相关关系,得出经验公式,供无资料地区设计洪水计算用。根据《黄山水文手册》中的流域面积200 km2以下地区的计算公式如下：

其中F为流域面积（km2）。

根据公式计算,频率为2%、5%、10%的设计洪峰流量分别为1340 m3/s、1070 m3/s、852 m3/s。

2.2.2 推理公式法推求设计洪水

推理公式法是由暴雨间接推求设计洪水的方法之一,由于它存在对降水径流成因的一些假定和概化因素只适用于小流域。新亭水文站集水面积184 km2,所以该种方法适用。

推理公式法洪峰流量计算公式：

式中：Q为最大流量,m3/s； 为洪峰径流系数；S为暴雨雨力,mm/h；τ为流域汇流时间,h；n为暴雨衰减指数；F为流域面积,km2。

根据公式计算,频率为2%、5%、10%、的设计洪峰流量分别为1220 m3/s、1050 m3/s、893 m3/s。

2.3 设计流量成果合理性分析

设计流量计算成果与设计流量计算复核成果相对误差较小,本次新亭站设计洪峰流量采用设计流量计算成果,见表2。

表2 新亭站设计流量计算成果分析表

2.4 设计水位推求

2.4.1 历史水位流量关系线

新亭水文站测验河段上下游100 m范围基本顺直,主槽宽约40 m,水位4.8 m漫滩,漫滩后主槽宽约60 m。主槽由卵石组成,右岸滩地由沙卵石组成,低水受冲淤变化影响。基本无水草生长。测流断面上游约60 m处急滩和弯道,下游100 m处有浅滩,对低水起控制作用；下游200 m处有大弯道,对中高水起控制作用。水位流量关系多呈单一线和临时曲线型。

图2 新亭水文站2020年断面图（单位：m）

根据新亭站设计洪峰流量和1996 年水位流量关系曲线（图3）,查线得新亭站10 年、20 年、50 年一遇设计水位分别为 7.5 m、8.0 m、8.5 m。

图3 新亭水文站1996年水位流量关系曲线

表3 查历史洪水水位流量关系曲线水位

2.4.2 近年水位流量关系延长

由于新亭站河道的冲刷变化,主槽相较于1996 年断面变化较大,参考新亭站1996 年水位流量关系曲线和近几年较高洪水的水位流量关系曲线,绘制出综合水位流量关系曲线,查线得新亭站10 年、20 年、50 年一遇设计水位分别为 7.2 m、7.7 m、8.3 m。新亭站历年断面图见图4,历年水位流量关系曲线见图5。

表4 查历年综合水位流量关系曲线水位

图4 新亭水文站历年断面图

图5 历年综合水位流量关系曲线

3 结语

根据上述可知,新亭站10 年、20 年、50 年一遇设计洪峰流量分别为848 m3/s、1060 m3/s ,1340 m3/s,相应设计水位分别为 7.1 m、7.6 m、8.3 m。新亭站实测最大洪峰流量为1310 m3/s,发生于1973年6月21日,接近于50年一遇设计洪水。

文章对新亭水文站特征水位的计算分析方法,可以运用到与此条件相似的水文站点,根据其洪水特性和防御标准等综合确定,为河道管理,水资源调度与利用、制定应急预案和防洪方案提供基础数据。