陕西省宜川县猴儿川河集义镇段河道整治工程洪水分析

陕西省宜川县猴儿川河集义镇段河道整治工程洪水分析

张晓锋

陕西省交口抽渭灌溉管理局陕西渭南714000

摘要：猴儿川河集义镇段河道整治工程洪水分析，采用多种方式分析计算，论证洪水计算成果。

关键词：河道；洪水；分析计算

1.概况

1.1流域概况：猴儿川河发源于黄龙县大岭西沟，流经黄龙圪台乡，宜川县集义镇的石台寺、阳平村、石家河滩至舌头岭北脚下入黄河，全长77.8km，流域面积480km2。上游为梢林区，中游为砂卵石基河床，平均比降14.43‰。年平均流量0.5m³/s。年净流量3840万m³。有阴凉沟、南沟、河儿沟及谷堆峪沟等4条较大的支流。猴儿川河集义镇段位于崖底水库下游21km，，距宜宜川县城52km，流域面积336.26km2，区间控制流域面积236.26km2，改造段河长2.113km，平均比降11.5‰。

1.2气象：本流域地处暖温带半湿润大陆性季风气候区，冬春寒冷少雨，夏季多暴雨天气，秋季常有连阴雨。降雨时空分布严重不均，年平均气温12℃，最冷的元月份平均气温零下5.3度，年平均降雨量599.2mm，平均水面蒸发量为1000mm，最大冻土深度0.8m，最大风速19m/s。

1.3水文基本资料：猴儿川河流域无水文测站，属无资料地区。

1.4径流：一、径流特性，降水为本流域径流主要补给源，降水特性决定着该流域的径流特性。降水年内及年际分配不均，差异较大，受降雨的影响，径流年内与年际变化差异较大。二、年径流推求：由于项目区无实测降水及暴雨资料，降水补给径流可根据《延安地区实用水文手册》来计算。查《延安地区实用水文手册》多年平均年径流深等值线图，由比例内插法求得项目区控制流域重心处多年平均径流深为100mm，则多年平均径流量为3363万m3。查得年径流变差系数Cv为0.58，取Cs=3.0Cv，计算得频率P=50%、P=75%、P=95%年径流量分别为：2825万m3、1951万m3、1345万m3。

2.洪水现状

2.1暴雨特性：本流域水气的来源是太平洋和印度洋的暖湿气流，每到夏、秋季节，流域因受青藏高原东麓的西北低涡河西南低涡的袭击，中低层中小系统的辐合，以及地形对气流的抬升作用，常常形成局部暴雨。根据大村水文站水文资料分析，流域内的洪水多为暴雨形成，主要集中在7、8、9三个月内，暴雨的特性决定着洪水特性。一次大暴雨期不超过24h，主雨峰历时约12h，其降雨特点是：强度大，历时短，笼罩面积小，降水和径流年内分配不均；流域内的洪水特点是：单峰为主，峰形尖瘦，陡涨陡落，流量变化悬殊大。

2.2基本资料复核：自五十年代后期，猴儿川河流域修建了一些小型水库工程，由于这些工程设计标准偏低，加上工程质量不高和管理不善，遇到大洪水时，发生溃堤失事对河道洪峰流量及洪水过程影响较大。根据《延安市宜川县崖底水库除险加固工程初步设计报告》，崖底水库位于宜川县西南猴儿川河上游，距集义镇政府21km，距宜川县城约65km。坝址以上控制流域面积100km2，主沟道长度25km，平均比降20‰。2011年利用国家病险水库除险加固资金已进行改造加固，改造后防洪标准为30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，总库容155万m3，兴利调节库容为91万m3。工程主要建筑物包括大坝、溢洪道、放水卧管。设计入库流量153.4m3/s（30年一遇），设计泄洪流量136.92m3/s（30年一遇）。削锋流量仅16.5m3/s，对工程洪水影响很小，故本次初步设计不考虑崖底水库对防洪工程的调节作用，直接按照工程控制流域面积336.3km2，计算进行洪水设计。

3.洪水分析计算

3.1天然设计洪水计算：治理河段内无水文资料，依据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）的有关规定，本次设计拟采用地区经验公式法、汇水面积相关法及猴儿川河道集义镇段历史洪水调查验算法进行计算，并对计算成果进行分析比较，合理确定设计流域洪峰流量。计算中参考《延安地区实用水文手册》及《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》。

3.2地区经验公式法

3.2.1设计暴雨推求

c、历史洪水调查结合地区相似河流参数计算洪水法（以下简称历史洪水调查相关法）：

①调查过程及计算方法：2016年6月成立宜川县猴儿川河集义镇段防洪工程洪水调查组，对2013年7月16日特大暴雨洪水进行调查，调查组以集义镇上游1km处金角桥上下游寻找平直段为控制，对金角桥以下40m处，240m处河段进行了野外勘察工作，调查地点见表6：

表6洪水调查地点一览表

在调查时，采用实地勘查与访问当地对这次洪水情况最熟悉的老农，邀请他们座谈和指认洪痕，经反复对证分析，认为可靠后，即予标记洪水痕迹位置，并在河段上下游的不同断面确定各自的洪痕，进行测量及绘制位置图。（见下图）在推求洪峰流量时，主要应用比降法，即选择合适的河段布设上、下游两个断面，测量各个洪痕及各断面，并选用适当的造率用Q=A/n*R2/3*I1/2计算洪峰流量。

②资料整理及验算调查洪水：在金角桥下游，选取河段，补设两个断面，间距为200m，两断面基本顺直，河床、河槽及漫滩种植物基本一致。根据实测洪痕测量资料见表7，计算该段河道水面比降I=1/100，各断面造率选取n=0.035公式，根据曼宁公式Q=Q=A/n*R2/3*I1/2计算得洪峰流量为546.2m3/s。

表7现场调查数据表

③洪水重现期：根据调查集义镇当地老农，可估算洪水排位的年数。猴儿川河集义镇段历史洪水调查的金角庄王来顺老先生71岁，集义镇张焕科老先生65岁，两位老人记忆中只有一次遇见这么大的洪水。由此可估算洪水（546.2m3/s）重现期为70年。后期再次调查中，据两位老人回忆介绍，他们的父辈同样只遇见过一次这么大的洪水。故此70年重现期还能进一步延长。

④结合当地相似河流参数计算：韩城市薛峰水库大坝位于韩城市薛峰乡境内小米川上游200m处的澽水河干流上，坝址以上控制面积529km2，河道长度50km，河床平均比降11.1‰，坝址位于集义镇东南23km处，集义镇改造河段上游与薛峰水库坝址以上，流域面积、河床平均比降、流域形状及下垫面等条件（地貌、植被）比较相似。故本次采用薛峰水库除险加固改造工程设计成果作为参考，分析计算历史洪水调查成果。依据历史洪水调查结果洪水546.2m3/s，重现期70年，参照韩城市薛峰水库除险加固年最大洪水参数成果，Cv=1.4，Cs=3Cv，查70年Kp=6.23，计算Q均=88m3/s。查20年Kp=3.66，验算K20=322m3/s

4.洪水分析结果确定

4.1洪峰流量的计算结果比较：为便于比较，将以上各种方法推求的洪峰流量数值归纳为表8：

表8猴儿川河集义镇段洪峰流量计算结果汇总单位：m3

根据汇总表结果，综合指数法的计算结果最小，汇水面积相关法计算结果最大，历史洪水调查相关法居于经验公式计算结果之间。两综合指数法、汇水面积相关法主要适用于较小流域，主要考虑面积因素，且在80年代编制延安市水文手册时没有对猴儿川河区域进行历史洪水调查，在加之近20年来陕北退耕还林初步呈现治理效果，猴儿川河段流域下垫面条件（地貌、植被）发生较大变化，洪水计算成果已不适宜选用水文手册中综合指数法及汇水面积法的计算值。历史洪水调查结合地区相似河流参数计算洪水法，计算结果适中，且猴儿川河集义镇改造段上游与薛峰水库坝址直线距离仅23km，两区域流域面积、河床平均比降、流域形状及下垫面等条件（地貌、植被）均比较相似；并且薛峰水库除险加固工程已遇2002年通过陕西省省水利厅批复，2006年已改造完成。经调查，截至目前已运行10余年，水库枢纽运行状态良好，为薛峰水库灌区提供了有力的水源保障。

综合以上分析，采用历史洪水调查结合地区相似河流参数计算洪水法较为合理，从而确定了不同重现期猴儿川河集义镇段洪峰流量建议采用值，见表9。其20年一遇（P=5%）的洪峰流量为322m3/s。

4.2设计洪水总量计算：根据《延安水文手册》石质山区洪水总量按下式计算，Qm——洪峰流量，m3/s；W——洪水总量，万m3。计算猴儿川河集义镇段设计洪量见表9。

表9猴儿川河集义镇段洪水总量计算成果表

4.3设计洪水过程线推求：本流域内无实测水文资料，其洪水过程按五点概化过程线进行计算，Ka=0.06，Kb=0.11，Kw=0.22，Kτ=0.15。Qa=Ka*Qm；Qb=Kb*Qm；ta=（1-2*Kw+Ka）；tb=（2-Kb）*τ；T=τ/Kτ根据《延安地区实用水文手册》，洪水历时按下式计算：T=19W/Qm，汇流历时τ=Kτ*T，计算得不同频率的洪水历时及τ见表10。根据以上特征值及表9洪水成果，得不同频率的洪水过程线见表10及图2。

表10猴儿川河集义镇段设计洪水过程

参考文献：

[1].陕西省延安地区水利水土保持局，《延安地区实用水文手册》，1987年；

[2].陕西省水利厅，《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》，1985年；

[3].水利部，《水利水电工程设计洪水计算规范》，SL44-2006；

[4].《陕西省韩城市薛峰水库出险加固初步设计报告》，2000年。