中南部铁路通道吕梁段青龙河特大桥洪水分析

崔瑞红

（山西省水利水电勘测设计研究院，太原030024）

1 流域概况

青龙河又名三川河，为黄河一级支流，是山西西部最大的河流。地处山西省吕梁地区境内，由北川河、东川河和南川河在离石县城与交口镇一带汇集而成，以北川河为主源，发源于方山县东北赤坚岭，流经离石城西接纳东川河水，再经交口镇揽入南川河水，故形成三川河，于柳林县境内石西乡河口流入黄河，位于吕梁山中段西翼，东经110°38′～111°37′，北纬37°4′～38°10′，干流全长168km，总流域面积4161km2［1］。

山西中南部铁路通道工程青龙河特大桥位于吕梁市柳林县后大成村附近的三川河干流上，桥址处断面为后大成断面，控制流域面积4102km2。上游280m处是后大成水文站。

后大成断面上游有3座中型水库：横泉水库、吴城水库和陈家湾水库，其中横泉水库位于三川河支流北川河上，控制流域面积800km2，2008年投入运行。陈家湾水库［2］位于三川河支流南川河上，建于1958年4月，控制流域面积309km2，占后大成以上流域面积的7.5%。吴城水库［2］位于三川河支流东川河上，建于1972年11月，控制流域面积220km2，占后大成以上流域面积的5.4%。

2 计算断面洪水分析

利用大成水文站和陈家湾水库入库水文站1957～1980年共24年实测洪水资料［3］，得出两站洪峰流量相遇的概率P为0.25，即24年中有6年两站的洪峰流量发生在同一天。根据陈家湾水库和吴城水库洪水调节成果［2］，当P=1%时，陈家湾水库可以削减洪峰流量的比例b为0.5，吴城水库可以削减洪峰流量的比例b为0.3。结合这两个水库所有的系列长度占后大成水文站系列长度的比例 （陈家湾水库为a=46/49=0.94，吴城水库为a=33/49=0.67），由于陈家湾水库和吴城水库均无入、出库洪水资料，无法用常规方法对后大成洪水进行还原。现采用陈家湾水库建成后的1958～2005年后大成实测系列进行洪水分析，作为陈家湾、吴城水库调节后的吴城、陈家湾～后大成的区间洪水（以下简称“区间洪水”），然后考虑横泉水库的影响，采用横泉水库下泄洪水与区间洪水相组合的方法计算。考虑到区间面积2773km2是横泉水库控制流域面积800km2的3倍多，洪水的地区组合采用区间同频率、横泉水库上游相应的组合方式［4］。

结合计算方两个问题进行分析讨论：①1958～1972年吴城水库尚未建设，这15年后大成实测洪水作为区间洪水可能偏大，但考虑吴城水库控制流域面积仅占后大成以上的5.4%，且吴城水库稀遇洪水的调节能力有限，对该系列应不会产生太大影响，且系偏检安全；②假设陈家湾与吴城水库的调洪能力不变，因两水库只依靠溢洪道泄洪，溢洪道以上调洪库容变化较小，影响不会太大。

综上分析，上述两因素起相消作用，本次采用的方法是可行并能保证一定精度的，使在缺乏水库入、出库资料的条件下，设计断面洪水分析得以进行。

3 设计洪水计算过程

3.1 后大成断面以上全流域洪水计算

3.1.1 历史洪水调查

根据 《山西省洪水调查成果表》（全国雨洪办1983年10月）整编刊印成果，三川河后大成站有2次调查洪水成果，洪峰流量分别为1875年的5590m3/s和1942年的4250m3/s［5］。通过对后大成站1958～2005年实测洪水系列中洪峰洪量的年值和均值、各等级流量洪量出现频次分析，把1959年2910m3/s实测洪峰流量不作为特大值处理。

参考《山西省暴雨洪水规律研究》及有关县志和调查资料，确定1875年洪水的重现期为135年，1942年洪水为135年以来的第二大洪水。

3.1.2 频率分析计算

后大成断面全流域洪水直接采用后大成水文站设计洪水。根据后大成水文站1958～2005年实测50年实测洪水资料系列，并加入历史洪水，以矩法加适线法确定统计参数，按P-Ⅲ型曲线适线，计算统计参数稍作调整。据分析，洪峰流量～洪量相关关系较好（相关系数为0.9），故历史洪量由洪峰流量～洪量关系曲线插值而得，且把1d洪量系列中1959年洪量1.19万m3和3d洪量系列中1959年洪量1.52万m3作为特大值处理，求得后大成水文站设计洪水成果如表1。

表1 后大成水文站设计洪水

3.2 后大成设计洪水过程线

根据典型洪水过程线的选择原则，选择后大成水文站峰高、量大、主峰偏后并且对工程不利的典型年。在实测资料中，符合以上条件的洪水过程线分别有1959、1966年典型洪水过程线，1959年洪水洪量居实测系列首位，峰居第二位，作为P=1%洪水典型过程，1966年洪水峰居首位，量居第二，作为P=5%洪水典型过程。将典型洪水过程线同频率放大并修正后的后大成设计洪水过程线如图1。

图1 后大成设计洪水过程线

3.3 区间设计洪水计算

区间设计洪水采用面积比指数折算全流域设计洪水。根据经验，洪峰流量面积比指数取为0.5，洪量面积比指数取为0.75。结果如表2。

表2 区间设计洪水

采用后大成水文站的典型洪水过程线依同频率法放大并修正后的区间百年一遇设计洪水过程线，如图1。

3.4 横泉水库洪水调节计算

3.4.1 横泉水库水位～库容、水位～泄量关系曲线

横泉水库的水位～面积～库容曲线和水位～泄量关系曲线采用 《横泉水库工程初设报告》（以下简称“横泉初设”）中的数据。

横泉水库泄洪洞方案的主要泄洪设施有泄洪洞和供水发电洞，泄洪洞洞径8m，进口底高程1107.0m，供水发电洞洞径3.4m；溢洪道方案的泄洪设施主要有溢洪道和供水发电洞，溢洪道采用开敞式WES实用堰，闸孔为3孔，单孔宽度7m，堰顶高程为1129m，供水发电洞进口底高程1107.0m。

3.4.2 横泉水库洪水调节原则

根据“横泉初设”，横泉水库的防洪调度按三级运行，入库洪水不超过20年一遇且水库水位已达到防洪限制水位时，为保护下游村镇和滩地，水库下泄流量不超过50m3/s，由泄洪洞（供水发电洞）下泄；当入库洪水超过20年一遇且洪水位超过防洪高水位时，泄洪洞（溢洪道）部分开启，下泄流量不超过450m3/s；当入库洪水超过50年一遇且洪水位超过50年防洪高水位时，泄洪洞（溢洪道）闸门全部开启；当入库洪水超过100年一遇且洪水位超过100年设计洪水位时，泄洪洞（溢洪道）和供水发电洞闸门全部开启泄洪；以上任何一种情况下，最大下泄流量不得超过入库洪峰流量。

3.4.3 防洪限制水位

“横泉初设”中经综合分析，经综合分析比较，防洪限制水位定的太高，对防洪、水库淤积和淹没不利，定的太低对供水不利，本着综合利用、统筹兼顾的原则，防洪限制水位宜采用1131.5m。

根据横泉水库的防洪限制水位和拟定的水库调洪原则，计算得横泉水库频率P为1%、2%，5%的下泄过程。

3.4.4 后大成断面设计洪水

区间洪水过程与横泉水库下泄过程叠加即为本次计算后大成断面设计洪水，计算得后大成断面频率P为1%时的设计洪峰流量4583m3/s，P为2%设计洪峰流量3824m3/s，P为5%设计洪峰流量2841m3/s。

4 结语

青龙河特大桥桥址上游有3个水库，若要考虑3个水库与区间洪水的地区组合，计算过程将会非常庞杂，本文通过数据分析3个水库暴雨洪水与下游断面洪水特性和关系，认为陈家湾水库和吴城水库对下游后大成断面的洪水影响因素起相消作用，洪水的地区组合可以不考虑这两个水库的影响，为在缺乏水库入、出库资料的条件下，设计断面洪水分析计算提供了一种新的途径。

［1］李英明，潘俊峰.山西河流［M］.北京：科学出版社，2004.

［2］山西省防汛抗旱指挥部办公室.山西省大中型水库汛期调度运用计划［R］.1998.

［3］黄河水利委员会.黄河流域水文资料［R］.

［4］刘光文.水文分析与计算［M］.北京：水利电力出版社，1989.

［5］全国雨洪办.山西省洪水调查成果表［R］.1983.