延安中心城区延河洪水计算探究

2017-10-16张帆

陕西水利 2017年5期

关键词：王瑶洪量延河

张帆

（陕西省延安市防汛办，陕西延安 716000）

延安中心城区延河洪水计算探究

张帆

（陕西省延安市防汛办，陕西延安 716000）

延安市区地处延河之滨，受支流西川河、南川河、杜甫川的切割，市区依山傍河，大部分建筑沿川道一、二阶地修建，市区沿河线性分布，防汛压力很大，掌握延安中心城区延河不同频率洪水显得尤为重要。在收集延河各水文站水文泥沙、历史洪水、河道冲淤、河势变化的基础上，采用统计分析、理论（经验）公式计算，分析、总结河道行洪、河道冲淤、河势变化的一般规律，最终计算出延河延安中心城区段的设计洪水流量。水文分析计算在延安城区河道防洪、河岸防护设计、安全度汛等方面具有十分重要的意义。

洪水计算；水文分析；延河

延安市区地处延河之滨，凤凰山、清凉山、宝塔山三山环抱，受支流西川河、南川河的切割，市区依山傍河，大部分建筑沿川道一、二阶地修建，平面呈“X”型布局。由于市区地处黄土丘陵沟壑区，周边山高坡陡，植被较差，暴雨洪水频繁，泥沙含量大，市区段河道淤积明显，部分河段不能满足30年一遇洪水防洪要求。因此，搞清楚现阶段延安中心城区延河不同频率设计洪水情况是非常必要的。

1 延河概况

延河为黄河右岸一级支流，发源于靖边县天赐湾乡周山南麓，经安塞县镰刀湾乡杨石寺村附近进入延安境内，自西北流向东南，流经安塞、宝塔、延长等县（区），于延长县南河沟乡凉水岸村附近注入黄河。河道全长286.9 km，流域面积7725 km2，平均比降3.3‰。延河在延安市境内长248.5 km，境内流域面积7321 km2，主要支流有杏子河、平桥川、西川河、南川河、蟠龙川等五条。

延河市区段河谷在横剖面上呈宽阔的“U”型，南川河口以上（西北川）堤距宽度一般为100～130 m，南川河口以下（东川段）堤距宽度一般为120～145 m。南川河口以上丁泉砭（万佛洞）段堤距最窄，为一处卡口，堤距宽度仅为80 m。南川河口以下、嘉陵大桥以上宝塔山段河道宽度为102.3～110.9 m，而上下游河道宽度为140～155 m，该段也为一处卡口。

水文站网布设情况详见表1。

表1 水文测站基本情况一览表

2 延安城区现状防洪标准

根据《水利水电枢纽工程等级划分和洪水标准》（SL252—2000）、《堤防工程设计规范》（GB500286—2013），及《延安市城市防洪工程可行性研究报告》、《陕西省重要支流延河防洪治理工程（延安城区段）初步设计报告》、《陕西省重要支流延河防洪治理工程（宝塔区项目区）初步设计报告》，延安城区段堤防按防御30年一遇洪水标准设防，延河延安水文站处相应洪峰流量为3690 m3/s，西川河汇合口处相应洪峰流量为4300 m3/s，延安东关十里铺处相应洪峰流量为4670 m3/s。

规划确定延安市区延河干流近期按30年一遇洪水设防，远期于干流上游修建以防洪为主的龙安水库，提高延河干流的防洪标准至100年一遇洪水标准。确定延河干流兰家坪变电站至延河大桥的堤距为120 m，延河大桥以下为145 m。

3 设计洪水计算

延安城区段延河干流设有延安水文站，延安站实测洪水资料反映了延河干流的洪水特性，故以延安站为参证站，采用

水文比拟法计算延河干流的设计洪水。

3.1 历史调查洪水

《延安市城市防洪工程可行性研究报告》（陕西省水利电力勘测设计研究院，2001年6月）确定1977年洪水重现期为200年一遇，本次经分析洪水重现期仍采用200年一遇。其它历史洪水较小，与一般洪水量值接近，故将其加入实测洪水系列计算，其重现期按实测系列排序。

历史洪水调查成果详见表2。

表2 历史洪水调查成果表

3.2 系列代表性分析

延安站经过插补延长后有1952～2014年共63年的洪水系列，另外还调查到1917年以来较大的历史洪水，这在大、中流域系较长资料系列，但对总体而言，延安站洪水系列已长达63年，基本上包括了丰、平、枯时段和各种来水组合，且又加入了历史调查洪水，同时洪水系列正递序均值、变差系数CV随历时变化也趋于稳定，因此认为该洪水系列具有较好的代表性。

4 延安站洪水频率计算

延河干流控制站天然洪水分析计算工作，因规划和工程建设需要，以往曾进行过多次。《延安市城市防洪工程可行性研究报告》（陕西省水利电力勘测设计研究院，2001年6月）水利部以水规计〔2001〕513号、黄河水利委员会以黄规计〔2001〕125号文批准实施，《陕西省重要支流延河防洪治理工程（延安城区段）初步设计报告》（延安市水利水电工程勘测设计院，2013年10月）再次对延安城区段延河干流设计洪水进行了补充分析，仍推荐采用省院2001年分析成果，该报告中的洪水频率分析计算成果通过了水利部规划总院、陕西省水利厅的审查。本次计算成果与以往设计洪水成果比较情况详见表3。

表3 延河干流控制站设计洪水成果比较表单位：m3/s、万m3

从表中计算成果可以看出，各次计算成果略有差异。对于30年一遇洪水，本次计算延安站洪峰流量成果比“城市防洪可研”成果偏小6.0%，1日洪量成果比“城市防洪可研”成果偏小6.2%，其原因主要是进入二十一世纪以后延河一直处于枯水时段，发生大洪水次数减少，随着资料系列的延长，使均值随系列延长而减小造成的。延安院2013年在编制“重要支流延河防洪可研”时经计算分析比较后仍采用“城市防洪可研”成果。鉴于延河延安城区段设计洪水涉及黄河治理、延河规划诸多方面因素，故本次仍以“城市防洪可研”成果作为本次计算采用的依据。

4.1 设计洪水

（1）延安站不同频率设计洪水

延安站不同频率设计洪水采用“77.7”典型洪水地区组成，以峰量关系法和典型洪水地区组成法推求。

a.峰量关系法

将延安站某一频率天然日洪量，按“77.7”典型洪水的王瑶水库入库洪水1日洪量占延安站相应频率天然1日洪量24.25%的比例，分配到王瑶水库坝址以上分区，求出入库洪水，所余相应频率的1日洪量，即为延安站以上、王瑶水库以下干流区间洪量。以该区间1日洪量，按延安站所分析综合的同场洪水峰、量关系式，求得延安站不同设计频率区间洪峰流量并错时段叠加相应王瑶水库坝址以上分区相应入库洪水经该库调蓄后的泄洪流量，即得延安站受王瑶水库调蓄影响后的不同频率设计洪峰流量。

延安站同场洪水峰量关系式为：

式中：Q延、W1延分别为王瑶水库以下延安站以上干流区间洪峰流量（m3/s）和 1日洪量（万 m3）。

陕西省水利电力勘测设计研究院2001年开展《延安市城市防洪工程可行性研究报告》编制工作时，鉴于王瑶水库滞洪能力较大，水库原设计泄洪洞最大泄洪能力为75 m3/s，故以75 m3/s泄流量常数叠加上述区间洪峰，得不同频率延安站设计洪峰流量。2006年，王瑶水库进行了除险加固，新增泄洪排沙洞一座，最大泄流量为119.8 m3/s，总泄流量达到194.8 m3/s。故本次以194.8 m3/s泄流量常数叠加上述区间洪峰流量，求得不同频率延安站设计洪峰流量，成果详见表4。

表4 延安站不同频率设计洪水成果表（峰量关系法）单位：m3/s、万 m3

b.典型洪水地区组成法

采用与峰量关系法相同的方法求出王瑶水库坝址以上分区和王瑶水库以下、延安站以上干流区间某一频率分区天然1日洪量后，取延安站“77.7”典型洪水过程线作为王瑶水库以下、延安站以上干流区间典型洪水过程线，按洪量控制，以是述比例求得王瑶水库以下、延安站以上干流区间某一频率1日洪量占延安站“77.7”典型洪水1日洪量比例，对其洪水过程进行同倍比缩放，可得该区间相应频率洪峰流量，然后叠加王瑶水库最大下泄流量194.8 m3/s后，得到延安站天然洪水受王瑶水库调蓄影响后的不同频率设计洪峰流量，成果详见表5。