米脂县无定河大桥防洪工程处洪水分析

姬保雄

（陕西省米脂县水利水保工作队，陕西 米脂 718199）

无定河发源于陕西省靖边县白于山北麓，全长491.20 km，其中陕西省境内长385.20 km，总流域面积30261 km2。无定河绕米脂县城而过，是米脂县城防洪重点。为了提高县城防洪能力，需建设无定河大桥防洪工程，区间有芦河、黑木头川、榆溪河、马湖峪河、小川沟等较大支流汇入,工程以上流域面积为22885 km2。为确保地区防洪安全，提高区域防洪能力，需对无定河米脂县城段洪水量级及上游王圪堵水库调蓄影响进行分析。

1 暴雨洪水特性

米脂县属温带半干旱大陆性气候，多年平均降雨量350 mm～500 mm，年际变化大，年内分布不均，暴雨多、强度大、有效利用率低。米脂县无定河大桥防洪工程处洪水主要具有以下特征：洪水与暴雨关系密切，洪水常伴随暴雨而来；局部洪水发生次数多，全流域洪水发生次数少。暴雨多发生在局部河段或个别支流上，产生局部洪水相对危害较小；全流域面积发生暴雨次数少，产生洪水危害大；洪水暴涨暴落，峰高量小，沿途消减快，一次大洪水涨落一般9 小时到5 天不等；最大洪峰发生在7 月～9 月，其中7 月、8 月最多，占其总次数的85%～90%。

2 参证站选定及洪水分析

2.1 参证站确定

米脂县无定河大桥防洪工程上游55.3 km 处有赵石窑水文站，下游27.7 km 处有丁家沟水文站，两站均属于国家基本水文站网，水文资料可靠。赵石窑水文站建于1941 年8 月，基本断面位于陕西省横山县赵石窑村，集水面积15325 km2，距河口距离212 km，有77 年的水文监测资料。丁家沟水文站建于1958 年10 月，基本断面位于陕西省绥德县张家砭乡丁家沟村，集水面积23422 km2，距河口距离129 km，有60 多年的水文监测资料。

2.2 实测洪水系列分析

赵石窑、丁家沟水文站统计从建站以来至2010 年实测水文系列。赵石窑水文站1965 年有迁移，实测资料从1965 年开始统计。无定河上游20 世纪70 年代建成巴图湾水库、芦河河口庙水库等库坝群，为了资料的一致性，本应该进行还原计算，但由于库坝群对洪水影响的还原计算方法不够成熟，还原精度难以保证，鉴于目前库坝群布局已构成一定规模，未来不会有大的变化，因此无定河干流上赵石窑、丁家沟站不再对洪水进行还原计算，均采用20 世纪70 年代以后受库坝群影响的实测洪水资料作为分析参证站不同频率洪水依据。洪水计算统计各站的资料成果，均为整编刊印及审定的资料，其精度及可靠性均能满足设计要求。

2.3 历史调查洪水分析

根据《陕西省洪水调查资料》《榆林地区实用水文手册》等有关资料介绍，无定河赵石窑河段调查到的历史洪水按大小排序为 1932 年 2240 m3/s 最大，1947 年 1830 m3/s 次之，再次为1942 年1150 m3/s。根据历史洪水排位，1932 年洪水是1932 年以来的最大值，其重现期确定为79 年；1947 年洪水是1932 年以来的第2 大洪水，其重现期确定为40 年；1942年洪水是1932 年以来的第3 大洪水，其重现期确定为26 年。据调查考证，无定河丁家沟河段调查到的历史洪水仅有1932年一场。1932 年洪水是1932 年以来的最大值，其重现期确定为79 年。

2.4 洪水频率分析

根据赵石窑、丁家沟站受库坝群影响后的洪水系列，按照《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44—2006）推荐的方法，以年最大值法选样，并加入折算后的历史调查洪水，按不连序系列进行频率计算，经验频率采用数学期望公式进行计算，均值及变差系数Cv采用矩法计算，理论频率偏态系数Cs按经验取Cv的倍比通过适线确定。根据矩法计算出来的统计参数，采用皮尔逊Ⅲ型曲线进行适线，在适线中总的准则是：尽量使理论频率曲线通过经验点据的中心位置。若有困难时，侧重考虑与上部和中部大水点据吻合。历史洪水重现期有变动范围时，定线时作适当考虑。经过适线，求得无定河赵石窑、丁家沟站不同频率洪水成果及统计参数见表1，频率曲线见图1、图2。

图1 赵石窑站洪峰流量频率曲线

图2 丁家沟站洪峰流量频率曲线

无定河干流赵石窑、丁家沟站洪水频率分析计算工作，因规划和工程建设需要，以往进行过多次。《无定河流域综合规划》中的洪水频率分析计算成果通过了黄河水利委员会的审查，《榆林市无定河防洪治理工程可行性研究报告》（河南黄河勘测设计研究，2012 年9 月）经复核比较仍采用《规划》方法和成果。本次计算成果与《规划》成果对比情况见表1。

表1 无定河赵石窑、丁家沟站历次洪水计算成果比较表单位：m3/s

由表1 可知，本次计算成果洪峰流量均值比《规划》中成果稍大些，主要频率设计值有增有减，相对离差均在5.1%以下；主要频率设计值相差不多，结果基本一致，为了与已有成果保持一致，本次仍采用《规划》中的设计洪水成果作为防洪工程设计的依据。

3 水库调蓄影响及洪水组成分析

3.1 王圪堵水库调蓄影响分析

工程上游有王圪堵水库，所以洪水计算需要考虑王圪堵水库调蓄影响。

（1）王圪堵水库运用方式。根据《陕西省榆林市王圪堵水库工程初步设计报告》中调洪成果，王圪堵水库100 年一遇入库洪峰1308 m3/s，下泄量305 m3/s；50 年一遇入库洪峰流量为1028 m3/s，下泄量 264 m3/s；20 年一遇入库洪峰流量为 668 m3/s，下泄量228 m3/s；10 年一遇入库洪峰流量为402 m3/s，下泄量220 m3/s；5 年一遇入库洪峰流量为220 m3/s，下泄量214 m3/s。王圪堵水库调蓄作用大，洪水出库过程平稳且最大出库流量持续时间长（20 年一遇洪水出库流量最大为230 m3/s，出库过程200 m3/s 以上流量持续时间达24 h；10 年一遇出库过程200 m3/s 以上流量持续时间达11 h）。

（2）王圪堵水库影响后下游干流水文站设计洪水。王圪堵水库以下的干流河段设计洪水组成均为同频率地区组成法，即下游断面与区间同频率，王圪堵水库以上相应。王圪堵水库至以下各控制断面区间设计洪水计算采用水文比拟法，当参证站和设计流域处于产汇流特性一致区时，洪峰流量面积指数取0.67。由于无定河流域地貌分河源梁墹区、风沙区及黄土丘陵区三种类型，不同地貌的产汇流条件差别很大。不同流域地貌面积指数不同。

用干流王圪堵、赵石窑、丁家沟、白家川断面设计洪峰，建立干流自上游往下游控制面积与洪峰流量的相关关系，干流各控制断面面积与洪峰流量的相关关系较好，面积指数在1.35左右，面积指数大于1，说明随面积增加，洪峰模数增大，洪峰量级增加比例大于面积增加比例，这与流域越往下游产汇流条件越好的洪水特性是一致的。通过计算白家川至丁家沟、白家川至赵石窑、白家川至巴图湾三个区间的设计洪峰，来建立干流自下游往上游流域面积与洪峰流量的相关关系，各区间面积与洪峰流量的相关关系较好，面积指数约0.4。面积指数小于1，说明越往上游，随面积增加，洪峰模数减小，这也是与实际情况相符的。通过计算丁家沟至赵石窑区间的设计洪峰，建立干流自下游往上游流域面积与洪峰流量的相关关系，区间面积与洪峰流量的相关关系较好，面积指数约0.4。结合干流水文站洪水，推求王圪堵水库调洪后王圪堵至干流下游水文站区间设计洪水，结果见表2。根据王圪堵水库调洪成果，得到王圪堵水库影响后控制断面设计洪水成果表3。

表2 区间设计洪水成果表 单位：m3/s

表3 王圪堵水库影响后控制断面设计洪水成果表单位：m3/s

3.2 防洪工程处设计洪水计算

无定河米脂县城无定河大桥段有芦河、黑木头川、榆溪河、马湖峪河、小川沟等较大支流汇入。根据区间支流汇入情况及洪水特性分析，本次以支流汇入口断面作为控制断面，各控制断面设计洪水按水文比拟法推求。米脂县无定河大桥防洪工程位于小川沟汇入口下游，其控制断面采用汇入口下游处的镇川堡断面控制。镇川堡断面处设计洪水首先计算王圪堵～镇川堡区间流域设计洪水，再叠加王圪堵水库调洪下泄流量，即得到王圪堵水库影响后的镇川堡断面处设计洪水。其中王圪堵～镇川堡区间流域设计洪水以王圪堵～丁家沟区间流域设计洪水成果为参证站，采用水文比拟法进行计算，计算公式为：

式中：Q工程处、Q参证站为分别为王圪堵～镇川堡区间、参证站王圪堵～丁家沟区间设计洪峰流量，m3/s；F工程处、F参证站为分别为王圪堵～镇川堡区间、参证站王圪堵～丁家沟区间控制流域面积，km2，王圪堵～镇川堡区间流域面积为11780 km2，王圪堵～丁家沟区间流域面积为12671 km2；n 为水文比拟法面积指数，参证站丁家沟站位于镇川堡断面下游，面积指数采用分析确定的干流自下游往上游计算的面积指数0.4。

米脂县无定河大桥处防洪工程处的设计洪水由镇川堡断面控制，直接采用镇川堡断面设计洪水成果。经过计算，得到米脂县无定河大桥防洪工程处的设计洪水成果，见表4。

表4 米脂县城段防洪工程处不同频率设计洪水计算成果表单位：m3/s

4 结语

米脂县无定河大桥防洪工程位于王圪堵水库至白家川站之间，上游有王圪堵水库进行洪水调蓄，区间有芦河、黑木头川、榆溪河、马湖峪河、小川沟等较大支流汇入，洪水组成关系复杂。经过探讨和调蓄计算，以支流汇入口镇川堡断面作为控制断面，采用水文比拟法计算，得到米脂县无定河大桥防洪工程处50 年一遇洪水为3500 m3/s，可供施工设计进行参考。