河道管理范围划定水文分析——以银川河为例

孙红丽

(甘肃省临洮水文水资源勘测局，甘肃 临洮 730500)

随着生态保护的重视和加强，人们对河道管理更加重视，有些地方在做未来发展规划时，也提出了河道发展规划[1]。河道发展规划首先得明确各行政管理部门的管理职责，因而需进行河道管理范围的划定。河道管理范围划定主要考虑河道现状、河道内的水工建筑物，还有安全行洪、水生物繁衍等情况。

国家及一些地方出台了相关规划的技术标准[2]，用于地方河道管理范围划定工作。其中水文分析计算是河道管理范围划定的一个重要过程，水文分析计算主要是确定不同频率的洪水量，以及对应的洪水水位，从而确定行洪的安全范围管理区域，按照一定的标准确定相应的水位线，最后画出管理线。以银川河为例进行河道管理范围划定的水文分析说明。

1 资料与方法

1.1 区域概况

银川河位于甘肃境内积石山县，属于黄河一级支流，汇入口距刘家峡水库较近。源地海拔4068m，上游称别藏河，出山口高程约2700m，主流长40.6km，流域面积457km2。主要支流居集河发源地雷积山，于别藏镇桥头村汇入银川河，还有尕小河、大泉沟、铁郎沟等河流，如图1所示。

图1 甘肃省黄河干流一级支流银川河水系

1.2 资料收集

银川河内有银川水文站、癿藏水文站，银川水文站位于银川乡西番庄，控制集水面积359km2，具有1971—1983年共12a实测流量资料。于1984年上迁更名为癿藏水文站，集水面积46.6km2，收集到32a实测流量资料和洪水资料。

采用无人机测量干流的地形地貌[3]，并按照河流变化，布设了75个断面。在水文分析计算过程中，根据主要支流汇入、主要水利工程选取分析计算控制断面，共选取了3个控制断面，分别为2#、48#、75#断面。

1.3 研究方法

1.3.1河道管理范围划定

河道管理范围主要依据以下2个标准进行划定[4]，有水利工程、河堤等设施的，以现有工程堤防为基础画管理线，以10a一遇洪水水位线复核[5]；无河堤及其他水利设施的以10a一遇洪水水位线为主。

1.3.2洪水量计算

(1)水文比拟法。在有些水利工程规划设计中，常遇到小河流上缺乏实测径流资料，或虽有短期实测径流资料但无法展延，常用间接的水文比拟法推求，该方法面积变化在20%以内具有一定的实用性，由于部分地区水文、降水资料欠缺可适当延长到30%以内使用。

(1)

式中，Q断—控制断面洪峰流量，m3/s；Q参—实测水文站或洪水调查断面洪峰流量，m3/s；F断—控制断面集水面积，km2；F参—实测水文站或洪水调查断面集水面积，km2。

(2)经验公式法。主要采用《甘肃省水文图集》中的洪峰流量公式，该方法主要适用于区域资料系列短，或区域内无水文、降水资料，以及区域周边也无任何资料等情况[6]。一般是作为参考，部分水利工程建设要求不是特别高的情况下使用。

(2)

式中，q—洪峰流量模数，m3/s/km2；F—集水面积，km2；C—不同频率洪峰流量模数对应的常数，通过在《甘肃省水文图集》中根据不同河流查表得出。地区经验公式一般参照本地分析研究成果。

1.3.3洪水水位计算

采用谢才-曼宁公式法起推断面洪水水位，建立水位流量关系线，从关系线中查出洪水水位；根据恒定非均匀流能量方程推算非控制断面水面线[7]，以控制断面为基点，由下游向上游逐段试算出其他各断面的水位。

1.3.4河床演变分析

河床演变分析主要从3个方面进行分析，分别对造床流量、河相系数、稳定河宽进行分析[8]。按照相应规范，河相系数计算公式：

(3)

式中，ζ—河相系数；B—造床流量对应的河宽，m；H—平均水深，m。

计算稳定河宽采用阿尔图宁公式，稳定河道系数选择1.3，其公式为：

(4)

式中，B稳—稳定河宽，m；A—稳定河道系数；Q—造床流量，m3/s；J—比降。

2 结果与分析

2.1 设计洪水计算

采用不同方法计算控制断面2#、48#、75#断面设计洪水量。

2.1.1水文比拟法

分别根据银川水文站适线洪峰流量成果，采用面积比拟法计算控制断面2#、48#、75#断面不同频率设计洪峰流量，计算成果见表1。

表1 水文比拟法计算成果

2.1.2地区经验公式法

根据《甘肃省水文图集》的地区经验公式计算的2#、48#、75#断面不同频率设计洪峰流量，计算成果见表2。

表2 地区经验公式法计算成果 单位：m3/s

2.2 河道参数选定

2.2.1河道坡降

验证计算坡降采用现状实测坡降，根据设计断面高程推求规划河道坡降，规划界限河段的比降为12.8‰。银川河划界河段水面线如图2所示。

图2 银川河划界河段水面线

2.2.2河道糙率

天然河道的糙率采用下列方法分析确定：有实测河道水面线和相应流量时，采用水面线计算公式推求糙率；无实测资料时，根据地形、地貌、河床组成、水流条件等特性与本河段相似的本河道其他河段或其他河道的实测糙率资料进行类比分析后选定；无相似河段可类比时，可查阅相关糙率取值手册分析选定。银川河主河道糙率采用值为0.035～0.050。

2.3 起推水位的确定

规划河流干流上无水利工程，起推水位为规划河流入河口防洪标准对应频率的水位。若收集到已批复规划报告中有起推水位，则直接采用；若无已知的起推水位，则根据断面形态、洪峰流量及河道下垫面情况等，采用谢才-曼宁公式计算起推断面处的水位。

银川河无已知的起推水位，根据断面形态、洪峰流量等，采用曼宁公式计算断面处的起推水位。不同水位对应的面积计算，采用大断面图几何面积计算。

2#大断面如图3所示，曼宁公式计算得水位流量关系线如图4所示，其他断面图不再列举。2#断面10a一遇的洪水流量为137m3/s，通过水位流量关系线图查找出对应的水位为1988.29m，作为1#—2#区间的起推水位。

图3 2#大断面

图4 2#断面的水位-流量关系线

48#断面10a一遇洪水流量为397m3/s，通过水位流量关系线图查找出对应的水位分别为1804.85m，作为3#—49#区间的起推水位；75#断面10a一遇洪水流量为631m3/s，通过水位流量关系线图查找出对应的水位为1733.42m，作为50#—75#区间的起推水位。

2.4 河段演变分析

河段演变分析采用卫星图的多年变化分析是最确切的，由于资料缺乏，一般采用河道形态、河势稳定相关系数来分析，首先必须确定造床流量，造床流量既不是最大洪水流量，也不是枯水流量，而是在洪水期较大且稳定的洪水流量。因为最大洪水流量的造床作用虽强，但历时过短，影响不是最大；枯水流量虽作用时间长，但造床影响较小。在实际工作中计算造床流量的方法很多，常用的有马卡维也夫法、平滩水位法和2a一遇洪峰流量法。本次采用2a一遇设计洪水流量为造床流量。

银川河划界河段控制断面的3要素计算成果见表3。

表3 河段演变分析成果

从表3中可以得出河相系数为0.12～0.25，稳定河相系数越小说明河床越稳定，甘肃省内河相系数一般在10左右，说明银川划界河段远小于甘肃省内一般值；稳定河宽为29.22～33.33m，基本都小于现状河宽，说明河段稳定性较好。

3 结论

河道管理范围划定水文分析[9]主要从设计洪水、河道参数选定、起推水位的确定、河段演变分析4个方面进行计算，其他断面采用数据模型搭建及水面线推求，来确定洪水水位线，由于其他断面量较大，本文没有展开分析论述，最终以3个断面推算出10a一遇洪水水位，作为管理范围划界的依据。