榆社縣東河流域山洪災(zāi)害警戒流量分析

梁志威

（晉中市水文水資源勘測(cè)分局，山西 晉中 030600）

1 流域基本情況

1.1 流域概況

東河發(fā)源于榆社縣東匯鄉(xiāng)鋪上村分家溝，于縣城西南蜿蜒匯入濁漳河北源。自西而東貫穿東匯鄉(xiāng)、城關(guān)鎮(zhèn)，全長(zhǎng)22 km，河床平均縱坡11.15‰，河床平均糙率0.025，流域面積134.2 km2。沿途有7條5 km以上的小支流匯入。

1.2 水文氣象條件

流域年平均降雨量550～600 mm，降雨量多集中在7—9月，汛期雨量占全年降雨量的70%，多年平均蒸發(fā)量1683 mm，多年平均徑流量0.16億m3，流域縣城西南干流入口處，平水年清水流量0.12m3/s。

流域基本以旱年為主，春旱最為嚴(yán)重，常發(fā)生洪澇災(zāi)害。年均無(wú)霜期150～170 d，年平均封凍期91 d，平均流冰期一般從11月下旬末開(kāi)始，平均解凍期出現(xiàn)在3月上旬后期，結(jié)冰期一般為121 d左右。流域上游無(wú)污染，下游出口處縣城段有輕度污染，水質(zhì)良好。

1.3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況

該流域覆蓋講堂、箕城2個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）22個(gè)行政村（自然村），1839戶，0.66萬(wàn)人。流域內(nèi)共有耕地面積0.081萬(wàn)hm2，其中水澆地0.009萬(wàn)hm2。流域內(nèi)作物以玉米、高粱、谷子、豆類為主。

2 流域洪水分析

2.1 歷史調(diào)查洪水

根據(jù)《晉中地區(qū)水文計(jì)算手冊(cè)》，該流域有歷史調(diào)查洪水5場(chǎng)，調(diào)查地點(diǎn)均為縣城板城橋。1915年6月20日，調(diào)查洪峰流量為1230m3/s；1928年8月22日，調(diào)查洪峰流量為1050m3/s；1957年8月29日，調(diào)查洪峰流量為203m3/s；1944年調(diào)查洪峰流量為543m3/s；1956年調(diào)查洪峰流量為205m3/s。近二三十年內(nèi)流域未發(fā)生較大洪水，2012年7月受上游連續(xù)降水影響，流域內(nèi)多處塘壩出現(xiàn)破損，發(fā)生一次較大洪水，但據(jù)洪痕分析，洪峰流量小于200m3/s。

2.2 設(shè)計(jì)洪水分析

2.2.1 流域特征值量算

首先根據(jù)1∶50000地形圖勾繪流域分水線，并量算相應(yīng)流域特征值。本次流域面積、河長(zhǎng)、河道縱坡直接采用河湖普查成果。

經(jīng)量算，流域產(chǎn)流地類包括兩類，分別為砂頁(yè)巖灌叢山地124.1 km2，占流域面積的92.5%；黃土丘陵階地10.1 km2，占7.5%。流域匯流地類包括3類，其中灌叢山地82.0 km2，占流域面積的61.1%；草坡山地42.2 km2，占 31.4%；黃土丘陵階地 10.1 km2，占 7.5%。

2.2.2 設(shè)計(jì)暴雨

根據(jù)暴雨等值線圖，在流域內(nèi)設(shè)3個(gè)定點(diǎn)雨量，并分別查出不同定點(diǎn)不同歷時(shí)暴雨均值、變差系數(shù)。

2.2.3 設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

流域內(nèi)除上述幾場(chǎng)調(diào)查洪水外，再無(wú)其他洪水資料，屬無(wú)資料地區(qū)，因此采用《山西省水文計(jì)算手冊(cè)》中流域水文模型法進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，東河流域20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為600m3/s。

2.2.4 設(shè)計(jì)洪水合理性分析

由前述歷史洪水調(diào)查資料顯示，自1915年以來(lái)，流域最大洪峰流量為1230m3/s，大致接近100年一遇。1944年調(diào)查洪峰流量為543m3/s大致相當(dāng)于20~30年一遇，本次計(jì)算20年一遇設(shè)計(jì)洪峰600m3/s，計(jì)算結(jié)果略有偏大，但在可接受范圍，從防洪安全考慮，設(shè)計(jì)洪峰采用本次手冊(cè)計(jì)算成果。東河流域不同頻率下設(shè)計(jì)流量分別為：P=20%，Q=200m3/s；P=14%，Q=300m3/s；P=10%，Q=400m3/s；P=5%，Q=600m3/s。

3 流域危險(xiǎn)區(qū)確定

3.1 危險(xiǎn)區(qū)劃定

本次根據(jù)20年一遇設(shè)計(jì)洪峰計(jì)算結(jié)果，對(duì)流域進(jìn)行了踏勘，初步分析確定流域危險(xiǎn)區(qū)主要位于流域下游東匯以下河段，危險(xiǎn)河段長(zhǎng)度初步劃定為約2 km的河段。根據(jù)初步劃定的危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行河段縱橫斷面野外測(cè)量工作。考慮到危險(xiǎn)河段集中于約2 km河段，本次在2 km河段布設(shè)橫斷面13個(gè)（K0+000—K2+194），在施測(cè)各個(gè)橫斷面的同時(shí)，施測(cè)各斷面水邊作為河道比降分析依據(jù)。測(cè)量過(guò)程中設(shè)立固定點(diǎn)并假定其高程為1000m，13個(gè)斷面在同一危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)采用統(tǒng)一的假定高程。

3.2 危險(xiǎn)區(qū)復(fù)核

根據(jù)斷面測(cè)量成果，采用水面線法對(duì)危險(xiǎn)區(qū)復(fù)核。

3.2.1 河段比降計(jì)算

以13個(gè)橫斷面水邊高程作為河段比降計(jì)算的依據(jù)，從斷面測(cè)量成果選出相應(yīng)的河道比降計(jì)算數(shù)據(jù)，縱斷面全部以左岸水邊測(cè)量值為準(zhǔn)。經(jīng)計(jì)算，分析河段河道平均縱坡為4.94‰。

3.2.2 河床糙率選取

根據(jù)各斷面河床組成及床面特性，結(jié)合天然河道糙率表，合理選用各河道糙率。樁號(hào)K0+000—K1+358河段斷面是泥沙河床，糙率采用0.025；K1+358—K2+194斷面是砂卵石河床，主槽糙率采用0.030，灘地采用0.035。

3.2.3 起始水位推算

起始水位采用曼寧公式法計(jì)算，經(jīng)分析計(jì)算，20年一遇洪水洪峰流量為600m3/s，樁號(hào)K0+000相應(yīng)水位為996.35m。

3.2.4 天然河道水面線推算

河道水面線的計(jì)算從某控制斷面的已知水位開(kāi)始，根據(jù)有關(guān)水文地形資料，運(yùn)用水面曲線基本方程式，逐河段推算其他斷面的水位。在推算河道水面曲線時(shí)，控制斷面一般放在下游，因此往往是從下游至上游逐段進(jìn)行。

以樁號(hào)K0+000斷面設(shè)計(jì)水位為起始水位，采用武漢水利水電學(xué)院研發(fā)的“水利工程程序集—河道水面線V3.11”計(jì)算系統(tǒng)，對(duì)設(shè)計(jì)河段進(jìn)行設(shè)計(jì)水面線推求。推算可知，當(dāng)發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，樁號(hào)K0+432—K2+194河段洪水位將出堤，危及周邊居民區(qū)，因此將該段確定為危險(xiǎn)區(qū)。

4 警戒流量確定

由上述水面線推算成果，當(dāng)發(fā)生20年一遇洪水（600m3/s）時(shí)，個(gè)別河段堤頂超高達(dá)2m以上，不宜以此作為警戒流量。

為合理確定警戒流量，本次采用警戒流量的方法：假定不同的流量，分別推求相應(yīng)的天然河道水面線，當(dāng)洪水水面線與堤頂高程基本相當(dāng)時(shí)的流量作為警戒流量。本次推算了洪峰流量分別為10年一遇（400m3/s）、8 年一遇（300m3/s）、5 年一遇（200m3/s）的天然河道水面線。

結(jié)果可知，當(dāng)流量達(dá)到400m3/s時(shí)，樁號(hào)K0+432—K2+194河段洪水位將出堤，河段堤頂超高達(dá)1.1m，危及周邊居民區(qū)。當(dāng)流量達(dá)到300m3/s時(shí)，樁號(hào)K0+432—K2+194河段洪水位將出堤，河段堤頂超高達(dá)0.5m，危及周邊居民區(qū)。當(dāng)流量達(dá)到200m3/s時(shí)，洪水水面線與堤頂高程基本相當(dāng)，除K0+432左堤超高0.1m和K2+194左右堤各超高0.1m外，其他地方洪水均不會(huì)出堤，居民區(qū)不會(huì)受到損失，因此確定200m3/s為本河段警戒流量。

經(jīng)綜合計(jì)算分析，榆社縣東河流域危險(xiǎn)區(qū)河段警戒流量為200m3/s。