大同市御河河道治理工程洪水計算分析

王飛

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，太原 030024）

大同市御河河道治理工程洪水計算分析

王飛

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，太原 030024）

依據(jù)大同市御河河道現(xiàn)狀概況，分析了工程建設(shè)的必要性。根據(jù)實測資料，論述了工程設(shè)計洪峰、24h洪量及3d洪量。并在考慮了上游兩座水庫影響后，對設(shè)計斷面洪水進行了分析計算。

水庫；實測資料；洪峰流量；洪量

1 流域概況

御河［1］是海河流域永定河水系桑干河的一級支流，發(fā)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)豐鎮(zhèn)市西北部的三義泉鄉(xiāng)宋家溝村，上游干流稱飲馬河，由北向南流經(jīng)豐鎮(zhèn)市，于新榮區(qū)堡子灣鄉(xiāng)鎮(zhèn)姜村流入大同市境內(nèi)，從大同市南部的吉家莊村匯入桑干河。御河全長155km，控制流域面積5016km2，其中大同市境內(nèi)長78.3km，流域面積2529km2，河道平均比降0.3%。御河的主要支流，大同市區(qū)以上有圈子河、萬泉河和淤泥河，大同市區(qū)以下有十里河。

圈子河發(fā)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)豐鎮(zhèn)市巨寶莊鎮(zhèn)新營子村，在大同市新榮區(qū)堡子灣鄉(xiāng)黑土墩村匯入御河，流域面積143.5km2，山西省境內(nèi)流域面積117km2。

萬泉河發(fā)源于陽高縣長城鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊堡村磚銀溝，在新榮區(qū)鎮(zhèn)川口入大同市境，由東向西南，在新榮區(qū)花園屯鄉(xiāng)黍地溝村匯入御河，流域面積331km2，大同市境內(nèi)流域面積164.8km2。

淤泥河發(fā)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)涼城縣曹碾滿族鄉(xiāng)周泉村，自西向東流經(jīng)新榮區(qū)，入趙家窯水庫，最后于大同市南郊區(qū)古店鎮(zhèn)山底村匯入御河，流域面積748km2，山西省境內(nèi)流域面積608.4km2。

2 洪水計算

2.1 暴雨洪水特性

御河流域洪水主要由暴雨形成，發(fā)生時間與暴雨發(fā)生時間相應，一般多發(fā)生在6～9月，且主要集中在7，8兩月。洪水的地區(qū)分布極不均勻。

受流域下墊面、流域特性和暴雨時空分布等因素的綜合影響，易發(fā)生局地性短歷時的暴雨，且流域比降較大、植被較差，因而洪水的特點為來勢迅猛，暴漲暴落，多形成峰高量小、歷時較短、陡漲陡落的單峰尖瘦型洪水，持續(xù)時間較短、挾沙能力強，年內(nèi)年際變化較大，具有典型的山溪性河流的特性。據(jù)孤山站1953～2010年資料統(tǒng)計，實測最大洪峰流量為2020m3/s（1967年），實測最小洪峰流量3.27m3/s（2009年），兩者比值高達618。

2.2 設(shè)計洪水分析計算

2.2.1 天然洪水

本工程控制流域面積3509km2。工程上游設(shè)有孤山水文站，孤山水文站由山西省水文水資源勘測局設(shè)立，為國家基本水文站。該站位于孤山水庫壩址下游3.0km處，1951年4月16日設(shè)立，1968～1969年停測，1970年1月1日由山西省水文總站恢復觀測至今，具有1954～1967、1970～2005年50年完整資料。由于其實測資料系列較長，資料較為可靠，系列代表性，一致性好，本次洪水計算采用孤山水文站作為設(shè)計依據(jù)站。

2.2.1.1 孤山水文站

本次對孤山水文站1953～2005年的實測洪峰流量、24h洪量、3d洪量系列進行了系列延長，形成了1953～2010年共58年實測系列資料。

在孤山站1953～2010年系列中，1967年為首位洪水，其洪峰流量2020m3/s，是實測第二位洪峰流量的2.37倍，較為突出。而從歷史文獻記載來看，1896年御河得勝堡（在豐鎮(zhèn)水文站下游）調(diào)查值1256m3/s，評價精度僅為“尚可靠”，而此場洪水在《山西省歷史洪水調(diào)查成果》中未進行定量分析，因此本次不對此場洪水進行定量排序；1931年豐鎮(zhèn)新城灣（在豐鎮(zhèn)水文站附近）調(diào)查洪峰流量1540m3/s，評價精度僅為“參考”，本次也不予考慮。1967年8月5日豐鎮(zhèn)水文站實測最大洪峰流量1370m3/s，孤山水文站實測最大洪峰流量2020m3/s，綜合考慮歷史文獻考證成果及歷史洪水調(diào)查成果，本次將孤山站1967年洪水按1896年以來第一位洪水處理，確定重現(xiàn)期為120年。

將孤山站實測洪峰、24h洪量、3d洪量進行頻率分析，采用P-Ⅲ型曲線［3］進行適線，適線時以全部點據(jù)擬合最佳為主，并考慮了與歷史洪水的協(xié)調(diào)。求得孤山水文站設(shè)計洪水成果如表1。

表1 設(shè)計洪水成果 單位：m3/s

孤山水文站設(shè)計洪水進行過多次分析計算，依據(jù) 《大同市御河城區(qū)段迎賓橋至光明藥廠河道治理及中水調(diào)蓄工程初步設(shè)計報告》（以下簡稱 “御河治理一期”）；《孤山水庫初步設(shè)計報告》（以下簡稱 “孤山水庫初設(shè)”），歷次設(shè)計成果如表2。

表2 各階段設(shè)計成果比較 單位：m3/s

本次計算各頻率洪峰流量、24h洪量及3d洪量均偏小，主要是系列不同引起的，“御河治理一期”采用的是1953～2000年實測系列，“孤山水庫初設(shè)”采用的是1953～2005年系列，而本次將實測系列延長至1953～2010年，所延長2006～2010年系列屬枯水期，實測洪峰流量均值僅6m3/s，遠小于該站洪峰流量長系列平均值，使得本次計算孤山站設(shè)計洪水均值減小，此外歷史洪水重現(xiàn)期不同，“御河治理一期”將1967年洪水按1896年以來的第一位洪水處理，重現(xiàn)期定為100年，本次也將該洪水按1896年以來第一位洪水處理，但重現(xiàn)期定為120年，這也使得本次計算設(shè)計洪水偏小?？紤]到御河河道治理一期工程已經(jīng)實施竣工，本次治理范圍緊鄰該治理工程，為使兩工程順暢斜接，且從工程安全角度考慮，本次孤山站設(shè)計洪峰流量采用“御河治理一期”成果。

2.2.1.2 其他斷面

工程斷面天然洪水、孤山水庫入庫洪水、趙家窯入庫洪水及孤山、趙家窯區(qū)間洪水均采用水文比擬法折算孤山水文站設(shè)計洪水成果求得，洪峰流量的面積比指數(shù)為2/3，24h洪量、3d洪量的面積比指數(shù)為1，由此求得各斷面的天然洪水如表3。

表3 各斷面天然洪水成果 單位：m3/s

2.2.2 設(shè)計洪水

工程治理斷面設(shè)計洪水由孤山水庫［4］下泄、趙家窯水庫［5］下泄及治理斷面—孤山水庫、趙家窯水庫區(qū)間洪水疊加得出。

2.2.2.1 孤山水庫調(diào)洪計算

孤山水庫工程由擋水壩段、溢流壩段、泄洪沖砂閘和引水閘組成。引水閘1孔，孔口尺寸4m×3m，孔口底板高程1110m。泄洪沖砂閘6孔，孔口尺寸8m×4m，底坎高程1106.5m。溢流壩堰頂高程1119.5m。汛限水位1108.5m。

（1）漲水段。當入庫洪水小于泄流建筑物泄流能力時，按來水流量控泄，庫水位保持在汛限水位；當來水流量大于或等于泄流能力時，水庫敞泄，水庫滯洪，庫水位升高。

（2）洪水退水時段。當庫水位下降到汛限水位時，按來水流量控泄，庫水位保持在汛限水位。

（3）水庫控制流量下泄時。當遇100年一遇洪水以下時 （含100年一遇洪水），水庫控制下泄流量1300m3/s。

2.2.2.2 趙家窯水庫調(diào)洪計算

趙家窯水庫大壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩頂高程1172.24m，最大壩高達33m，壩頂寬6.0m，主壩長400m，副壩長150m。溢洪道位于大壩右端，進口高程1162.00m； 泄洪洞坐于基巖上， 進口高程1147.24m；包括放水涵洞、溢洪道及泄洪洞3部分，其中放水涵洞存在質(zhì)量問題，除險加固將廢棄不用，溢洪道上設(shè)置4孔高×寬為4.8m×4.0m的鋼閘門，底部為駝峰堰，堰頂高程1164.24m。泄洪洞位于河川右岸，進口底高程1147.24m，泄洪洞徑4.7m，汛限水位1164.24m。

當水庫遇50年一遇洪水時，通過控制泄洪洞閘門的開啟高度（此時溢洪道不參與泄洪），滿足下游御河蓄水工程錯峰流量不超過187m3/s；當水庫遇100年一遇、2000年一遇洪水時，泄洪洞、溢洪道則同時敞開泄流。

2.2.2.3 工程斷面設(shè)計洪水

孤山水庫、趙家窯水庫天然入庫洪水經(jīng)水庫調(diào)節(jié)后下泄，與治理斷面～孤山水庫、趙家窯水庫區(qū)間洪水按最不利情況疊加，且暫不考慮河槽對洪水坦化影響，則工程斷面設(shè)計洪水成果如表4。

表4 工程斷面設(shè)計洪水成果 單位：m3/s

3 結(jié)語

本次洪水計算充分考慮了上游2座水庫趙家窯水庫和孤山水庫對設(shè)計斷面洪水的影響，其余該段御河的設(shè)計洪水只考慮了上游1座趙家窯水庫的影響，而孤山水庫為50年一遇設(shè)計，500年一遇校核，調(diào)洪原則為當遇100年一遇洪水以下 （含100年一遇）時，水庫限泄1300m3/s，對大頻率洪水影響較大。

［1］李英明，潘俊峰.山西河流［M］.北京：科學出版社，2004.

［2］山西省水利廳.山西省歷史洪水調(diào)查成果［M］.鄭州：黃河水利出版社，2011.

［3］詹道江，葉守澤.工程水文學（第三版）［M］.北京：中國水利水電出版社，2000.

［4］中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司.大同市孤山水庫工程初步設(shè)計［R］.2009.

［5］晉城市水利勘測設(shè)計院.大同市趙家窯水庫工程初步設(shè)計［R］. 2008.

（責任編輯：王艷肖）

Analysis of flood calculation of river course treatment project in Datong Yuhe River

WANG Fei
（Shanxi Hydroelectric Investigation，Design and Research Institute，Taiyuan 030024，China）

Base on the present situation of Datong Yuhe River，this paper analyzes the necessity of engineering construction.Based on available data，the calculation methods are discussed involving design flood peak，design flood volume in 24 hours and design flood volume in three days.Meanwhile the paper arrives at a conclusion which considers the effect of two upstream reservoirs.

reservoir；measured data；peak discharge；flood volume

TV122

：B

：1672-9900（2017）04-0026-04

2017-05-05

王 飛（1986-），男（漢族），山西襄汾人，工程師，主要從事水文與水資源規(guī)劃研究，（Tel）13753195515。