滏陽(yáng)河侯莊分流工程的水文研究

車(chē)連常

（河北省衡水市水務(wù)局,河北 衡水 053000）

滏陽(yáng)河侯莊分流工程的水文研究

車(chē)連常

（河北省衡水市水務(wù)局,河北 衡水 053000）

滏陽(yáng)河侯莊分流工程是衡水市區(qū)防洪保安的關(guān)鍵性工程，連接滏陽(yáng)河與滏陽(yáng)新河，水文現(xiàn)狀比較復(fù)雜，針對(duì)兩河洪瀝水遭遇、洪水過(guò)程、工程分流的可行性、淹沒(méi)面積及分流減災(zāi)、工程規(guī)模等方面進(jìn)行分析，最終確定工程的建設(shè)規(guī)模及工程調(diào)度運(yùn)用方案。

滏陽(yáng)河；分流；水文

1 工程概況

滏陽(yáng)河過(guò)去是子牙河南支的主要行洪、排瀝、航運(yùn)、灌溉綜合性河道，自滏陽(yáng)新河建成后，艾辛莊樞紐以下不再承擔(dān)主要的行洪任務(wù)，而是主要排泄滹滏區(qū)間的瀝水。滏陽(yáng)河蜿蜒曲折自西南向東北穿過(guò)衡水市境內(nèi)，在衡水市境內(nèi)總長(zhǎng)135.7km，在衡水市區(qū)長(zhǎng)約30km，是一條行洪排瀝河道，5a一遇設(shè)計(jì)流量150～290m3/s。侯莊分流工程位于桃城區(qū)侯莊村南，衡水市區(qū)西南，距衡水市主城區(qū)約9km，該處滏陽(yáng)新河左堤與滏陽(yáng)河右堤間距286m，又有舊工程候莊連接渠可以利用，所以是布置分流工程的最佳地址。工程區(qū)域地勢(shì)平坦，西南高東北低，地面高程20.5～22.5m。

目前滏陽(yáng)河設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是按照滹滏區(qū)間農(nóng)田排澇標(biāo)準(zhǔn)即5a一遇設(shè)防，因此遠(yuǎn)不能滿足城市防洪要求。滹滏區(qū)間總流域面積6643km2，衡水市區(qū)以上3174km2，如遇5a一遇以上降雨，滹滏區(qū)間將有大量瀝水涌向市區(qū)。衡水市區(qū)地勢(shì)低洼，且地面不斷沉降，主城區(qū)海拔高程僅20m左右，新城區(qū)高程18.5～19m，滏陽(yáng)河從市中心穿過(guò)。上游寧晉泊艾辛莊地面高程為28 m，寧晉泊50a一遇設(shè)計(jì)洪水位29.5m，滯蓄洪水25.34億m3，“63.8”型洪水設(shè)計(jì)水位31.5 m，滯蓄洪水49.7億m3，洪水寧晉泊至衡水市河道長(zhǎng)度74km，直線距離約57km，且在北圍堤留有分洪口門(mén)，一旦發(fā)生洪水，將直接威脅衡水市區(qū)及下游民眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。為提高衡水市區(qū)防洪保安能力，減輕市區(qū)及下游洪澇災(zāi)害的壓力，從落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀和保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全出發(fā)，急需在滏陽(yáng)河市區(qū)上游修建防洪減災(zāi)分流工程，當(dāng)發(fā)生高標(biāo)準(zhǔn)洪瀝水時(shí)，將部分洪瀝水分流入滏陽(yáng)新河或短時(shí)間滯蓄在分流工程以上區(qū)域。這樣，可以有效保證衡水市區(qū)的防洪安全，大大緩解市區(qū)及下游的洪澇威脅，減少擴(kuò)挖整治下游段滏陽(yáng)河的巨大工程投資。

在滏陽(yáng)河上修建侯莊節(jié)制閘，擋水位按20a一遇設(shè)計(jì)，為23.21m，設(shè)計(jì)流量150m3/s；在滏陽(yáng)新河左堤52+800處新建分流穿堤洞，設(shè)計(jì)流量120m3/s；擴(kuò)挖滏陽(yáng)新河與滏陽(yáng)河之間的候莊連接渠為分流渠，設(shè)計(jì)流量120m3/s；在分流渠北岸滏陽(yáng)新河左堤至節(jié)制閘以及滏陽(yáng)河左岸節(jié)制閘至原滏陽(yáng)河舊堤之間按20a一遇修筑防洪圍堤，形成一道防洪屏障。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)于2010年由河北省水利廳批復(fù)，工程正在建設(shè)中。

2 水文分析

2.1 滏陽(yáng)河、滏陽(yáng)新河洪瀝水遭遇分析

從洪瀝水成因方面分析，河北省中南部地區(qū)在較大流域（超過(guò)2000km2）發(fā)生大量級(jí)洪瀝水往往是某些特定天氣系統(tǒng)所形成，如在副高壓北移穩(wěn)定少動(dòng)條件下，由西來(lái)低槽、黃河氣旋、西南低渦、橫切變或臺(tái)風(fēng)等天氣系統(tǒng)組合，導(dǎo)致滹滏區(qū)間和滏陽(yáng)河流域山區(qū)同時(shí)出現(xiàn)大量級(jí)洪瀝水；中小量級(jí)洪瀝水往往是由局部短歷時(shí)暴雨形成的，其暴雨發(fā)生的隨機(jī)性更為明顯，山區(qū)、平原各地都有出現(xiàn)的可能。即從暴雨成因分析，滏陽(yáng)河流域山區(qū)大量級(jí)洪水與滹滏區(qū)間大量級(jí)瀝水遭遇的幾率較大，而山區(qū)、平原出現(xiàn)較小量級(jí)洪瀝水遭遇的幾率較小。

具體分析滹滏區(qū)間歷史上實(shí)際發(fā)生過(guò)的較大瀝水，可以看出滏陽(yáng)河流域洪瀝水遭遇有以下特點(diǎn)：

（1）滹滏區(qū)間發(fā)生較大瀝水，特別是超過(guò)20a一遇的瀝水，往往滏陽(yáng)河山區(qū)洪水也較大，會(huì)形成滏陽(yáng)新河洪水位過(guò)高而難于實(shí)施滏陽(yáng)河向滏陽(yáng)新河分流。例如：1963年8月，滹滏區(qū)間發(fā)生50a一遇瀝水，滏陽(yáng)河洪水更大，重現(xiàn)期約250a一遇；1956年8月滹滏區(qū)間發(fā)生20a一遇瀝水，滏陽(yáng)河山區(qū)出現(xiàn)大于20a一遇洪水。因此滹滏區(qū)間出現(xiàn)稀遇的瀝水往往是海河南系發(fā)生特大洪水的時(shí)期。

（2）滹滏區(qū)間出現(xiàn)接近或略小于10a一遇的瀝水，相應(yīng)滏陽(yáng)新河洪水量級(jí)較小，持續(xù)時(shí)間也較短。例如1970年滹滏區(qū)間出現(xiàn)5a一遇瀝水，衡水市區(qū)附近瀝水峰值147m3/s，當(dāng)時(shí)滏陽(yáng)新河洪水流量?jī)H162m3/s；又如1977年滏陽(yáng)河出現(xiàn)接近10a一遇瀝水，峰量184m3/s，當(dāng)時(shí)滏陽(yáng)新河洪水流量為303m3/s；1996年滹滏區(qū)間出現(xiàn)不足5a一遇瀝水，滏陽(yáng)新河洪水不足10a一遇，最大流量?jī)H320m3/s。

按照洪水地區(qū)組合的概念分析，將對(duì)衡水市構(gòu)成威脅的瀝水和外河洪水視為一個(gè)系統(tǒng)，在“全流域控制”的前提下分析洪瀝水組合，在總體出現(xiàn)10a或20a一遇洪瀝水的前提下，以“滹滏區(qū)間瀝水設(shè)計(jì)、滏陽(yáng)新河洪水相應(yīng)”分析洪水地區(qū)組成，則滏陽(yáng)新河洪水的量級(jí)不會(huì)太大。

2.2 滏陽(yáng)新河水文分析

2.2.1 設(shè)計(jì)情況

參照《子牙河流域防洪規(guī)劃報(bào)告》，經(jīng)復(fù)核分析，滏陽(yáng)新河工程段設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表1。

表1 滏陽(yáng)新河侯莊分流工程段設(shè)計(jì)洪水成果

2.2.2 補(bǔ)充分析

本次在原有設(shè)計(jì)洪水成果的基礎(chǔ)上，對(duì)20a、10a一遇洪水進(jìn)行了補(bǔ)充分析計(jì)算。

滏陽(yáng)新河設(shè)計(jì)洪水主要源于艾辛莊樞紐的下泄洪水，而艾辛莊站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的范圍從最南部的滏陽(yáng)河干流至北部的洨河共計(jì)12條河流，分為山區(qū)、平原兩大區(qū)域，其中山區(qū)包括實(shí)測(cè)控制站山區(qū)及無(wú)控制站山區(qū)，100m等高線以下為平原。由于艾辛莊以上流域范圍較大、河流較多，上游河道出山口后進(jìn)入下游平原地區(qū)，下游河道標(biāo)準(zhǔn)較低，一般為5～10a一遇，當(dāng)遇較大洪水時(shí)，各河道洪水互相串流，漫地行洪，且山區(qū)洪水與平原瀝水互相遭遇，洪水的流勢(shì)、流態(tài)非常復(fù)雜，因此只能利用非恒定流理論模擬艾辛莊洪水的泄流過(guò)程。

采用二維水流數(shù)學(xué)模型的方法進(jìn)行艾辛莊洪水的模擬，該模型的理論基礎(chǔ)是平面二維水動(dòng)力學(xué)模型，主要將模型計(jì)算區(qū)域以上各河道徑流過(guò)程與計(jì)算區(qū)域內(nèi)的降雨產(chǎn)、匯流過(guò)程，分別以上開(kāi)邊界條件和面源、沿程旁側(cè)入流形式結(jié)合起來(lái)融入水動(dòng)力學(xué)模型。

經(jīng)推算，該處滏陽(yáng)新河洪水位成果見(jiàn)表2。

表2 滏陽(yáng)新河侯莊分流工程段補(bǔ)充洪水分析成果

2.3 滏陽(yáng)河水文分析

參照《衡水市城市防洪規(guī)劃》分析計(jì)算成果，并進(jìn)行復(fù)核，成果見(jiàn)表3。

表3 滏陽(yáng)河侯莊分流工程段洪水分析成果

2.4 洪水過(guò)程分析

根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析洪水過(guò)程。

歷史上，滏陽(yáng)河流域發(fā)生較典型洪瀝水的年份有1956，1963，1970，1977，1996年。根據(jù)實(shí)測(cè)資料，1956年8月滏陽(yáng)河流域發(fā)生洪水，暴雨發(fā)生在7月29日至8月6日，主要暴雨發(fā)生在8月初，暴雨主要區(qū)域在沙河、南北洺河、滏陽(yáng)河等河流的上游區(qū)域，至8月11日洪峰到達(dá)衡水市區(qū)附近，歷時(shí)約220h?！?3.8”洪水滏陽(yáng)河山區(qū)主要暴雨發(fā)生在8月3～5日，暴雨主要區(qū)域在沙河、南北洺河、泜河等河流的上游區(qū)域，滏陽(yáng)河衡水站8月12日出現(xiàn)最大洪峰流量14500m3/s，洪峰行程歷時(shí)約220h。1970年滏陽(yáng)河上游平原及滹滏區(qū)間同時(shí)出現(xiàn)約5a一遇洪瀝水，降雨時(shí)段在7月28～31日，主要降雨時(shí)段在7月31日，主要降雨區(qū)域在威縣、新河、寧晉泊、老漳河等靠近艾辛莊的附近平原區(qū)域，滏陽(yáng)河衡水市區(qū)附近8月2日瀝水峰值147m3/s，8月1日滏陽(yáng)新河艾辛莊洪水流量l80m3/s，這次降水由于主要在滹滏區(qū)間及滏陽(yáng)河上游附近平原，洪峰行程短，歷時(shí)約90h。1977年滏陽(yáng)河上游流域及滹滏區(qū)間同時(shí)出現(xiàn)接近10a一遇瀝水，降雨時(shí)段在7月25～28日期間，主要降雨時(shí)段在7月26日，7月28日17點(diǎn)20分滏陽(yáng)河衡水站出現(xiàn)最大峰量184m3/s，歷時(shí)約70h；8月1日18點(diǎn)03分滏陽(yáng)新河艾辛莊站出現(xiàn)最大洪峰，流量為303m3/s，歷時(shí)約170h。 “96.8”洪水源于滏陽(yáng)河流域山區(qū)降雨，主要暴雨發(fā)生在8月2～4日，滏陽(yáng)新河艾辛莊站8月7日0時(shí)出現(xiàn)最大洪峰流量320m3/s，歷時(shí)約120h；滏陽(yáng)河艾辛莊閘8月9日8時(shí)最大流量131m3/s，滏陽(yáng)河大西頭閘8月11日11時(shí)最大流量91.7m3/s，洪峰行程87.81km，歷時(shí)51h，總歷時(shí)約220h，其間沒(méi)有滹滏區(qū)間瀝水匯入。洪水過(guò)程與降雨區(qū)域、降雨強(qiáng)度及洪峰行程有關(guān)，其中行程為決定因素，一般來(lái)講，滏陽(yáng)新河控制的滏陽(yáng)河上游流域洪峰行程歷時(shí)長(zhǎng)，滹滏區(qū)間洪峰行程歷時(shí)短，在這方面，1977年具有典型代表性。滏陽(yáng)河及滏陽(yáng)新河洪水過(guò)程歷時(shí)分析詳見(jiàn)表4。

表4 滏陽(yáng)河及滏陽(yáng)新河洪水過(guò)程歷時(shí)分析

由表4可知，①滏陽(yáng)新河主要對(duì)應(yīng)上游山區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)洪水，洪峰行程長(zhǎng)，洪峰到達(dá)侯莊分流工程處的歷時(shí)約178h；②滏陽(yáng)河主要對(duì)應(yīng)滹滏區(qū)間瀝水，該區(qū)間洪峰行程短，到達(dá)侯莊分流工程處的歷時(shí)約64h；③當(dāng)滏陽(yáng)新河上游、滹滏區(qū)間同時(shí)出現(xiàn)較高標(biāo)準(zhǔn)洪瀝水時(shí)，侯莊分流工程處滏陽(yáng)河洪峰較滏陽(yáng)新河洪峰早到達(dá)約120h，侯莊分流工程可利用該時(shí)段進(jìn)行分流。

2.5 工程分流的可行性分析

根據(jù)上述分析，當(dāng)滏陽(yáng)新河上游先期發(fā)生洪水時(shí)，滏陽(yáng)河在滏陽(yáng)新河行洪時(shí)分流的可能性不大。當(dāng)滏陽(yáng)新河、滏陽(yáng)河上游同期發(fā)生洪水時(shí)，當(dāng)同為10a一遇以下標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，滏陽(yáng)河可以向滏陽(yáng)新河分流；當(dāng)洪澇標(biāo)準(zhǔn)同在10a一遇至20a一遇時(shí)，可以相機(jī)分流；當(dāng)洪澇標(biāo)準(zhǔn)同在大于20a一遇時(shí)，由于滹滏區(qū)間洪峰行程短，滏陽(yáng)新河上游洪水需要先在上游洼地（永年洼、大陸澤、寧晉泊）滯蓄，在滏陽(yáng)新河洪峰到達(dá)前，有約120h時(shí)間可以搶時(shí)機(jī)分流。當(dāng)滹滏區(qū)間先期發(fā)生洪瀝水時(shí)，滏陽(yáng)河向滏陽(yáng)新河分流是肯定的。根據(jù)多年實(shí)測(cè)資料，滹滏區(qū)間與滏陽(yáng)新河上游流域相關(guān)系數(shù)較高，發(fā)生同期洪瀝水的機(jī)遇多，但可以充分利用滹滏區(qū)間洪峰先期到達(dá)的時(shí)間差（120h），搶時(shí)機(jī)分流。

3 淹沒(méi)面積及排水減災(zāi)

經(jīng)計(jì)算分析，當(dāng)衡水市上游滹滏區(qū)間發(fā)生20a一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，上游淹沒(méi)面積250.32km2，最大淹沒(méi)水深1.8m，其中淹沒(méi)水深大于1.5m的面積為20.24km2，淹沒(méi)水深在0.5～1.5m范圍的面積為146km2，淹沒(méi)水深小于0.5m的面積為84.08km2，總滯蓄水量約1.8億m3。經(jīng)測(cè)算，淹沒(méi)范圍內(nèi)河道、溝渠、坑塘、洼地可滯蓄水量約0.5億m3。如果分流流量達(dá)到設(shè)計(jì)的120m3/s，滏陽(yáng)河侯莊節(jié)制閘可以正常下泄150m3/s，則最多需要5.5d就可排除澇水。如果沒(méi)有分流工程，按滏陽(yáng)河可以正常下泄150m3/s計(jì)算，則需要10d排除澇水。由此可見(jiàn)，分流工程可以大大減輕洪澇災(zāi)害損失程度，起到排水減災(zāi)、保障城市安全的作用。

4 工程規(guī)模分析確定

（1）當(dāng)滹滏區(qū)間發(fā)生10a一遇瀝水時(shí)，滏陽(yáng)河衡水市區(qū)上游洪瀝水流量為210m3/s，市區(qū)排水流量30m3/s，如滏陽(yáng)河下游不頂托，該標(biāo)準(zhǔn)洪瀝水流量可以通過(guò)滏陽(yáng)河市區(qū)下泄而不分流。但如果下游發(fā)生頂托，在市區(qū)段水位不超地面的情況下，滏陽(yáng)河能夠通過(guò)的下泄流量120～160m3/s，10 a一遇瀝水時(shí)可以向滏陽(yáng)新河分流，分流流量為50～90m3/s，因此在滏陽(yáng)河下游頂托條件下，分流量規(guī)模不宜小于90m3/s。

（2）當(dāng)滹滏區(qū)間發(fā)生20a一遇瀝水時(shí)，衡水市上游洪瀝水流量為280 m3/s，市區(qū)排水流量為40m3/s，此時(shí)由于下游的頂托影響，滏陽(yáng)河排瀝流量只能達(dá)到150m3/s，在能夠相機(jī)向滏陽(yáng)新河分流的條件下，要求分流量達(dá)到170m3/s。為了減少工程量和投資，適當(dāng)發(fā)揮侯莊節(jié)制閘以上河道的滯蓄功能，比選了分流流量100，120，150m3/s3個(gè)方案，各方案上游的淹沒(méi)水深及淹沒(méi)面積變化不是很大。因此本次在滿足10a一遇的分流規(guī)模前提下，并適當(dāng)考慮20a一遇，盡量減少上游的淹沒(méi)損失，綜合分析選定分流規(guī)模為120m3/s。

根據(jù)上述分析，確定侯莊分流工程處滏陽(yáng)河不同標(biāo)準(zhǔn)的流量和水位技術(shù)指標(biāo)，見(jiàn)表5。最終確定侯莊節(jié)制閘（滏陽(yáng)河）設(shè)計(jì)流量為150m3/s，分流渠道及分流穿堤涵洞（滏陽(yáng)新河）設(shè)計(jì)流量為120m3/s。

表5 滏陽(yáng)河衡水市侯莊分流工程處不同標(biāo)準(zhǔn)水位流量匯總

5 分流調(diào)度

（1）當(dāng)僅滹滏區(qū)間發(fā)生較高標(biāo)準(zhǔn)洪瀝水，而滏陽(yáng)新河不行洪時(shí)，滏陽(yáng)河通過(guò)節(jié)制閘控制下泄流量不超過(guò)150m3/s，其余通過(guò)分流渠分流入滏陽(yáng)新河。

（2）當(dāng)滏陽(yáng)新河、滏陽(yáng)河上游同期發(fā)生20a一遇以下洪水時(shí)，滏陽(yáng)河侯莊節(jié)制閘控泄流量為150m3/s，其余相機(jī)分流。

（3）當(dāng)兩河洪澇標(biāo)準(zhǔn)同期大于20a一遇時(shí)，由于滹滏區(qū)間洪峰行程短，滏陽(yáng)新河上游洪水需要先在上游洼地滯蓄，在滏陽(yáng)新河洪峰到達(dá)前搶時(shí)機(jī)分流。當(dāng)滏陽(yáng)新河洪峰到達(dá)，且內(nèi)河水位接近外河水位時(shí)，關(guān)閉分流穿堤洞，只通過(guò)滏陽(yáng)河泄洪，剩余來(lái)水暫在閘上滯蓄，待滏陽(yáng)新河洪峰過(guò)后，水位降至滿足分流要求時(shí)，打開(kāi)穿堤洞閘門(mén)分流。

參考資料：

［1］河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院、衡水市水利勘察設(shè)計(jì)院.衡水市城市防洪規(guī)劃［R］.2007.

［2］河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.子牙河流域防洪規(guī)劃報(bào)告［R］.2006.

TV121+.2

A

1672-9900（2011）03-0014-03

2011-03-17

車(chē)連常（1957—），男（漢族），河北景縣人，正高級(jí)工程師，主要從事水利規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，（Tel）18903181131。