桑干河干流河道治理水文分析

董霞

（山西省水利水電勘測設計研究院，太原 030024）

桑干河干流河道治理水文分析

董霞

（山西省水利水電勘測設計研究院，太原 030024）

山西省桑干河地處大同盆地，為穩(wěn)定河勢、疏通河道、提高防洪標準，擬對桑干河干流河道進行治理，闡述了桑干河干流各段設計洪水計算方法及計算成果，為桑干河干流河道治理提供參考依據(jù)。

河道治理；防洪標準；設計洪水

1 基本情況

1.1 流域概況

桑干河是山西省第二大河流，發(fā)源于寧武縣管涔山廟兒溝，屬海河流域永定河水系，由上游源子河、恢河及七里河在朔城區(qū)馬邑匯合后為桑干河，流經(jīng)朔州市的朔城區(qū)、山陰縣、應縣、懷仁縣，在懷仁縣古家坡附近進入大同市，沿途經(jīng)過大同縣、陽高縣，于陽高縣的尉家小堡附近進入河北省后匯入永定河。

桑干河全長241km，控制流域面積1.77萬km2，其中山西境內流域面積1.72萬km2。沿途有木瓜河、黃水河、大峪河、渾河、御河等主要支流匯入［1］。

1.2 歷次治理情況及現(xiàn)狀河道存在問題

新中國成立后，在桑干河支流上興建了一些中小型水庫，如渾河上的鎮(zhèn)子梁水庫、御河上的趙家窯水庫，使桑干河干流上的洪水標準得到了提高。沿河兩岸的群眾在河道治理上也做了一些防護工程，但大都以鄉(xiāng)村為利益的護村、護地工程，沒有對河道進行統(tǒng)一的規(guī)劃治理，大部分地段防洪標準不足5年一遇。

20世紀70年代初期，原雁北地區(qū)成立了桑干河上游治理指揮部。在朔縣東榆林村（現(xiàn)屬朔州市朔城區(qū)管轄）附近興建東榆林水庫，一定程度上削減了洪峰，降低了下游的洪災損失，在御河匯入口至固定橋的右岸做了一段堤防工程，但仍對河道沒有進行過系統(tǒng)的規(guī)劃治理。

目前河道存在的主要問題：①河道淤積嚴重，河床抬高，主槽萎縮，行洪能力降低，河道行洪能力不足5年一遇；②河道擺動范圍大，河勢多變，河槽遷徙不定，危及兩岸村莊及沿河耕地的安全；③河道一直沒有進行過系統(tǒng)的規(guī)劃及堤防建設，個別地段修建的防護工程因年久失修破壞嚴重；④人為設障現(xiàn)象十分嚴重，河灘地種植侵占河道，高灌取水口下游設壩阻礙行洪。

為穩(wěn)定河勢、疏通河道、提高防洪標準，減少泥沙下泄，保證桑干河沿岸人民生命財產(chǎn)安全，改善沿岸居民生存質量，需要對桑干河干流進行河道治理。

1.3 工程概況

山西省桑干河干流河道治理工程始于太平窯水庫壩下，終于與河北省交界的尉家小堡，治理段河道長148.68km（不包括東榆林水庫庫區(qū)9.2km和冊田水庫庫區(qū)32.32km）。

治理段根據(jù)河道的地理特征和主要支流源子河、黃水河、渾河、御河的匯入位置劃分為7段：

（1）太平窯水庫壩下至源子河匯入前，河道長12.1km，縱坡0.16%。

（2）源子河匯入后至東榆林水庫庫尾，河道長8.3km，縱坡0.07%。

（3）東榆林水庫壩下至西朱莊，黃水河支流匯入前，河段長53.90km，縱坡0.06%，區(qū)間有支流木瓜河自左岸匯入。

（4）西朱莊至新橋，渾河支流匯入前，河段長36.24km，縱坡0.05%，區(qū)間有大峪河自左岸、黃水河自右岸匯入。

（5）新橋至吉家莊（朔州大同交界），御河支流匯入前，河段長18.56km，縱坡0.04%，區(qū)間有口泉河自左岸、渾河自右岸匯入。

（6）吉家莊至冊田水庫庫尾，河段長5.18km，縱坡0.15%，區(qū)間有御河自左岸匯入。

（7）冊田水庫壩下至晉冀兩省交界處的尉家小堡，河段長14.40km，縱坡0.17%。

2 水文分析

2.1 基本資料

山西境內桑干河干流上設立的水文站有4處，即羅莊、西朱莊、固定橋和冊田水庫。

羅莊水文站位于東榆林水庫壩下游570m處，1952年設站，1958年撤銷，1964年恢復至今，控制流域面積3434km2。

西朱莊水文站位于東榆林水庫壩下游52.5km的應縣西朱莊村附近，測站上游1.0km處為黃水河匯入口，1958年設站時為屯兒水文站，1977年上遷4km后改名為西朱莊，控制流域面積0.67萬km2。

固定橋水文站建于1961年，1962年停測，1972年恢復至今，為冊田水庫的入庫站，控制流域面積1.58萬km2。

2.2 調查洪水及重現(xiàn)期確定

根據(jù)《永定河流域規(guī)劃》、《水文統(tǒng)計》、《山西省洪水調查成果表》、《雁北地區(qū)水文實用手冊》、《山西省暴雨洪水規(guī)律研究》資料及收集到的部分歷史洪水資料，羅莊、西朱莊站調查到的1896年洪水為近100多年來的最大值，羅莊站1896年洪水為2972m3/s；西朱莊站1896年及1922年兩次調查洪水分別為2943，2152m3/s。1896年洪水重現(xiàn)期按110年考慮；西朱莊站1922年調查到的洪峰值2152m3/s，與實測系列1967年洪峰流量2000m3/s相差不多，未按歷史洪水處理。

固定橋調查到的1801年洪水為最近200余年來最大洪水，洪峰流量7250m3/s，其重現(xiàn)期按200年考慮；1896，1871年洪水洪峰流量分別為5140，4800m3/s，分別為1801年以來第二位和第三位洪水。

2.3 資料系列的插補延長及一致性處理

桑干河干支流上建有東榆林水庫、冊田水庫，在支流渾河上建有鎮(zhèn)子梁水庫、恒山水庫，御河上有趙家窯水庫，口泉河上有下米莊水庫、十里河上有十里河水庫、恢河與七里河匯合處建有太平窯水庫，另有一座旁引水庫薛家營水庫等8座大中型水庫。

東榆林水庫于1970年10月興建，1978年底竣工，是一座閘壩型水庫，汛期采取空庫度汛的運行方式。

鎮(zhèn)子梁水庫于1958年興建，當年攔洪蓄水。

恒山水庫于1958年興建。

趙家窯水庫于1960年興建。

下米莊水庫于1958年興建，1961年竣工。

十里河水庫于1973年興建。

太平窯水庫始建于1957年，1958年攔洪。

現(xiàn)大部分中型水庫于20世紀60年代初開始攔洪蓄水，由于各中型水庫缺乏入庫洪水資料，無法進行還原計算，故本次洪水分析采用60年代初水庫基本建成或以后的洪水，以求得資料系列的統(tǒng)一，即采用系列為經(jīng)過上游各水庫調蓄以后的系列，可直接用于工程設計。

羅莊、西朱莊、固定橋水文站位于桑干河干流河道上，本次設計洪水采用三站資料進行分析，如前所述洪水資料系列統(tǒng)一采用1960～2002年43年系列，其中羅莊站1960～1963年無實測資料，采用羅莊與西朱莊兩站洪峰流量相關進行插補延長［2］，如圖1。

圖1 羅莊、西朱莊洪峰關系

固定橋是冊田水庫的入庫站，1961年改站，1960年用下游水文站尉家小堡實測資料代替，其中1962～1971年用冊田水庫蓄水量與出庫流量資料反推峰量值，同時結合上游各支流相應來水過程綜合選定洪峰流量。1979年冊田水庫入庫最大流量1230m3/s，系東榆林水庫垮壩流量之相應值，為非天然雨洪關系值，故選用其他場次最大流量計算。

2.4 洪水頻率分析

根據(jù)個別站插補后的1960～2002年43年洪峰流量系列，進行頻率分析，線型采用P—Ⅲ型［3］，適線時以實測點據(jù)為主，歷史洪水為自然洪水偏大，適線時作為參考。羅莊水文站同時分析了河渠綜合與河道洪水兩種頻率，頻率計算成果如表1，頻率曲線如圖2～圖4。

表1 桑干河河道水文站洪峰流量頻率分析成果

圖2 羅莊（河道）洪峰流量頻率曲線

圖3 西朱莊洪峰流量頻率曲線

圖4 固定橋洪峰流量頻率曲線

由表1看出，均值自上游向下游遞增，符合流域的產(chǎn)匯流規(guī)律，而西朱莊Cv值突出，可能是調節(jié)水庫集中在西朱莊以下（5座）及羅莊以上（2座），而羅莊—西朱莊無一調節(jié)水庫之故。固定橋洪水受西朱莊來水影響，但支流有5座水庫調節(jié)，故Cv值小于西朱莊Cv值。具體從1963年及1967年兩次大洪水得到證實。

2.5 治理河段劃分

治理河段的劃分考慮兩方面因素：①以面積較大的一級支流作為分段的界線，分別選取源子河、黃水河、渾河、御河；②對較為特殊河道斷面也作為分界點，如冊田水庫壩址、羅莊引水樞紐等。

根據(jù)以上原則將治理段分為7段，自上而下為:①太平窯壩下至源子河匯入前；②源子河匯入后至東榆林水庫庫尾；③東榆林水庫壩下（羅莊）～西朱莊；④西朱莊至新橋；⑤新橋至吉家莊（朔州大同交界）；⑥吉家莊至冊田水庫庫尾；⑦冊田水庫壩下至晉冀兩省交界處的尉家小堡。

2.6 防洪標準確定

本次工程治理段從太平窯水庫壩下至兩省交界處，經(jīng)過朔城區(qū)、山陰縣、應縣、懷仁縣、大同縣、陽高縣，防護對象為沿河兩岸的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村莊，防護區(qū)的耕地面積不足2萬hm2，防護區(qū)人口9.2萬。根據(jù)本區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展水平和GB50201—94《防洪規(guī)范》及GB50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》中的規(guī)定，防洪標準取為10年一遇洪水標準。

2.7 各段干流設計洪水

為計算各段的設計洪水，根據(jù)羅莊（河道）、西朱莊、固定橋水文站的設計洪峰流量繪制了Qm～P～F關系曲線［4］，如圖5。由圖5關系計算羅莊以下下游段不同頻率的洪峰流量，計算成果如表2。

羅莊以上流域基本同屬山區(qū)，其水文特性接近，故將羅莊水文站設計洪峰流量按面積比擬法［5］進行計算。

圖5 羅莊（河道）、西朱莊、冊田水庫（固定橋水文站）洪峰、面積關系

表2 羅莊以下各段河道設計洪峰流量計算成果

式中Q設計為設計斷面洪峰流量（m3/s）；Q水文站為水文站洪峰流量（m3/s）；F設計為設計斷面控制流域面積；F水文站為水文站控制流域面積；n為經(jīng)驗系數(shù)，羅莊—固定橋P=10%～20%，n值0.48，其間流域面積平原區(qū)比重較大，故羅莊以上山區(qū)n取0.5。

經(jīng)計算羅莊以上設計洪峰流量成果如表3。

表3 羅莊以上治理段斷面設計洪水成果

3 結語

闡述了桑干河干流上各段設計洪水計算方法及計算成果，該成果將為桑干河干流河道治理工程中治導線劃分及堤防設計提供重要參考依據(jù)。

［1］李英明，潘軍鋒，李力.山西河流［M］.北京：科學出版社，2004.

［2］潘軍鋒，裴群，李力，等.山西省水文計算手冊［K］.河南：黃河水利出版社，2011.

［3］SL44—2006，水利水電工程設計洪水計算規(guī)范［S］.

［4］王燕生.工程水文學［M］.北京：中國水利水電出版社，1991.

［5］梁忠民.水文水利計算［M］.北京：水利電力出版社，1993.

Hydrologic analysis of Sanggan River channel regulation

DONG Xia
（ShanxiResearch Institute of Investigation&Design ofWater Conservancy&Hydropower，Taiyuan 030024，China）

Sanggan River in Shanxi Province is located in Datong basin.To stabilize the river regime，dredge waterways and improve the flood control standard，we proposed tomanage the stream of the Sanggan River channel.This paper ex-pounds design flood calculation method and calculation results of the sanggan river trunk stream paragraphs，the results provide reference basis for the Sanggan River channelmanagement.

river regulation；flood control standard；design flood

P33

B

1672-9900（2015）01-0030-04

2014-11-05

董霞（1982-），女（漢族），山西清徐人，工程師，主要從事水文與水資源規(guī)劃工作，（Tel）15834013384。