中南部鐵路通道呂梁段青龍河特大橋洪水分析

崔瑞紅

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，太原030024）

1 流域概況

青龍河又名三川河，為黃河一級支流，是山西西部最大的河流。地處山西省呂梁地區(qū)境內(nèi)，由北川河、東川河和南川河在離石縣城與交口鎮(zhèn)一帶匯集而成，以北川河為主源，發(fā)源于方山縣東北赤堅(jiān)嶺，流經(jīng)離石城西接納東川河水，再經(jīng)交口鎮(zhèn)攬入南川河水，故形成三川河，于柳林縣境內(nèi)石西鄉(xiāng)河口流入黃河，位于呂梁山中段西翼，東經(jīng)110°38′～111°37′，北緯37°4′～38°10′，干流全長168km，總流域面積4161km2［1］。

山西中南部鐵路通道工程青龍河特大橋位于呂梁市柳林縣后大成村附近的三川河干流上，橋址處斷面為后大成斷面，控制流域面積4102km2。上游280m處是后大成水文站。

后大成斷面上游有3座中型水庫：橫泉水庫、吳城水庫和陳家灣水庫，其中橫泉水庫位于三川河支流北川河上，控制流域面積800km2，2008年投入運(yùn)行。陳家灣水庫［2］位于三川河支流南川河上，建于1958年4月，控制流域面積309km2，占后大成以上流域面積的7.5%。吳城水庫［2］位于三川河支流東川河上，建于1972年11月，控制流域面積220km2，占后大成以上流域面積的5.4%。

2 計(jì)算斷面洪水分析

利用大成水文站和陳家灣水庫入庫水文站1957～1980年共24年實(shí)測洪水資料［3］，得出兩站洪峰流量相遇的概率P為0.25，即24年中有6年兩站的洪峰流量發(fā)生在同一天。根據(jù)陳家灣水庫和吳城水庫洪水調(diào)節(jié)成果［2］，當(dāng)P=1%時(shí)，陳家灣水庫可以削減洪峰流量的比例b為0.5，吳城水庫可以削減洪峰流量的比例b為0.3。結(jié)合這兩個水庫所有的系列長度占后大成水文站系列長度的比例 （陳家灣水庫為a=46/49=0.94，吳城水庫為a=33/49=0.67），由于陳家灣水庫和吳城水庫均無入、出庫洪水資料，無法用常規(guī)方法對后大成洪水進(jìn)行還原?，F(xiàn)采用陳家灣水庫建成后的1958～2005年后大成實(shí)測系列進(jìn)行洪水分析，作為陳家灣、吳城水庫調(diào)節(jié)后的吳城、陳家灣～后大成的區(qū)間洪水（以下簡稱“區(qū)間洪水”），然后考慮橫泉水庫的影響，采用橫泉水庫下泄洪水與區(qū)間洪水相組合的方法計(jì)算?？紤]到區(qū)間面積2773km2是橫泉水庫控制流域面積800km2的3倍多，洪水的地區(qū)組合采用區(qū)間同頻率、橫泉水庫上游相應(yīng)的組合方式［4］。

結(jié)合計(jì)算方兩個問題進(jìn)行分析討論：①1958～1972年吳城水庫尚未建設(shè)，這15年后大成實(shí)測洪水作為區(qū)間洪水可能偏大，但考慮吳城水庫控制流域面積僅占后大成以上的5.4%，且吳城水庫稀遇洪水的調(diào)節(jié)能力有限，對該系列應(yīng)不會產(chǎn)生太大影響，且系偏檢安全；②假設(shè)陳家灣與吳城水庫的調(diào)洪能力不變，因兩水庫只依靠溢洪道泄洪，溢洪道以上調(diào)洪庫容變化較小，影響不會太大。

綜上分析，上述兩因素起相消作用，本次采用的方法是可行并能保證一定精度的，使在缺乏水庫入、出庫資料的條件下，設(shè)計(jì)斷面洪水分析得以進(jìn)行。

3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算過程

3.1 后大成斷面以上全流域洪水計(jì)算

3.1.1 歷史洪水調(diào)查

根據(jù) 《山西省洪水調(diào)查成果表》（全國雨洪辦1983年10月）整編刊印成果，三川河后大成站有2次調(diào)查洪水成果，洪峰流量分別為1875年的5590m3/s和1942年的4250m3/s［5］。通過對后大成站1958～2005年實(shí)測洪水系列中洪峰洪量的年值和均值、各等級流量洪量出現(xiàn)頻次分析，把1959年2910m3/s實(shí)測洪峰流量不作為特大值處理。

參考《山西省暴雨洪水規(guī)律研究》及有關(guān)縣志和調(diào)查資料，確定1875年洪水的重現(xiàn)期為135年，1942年洪水為135年以來的第二大洪水。

3.1.2 頻率分析計(jì)算

后大成斷面全流域洪水直接采用后大成水文站設(shè)計(jì)洪水。根據(jù)后大成水文站1958～2005年實(shí)測50年實(shí)測洪水資料系列，并加入歷史洪水，以矩法加適線法確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)，按P-Ⅲ型曲線適線，計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)稍作調(diào)整。據(jù)分析，洪峰流量～洪量相關(guān)關(guān)系較好（相關(guān)系數(shù)為0.9），故歷史洪量由洪峰流量～洪量關(guān)系曲線插值而得，且把1d洪量系列中1959年洪量1.19萬m3和3d洪量系列中1959年洪量1.52萬m3作為特大值處理，求得后大成水文站設(shè)計(jì)洪水成果如表1。

表1 后大成水文站設(shè)計(jì)洪水

3.2 后大成設(shè)計(jì)洪水過程線

根據(jù)典型洪水過程線的選擇原則，選擇后大成水文站峰高、量大、主峰偏后并且對工程不利的典型年。在實(shí)測資料中，符合以上條件的洪水過程線分別有1959、1966年典型洪水過程線，1959年洪水洪量居實(shí)測系列首位，峰居第二位，作為P=1%洪水典型過程，1966年洪水峰居首位，量居第二，作為P=5%洪水典型過程。將典型洪水過程線同頻率放大并修正后的后大成設(shè)計(jì)洪水過程線如圖1。

圖1 后大成設(shè)計(jì)洪水過程線

3.3 區(qū)間設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

區(qū)間設(shè)計(jì)洪水采用面積比指數(shù)折算全流域設(shè)計(jì)洪水。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，洪峰流量面積比指數(shù)取為0.5，洪量面積比指數(shù)取為0.75。結(jié)果如表2。

表2 區(qū)間設(shè)計(jì)洪水

采用后大成水文站的典型洪水過程線依同頻率法放大并修正后的區(qū)間百年一遇設(shè)計(jì)洪水過程線，如圖1。

3.4 橫泉水庫洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

3.4.1 橫泉水庫水位～庫容、水位～泄量關(guān)系曲線

橫泉水庫的水位～面積～庫容曲線和水位～泄量關(guān)系曲線采用 《橫泉水庫工程初設(shè)報(bào)告》（以下簡稱“橫泉初設(shè)”）中的數(shù)據(jù)。

橫泉水庫泄洪洞方案的主要泄洪設(shè)施有泄洪洞和供水發(fā)電洞，泄洪洞洞徑8m，進(jìn)口底高程1107.0m，供水發(fā)電洞洞徑3.4m；溢洪道方案的泄洪設(shè)施主要有溢洪道和供水發(fā)電洞，溢洪道采用開敞式WES實(shí)用堰，閘孔為3孔，單孔寬度7m，堰頂高程為1129m，供水發(fā)電洞進(jìn)口底高程1107.0m。

3.4.2 橫泉水庫洪水調(diào)節(jié)原則

根據(jù)“橫泉初設(shè)”，橫泉水庫的防洪調(diào)度按三級運(yùn)行，入庫洪水不超過20年一遇且水庫水位已達(dá)到防洪限制水位時(shí)，為保護(hù)下游村鎮(zhèn)和灘地，水庫下泄流量不超過50m3/s，由泄洪洞（供水發(fā)電洞）下泄；當(dāng)入庫洪水超過20年一遇且洪水位超過防洪高水位時(shí)，泄洪洞（溢洪道）部分開啟，下泄流量不超過450m3/s；當(dāng)入庫洪水超過50年一遇且洪水位超過50年防洪高水位時(shí)，泄洪洞（溢洪道）閘門全部開啟；當(dāng)入庫洪水超過100年一遇且洪水位超過100年設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，泄洪洞（溢洪道）和供水發(fā)電洞閘門全部開啟泄洪；以上任何一種情況下，最大下泄流量不得超過入庫洪峰流量。

3.4.3 防洪限制水位

“橫泉初設(shè)”中經(jīng)綜合分析，經(jīng)綜合分析比較，防洪限制水位定的太高，對防洪、水庫淤積和淹沒不利，定的太低對供水不利，本著綜合利用、統(tǒng)籌兼顧的原則，防洪限制水位宜采用1131.5m。

根據(jù)橫泉水庫的防洪限制水位和擬定的水庫調(diào)洪原則，計(jì)算得橫泉水庫頻率P為1%、2%，5%的下泄過程。

3.4.4 后大成斷面設(shè)計(jì)洪水

區(qū)間洪水過程與橫泉水庫下泄過程疊加即為本次計(jì)算后大成斷面設(shè)計(jì)洪水，計(jì)算得后大成斷面頻率P為1%時(shí)的設(shè)計(jì)洪峰流量4583m3/s，P為2%設(shè)計(jì)洪峰流量3824m3/s，P為5%設(shè)計(jì)洪峰流量2841m3/s。

4 結(jié)語

青龍河特大橋橋址上游有3個水庫，若要考慮3個水庫與區(qū)間洪水的地區(qū)組合，計(jì)算過程將會非常龐雜，本文通過數(shù)據(jù)分析3個水庫暴雨洪水與下游斷面洪水特性和關(guān)系，認(rèn)為陳家灣水庫和吳城水庫對下游后大成斷面的洪水影響因素起相消作用，洪水的地區(qū)組合可以不考慮這兩個水庫的影響，為在缺乏水庫入、出庫資料的條件下，設(shè)計(jì)斷面洪水分析計(jì)算提供了一種新的途徑。

［1］李英明，潘俊峰.山西河流［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.

［2］山西省防汛抗旱指揮部辦公室.山西省大中型水庫汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃［R］.1998.

［3］黃河水利委員會.黃河流域水文資料［R］.

［4］劉光文.水文分析與計(jì)算［M］.北京：水利電力出版社，1989.

［5］全國雨洪辦.山西省洪水調(diào)查成果表［R］.1983.