勃牛川支流河段工程水文分析

鄭樹明，鄭 凱，張會濤，陳泉志

（黃河水利委員會中游水文水資源局，山西晉中030600）

勃牛川支流河段工程水文分析

鄭樹明，鄭 凱，張會濤，陳泉志

（黃河水利委員會中游水文水資源局，山西晉中030600）

窟野河一級支流悖牛川下游，為神府煤礦開發(fā)的中心區(qū)域，區(qū)內經濟發(fā)展迅速，經濟發(fā)展對河道整治的要求亦愈迫切。文中依據悖牛川下游王家店至倪家溝段河道整治需要，對悖牛川水文情況進行了探討。通過分析計算，提出該河段整治措施的標準。

悖牛川支流；河段；水文分析

1 基本概況

1.1 流域概況及工程段河流概況

勃牛川系黃河支流窟野河的一級支流，發(fā)源于內蒙古準格爾旗鏵尖鄉(xiāng)神仙豁子與塔拉壕鄉(xiāng)交界處，由陜西省神木縣店塔鎮(zhèn)的房子塔與烏蘭木倫河匯合后成為窟野河。流域面積2 274 km2，干流全長108.6 km，平均比降0.393%，其中新廟以上1 527 km2，河長68.3 km，河床比降0.33%；新廟以下面積747 km2，河長40.3 km，河床比降0.333%。流域地貌類型為黃土丘陵區(qū)，地形支離破碎，溝壑縱橫，植被差，水土流失嚴重。

整治河段位于勃牛川下游左岸王家店至倪家溝，整治段河道長8.05 km，工程起點（上游）處流域面積1 857.97 km2，末端（下游）處流域面積1 956.41 km2。該段河段河谷寬為360～900 m，岸坡高60～ 80 m，河谷內地勢平坦，河床寬緩呈彎曲狀，河床順水勢左右搖擺頻繁，主河道寬50～80 m，漫灘寬度一般在50～250 m，最寬處可達500 m，灘面高出河床0.5～3 m。

1.2 河段徑流泥沙

根據新廟水文實測資料，采用水文比擬法計算王家店鐵路大橋（工程起點）以上、木房溝溝口以上、許家溝溝口以上和小何溝溝口以上的多年平均徑流量分別為：0.9685億m3、0.992 2億m3、1.005 8億m3和1.019 8億m3。多年平均輸沙量分別為：1 476.56萬t、1 512.71萬t、1 533.32萬t和1 554.79萬t。

2 河堤工程水文分析

2.1 水文分析計算

2.1.1 參證站水文分析

1）統(tǒng)計參數穩(wěn)定性分析。差積曲線法：差積曲線的形式為Σ（Ki—1）～T，Ki為各年最大洪峰流量的模比系數。新廟站差積曲線為多峰型。可以看出，差積曲線隨著歷時變化有多個豐枯變化周期，這種系列具有較好的代表性。

最大洪峰流量差積曲線圖

2）均值、變差系數與歷時關系分析。正時序和逆時序累加計算年最大洪峰流量均值和變差系數值，正時序計算當N大于29年時，均值變化范圍在1 357～1 819 m3/s之間，Cv值變化在1.09～1.27之間，統(tǒng)計參數逐漸趨于相對穩(wěn)定；逆時序計算，當N大于32年時，均值變化范圍在1 075～1 376 m3/s之間，Cv值在1.09～1.17之間，統(tǒng)計參數逐漸趨于相對穩(wěn)定。

2.1.2 參證站峰量計算

洪峰流量計算選樣方法采用年最大法，即在每年選取最大一個洪峰流量作為頻率分析計算的樣本。

最大洪峰流量變差系數Cv與歷時關系圖

按照（SL44—2006）《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》推薦的方法，根據矩法計算出來的統(tǒng)計參數，采用P－Ⅲ型曲線進行適線。求得新廟站不同頻率洪水成果及統(tǒng)計參數。結合黃委和陜西省水利廳審查通過的規(guī)劃和設計計算成果，選擇合理安全的計算成果，見表1。

表1 勃牛川流域新廟站洪峰流量頻率計算成果表 m3/s

從上表結果《礦區(qū)規(guī)劃》采用的資料系列為1966—2010年，與本次設計采用的資料系列1966—2014年基本接近，計算的成果也差異較小，說明《礦區(qū)規(guī)劃》計算成果也較為合理，介于安全起見，采用《礦區(qū)規(guī)劃》設計洪水計算成果作為工程設計的依據。

2.1.3 防洪工程設計洪水

工程所在區(qū)段的設計洪水采用水文面積比擬法計算，計算公式為：

Q設=（F設/F參）n×Q參

經計算，勃牛川東岸王家店至倪家溝河堤工程各段的設計洪水成果，見表2。

3 河堤工程水位計算

3.1 防洪標準

河段內除自然村莊外，有神（木）～準（準格爾旗）地方鐵路，屬于國家Ⅱ級鐵路。根據（GB50201-2014）《防洪標準》規(guī)定，Ⅱ級鐵路的防洪標準20～50年一遇，確定該工程設計標準為20年一遇洪水，相應的工程級別為4級。

表2 王家店至倪家溝河堤工程各段的設計洪水成果表

3.2 河堤水位計算

3.2.1 計算斷面的選擇

根據堤防工程堤線布設，根據各段堤距寬度的不同，分別選擇12個斷面，各斷面要素見表3。

表3 水文計算斷面要素表

3.2.2 斷面水位及水面曲線計算

根據堤防工程各段堤距，采用曼寧公式計算在設計洪水條件下的水力要素，繪制控制斷面的水位～流量關系，依據各斷面流量查算出控制斷面的設計洪水位，然后采用能量守恒方程按全斷面計算水面線，其公式為：

推求出神木縣悖牛川下游郭家灣大橋～石窯店段防洪工程各段的設計洪水位。

4 堤防沖刷及基礎埋深

根據GB50286-2013《堤防工程設計規(guī)范》，水流對岸坡的沖刷與近岸流速、水深、水流方向與岸坡的夾角、河床組成等因素有關，沖刷深度按下式計算：

根據上式計算干流堤坊設計河段沖刷深度為2.14～2.88 m。

根據堤防沖刷深度計算成果，結合河岸的地質情況，確定河段河堤基礎埋深為0.5～3.5 m。

4 結語

1）該段堤防工程的設防標準20年一遇洪水，符合《防洪標準》要求，河堤堤距為220～300 m，堤防工程建成后，雖然河道洪水位增高了，但有堅固的堤防控制，洪水流路通暢、平順，避免了天然情況下洪水四處漫溢、河槽忽寬忽窄的現象，對河道行洪更加有利。

2）堤防工程水文分析計算資料系列可靠，計算方法合理，計算結果可靠。

3）防洪工程是國家公益性事業(yè)工程，能直接減輕洪水的淹沒和毀壞損失，保障沿河兩岸居民生產、生活安全。工程的建成將提高兩岸的防洪標準，避免洪水災害。

［1］孫慶財，黃玉臣.吉林省山洪災害特點及防治措施研究［J］.東北水利水電，2015，（4）：41-44.

[收稿日期]2016-08-03

TV12

B

1002－0624（2016）11－0036－03

2016-05-10

表2 興城市各流域（水文、水庫站）典型頻率設計（實測）洪峰流量與流域面積表

典型頻率洪峰流量/（m3· s-1）1 % 2 % 5 % 1 0 %白廟子河 流域出口 2 7 . 0 0 4 3 7 3 6 8 2 7 0 2 0 4鄧家屯河 流域出口 2 9 8 . 5 7 2 5 4 1 2 0 8 2 1 4 9 2 1 1 1 5花營河 流域出口 1 0 5 . 4 0 1 1 4 9 9 6 0 6 7 7 4 9 8劉河 流域出口 6 . 4 1 1 3 3 1 1 3 8 4 6 4女兒河 流域出口 1 2 2 . 7 8 1 3 0 2 1 0 7 8 7 7 9 5 8 0響水河 流域出口 1 1 2 . 2 7 1 3 4 2 1 1 2 2 8 1 6 5 9 7煙臺河 流域出口 1 6 . 8 8 3 2 3 2 7 2 1 9 9 1 4 9楊郊河 流域出口 1 8 0 . 1 9 1 6 2 0 1 3 4 8 9 6 3 7 2 1楊樹溝河 流域出口 2 9 . 9 8 4 5 8 3 9 0 2 8 5 2 1 5張發(fā)河 流域出口 8 1 . 0 5 9 6 8 7 9 7 5 9 0 4 3 6興城河 興城水文站 5 5 5 . 0 0 2 8 0 0 2 2 8 0 1 6 1 0 1 1 2 0流域名稱 斷面位置 流域面積/ k m2備注2 0 % 1 2 3推理公式法計算結果小凌河 烏金塘水庫 9 4 0 . 0 0 4 1 9 0 3 8 7 0 3 3 3 0 2 2 4 0 6 4 7 2 8 6 3 9 3 3 6 3 5 3 8 9 . 2 4 1 9 1 2 7 2 5 6 6 9 0 實測流量資料頻率計算結果資料系列：1 9 5 7—2 0 0 6年小凌河《小凌河流域規(guī)劃》8 3 7

由表2可以看出：這次推理公式計算出的典型頻率設計洪水與實測資料頻率計算結果，成統(tǒng)一系列，可認為推理公式計算的設計洪峰流量合理。