榆神工業(yè)區(qū)萬鎮(zhèn)黃河取水口洪水分析

劉建平

榆神工業(yè)區(qū)萬鎮(zhèn)黃河取水口洪水分析

劉建平

（陜西省榆林市榆陽區(qū)石峁水庫管理處，陜西榆林719000）

分析了萬鎮(zhèn)黃河引水工程概況和取水口徑流情況，通過取水口上游府谷水文站、下游吳堡水文站洪水頻率分析，采用府谷吳堡站面積插值法和吳堡站單站面積比擬法得到取水口斷面相應(yīng)的流量，提出取水口洪峰流量，為引水工程防洪標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)提供參考。

萬鎮(zhèn)；黃河；取水口；洪水；分析

1 概況

榆神工業(yè)區(qū)萬鎮(zhèn)引水工程取水水源為黃河漫灘水和黃河干流地表水，供水對(duì)象為榆神工業(yè)區(qū)清水工業(yè)園，所供水量主要用于煤化工工業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)兼顧工業(yè)園內(nèi)居民生活用水及園區(qū)生態(tài)用水。引水工程計(jì)劃在黃河右岸神木縣萬鎮(zhèn)上下游西豆峪至界牌19.36 km范圍內(nèi)修建22眼黃河漫灘水水源井抽取地下水，經(jīng)集水管道匯集至一級(jí)泵站前池；計(jì)劃在黃河右岸神木縣萬鎮(zhèn)上游大約2.3 km的位置修建地表水源泵站提取黃河干流地表水，水源泵站將黃河地表水輸送到一級(jí)泵站前池，兩部分來水經(jīng)一級(jí)泵站提升后經(jīng)過1#隧洞輸送至陰會(huì)溝泥沙庫沉沙后再經(jīng)數(shù)級(jí)泵站提升，通過隧洞及壓力管道，輸送至榆神工業(yè)區(qū)清水工業(yè)園內(nèi)的清水溝水庫，再由用水部門處理使用。項(xiàng)目設(shè)計(jì)供水流量為6.8 m3/s，其中地表水設(shè)計(jì)供水流量4.5 m3/s，地下水設(shè)計(jì)供水流量2.3 m3/s，年設(shè)計(jì)供水總量為19056萬m3。

2 取水區(qū)徑流分析

2.1 取水區(qū)概況

萬鎮(zhèn)引水工程的水源位于黃河中游上段、黃河干流萬鎮(zhèn)境內(nèi)。項(xiàng)目區(qū)氣候?qū)倥瘻貛Ш蜏貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，寒暑劇烈，氣候干燥，災(zāi)害頻繁，四季分明，年平均氣溫8.9℃，平均降水量440.8 mm，蒸發(fā)量為1336.6 mm，是降水量的3倍，由西北向東南降低，每10 km蒸發(fā)量約降低23.8 mm。境內(nèi)盛行偏西和西北大風(fēng)，全年平均大風(fēng)日數(shù)14d。

2.2 取水口斷面的年徑流量

萬鎮(zhèn)取水口上游黃河干流上有府谷水文站、下游有吳堡水文站。黃河徑流受大氣環(huán)流和季風(fēng)的影響，導(dǎo)致年際變化較大且年內(nèi)分配不均?，F(xiàn)以吳堡站與府谷站作為取水口斷面的設(shè)計(jì)依據(jù)站。取水口斷面不同來水年份的年徑流量可根據(jù)吳堡站與府谷站的面積插值法，和吳堡站的單站面積比擬法兩種方法計(jì)算，兩種方法的計(jì)算結(jié)果相近，但根據(jù)吳堡站單站面積比擬法計(jì)算的結(jié)果略微偏大，本次從對(duì)工程不利的角度出發(fā)，選擇吳堡站與府谷站的面積插值法的計(jì)算結(jié)果作為取水口斷面的年徑流量。即P=50%、P=75%和P=95%條件下，取水口年徑流量分別為208億m3、161億m3和116億m3。

3 取水口洪水分析

3.1 黃河洪水特性

黃河洪水顯著特點(diǎn)是：水少沙多，水沙異源，河道迂回宛轉(zhuǎn)，情況復(fù)雜多變；春有春汛，夏秋有伏秋大汛，冬有凌汛。黃河洪水發(fā)生時(shí)間基本上都集中的7月中旬至8月中旬，特別是8月上旬出現(xiàn)洪水的機(jī)會(huì)較多。一次洪水歷時(shí)，一般為2～5天，最長為3～10天，洪水過程線多為漲落迅猛的尖瘦型。中游干流各站較大洪水洪峰流量為15000～20000 m3/s。實(shí)測最大洪水，吳堡站為24000 m3/s（1976年）、龍門站為21000 m3/s（1967年）、三門峽站為22000 m3/s（1933年）。

3.2 歷史洪水調(diào)查

據(jù)調(diào)查，吳堡站附近河段曾在1842年、1946年、1951年、1933年發(fā)生歷史大洪水，洪峰流量分別為32000 m3/s、23000 m3/s、18000 m3/s、14000 m3/s，其中1842年歷史調(diào)查洪水的可靠程度評(píng)價(jià)為較可靠，1946年、1951年、1933年評(píng)價(jià)為可靠。同時(shí)，根據(jù)實(shí)測資料，1976年吳堡站發(fā)生了百年來的最大洪水，實(shí)測洪峰流量為24000 m3/s。本次認(rèn)為1842年的歷史洪水是吳堡站迄今最大的一場洪水，重現(xiàn)期為171年。

3.3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

3.3.1 洪峰流量還原

表1 不同工程中黃河府谷設(shè)計(jì)洪峰流量成果比較表單位:m3/s

洪峰流量的還原主要考慮上游干流龍羊峽、劉家峽大型水庫工程的影響，暫不考慮中小型水庫及水保措施的影響。根據(jù)黃河水利委員會(huì)《水利水保工程對(duì)黃河中游多沙粗沙區(qū)徑流泥沙影響研究》可知，黃河中游吳堡站的洪峰主要來自河口吳堡區(qū)間，而河吳區(qū)間的洪水主要來源于右岸的黃甫川、孤山川、窟野河、禿尾河和佳蘆河等五條支流，這五條支流的洪峰流量可占河吳區(qū)間洪峰流量的82.7%。當(dāng)吳堡站出現(xiàn)大于10000 m3/s的洪水時(shí)，上游河口鎮(zhèn)的相應(yīng)流量在1000 m3/s～2000 m3/s。這是因?yàn)辄S河上游洪水一般是在8月下旬至9月的強(qiáng)連陰雨造成，而河口與吳堡之間的洪水一般由7月、8月的暴雨造成，這說明河口鎮(zhèn)以上的洪水很難與河吳區(qū)間的洪水相遇。因此，黃河上游的龍羊峽、劉家峽等大型水庫對(duì)吳堡站的洪水幾乎沒有影響，所以不進(jìn)行水庫還原。

3.3.2 設(shè)計(jì)依據(jù)站洪水計(jì)算

取水口洪水依據(jù)上游府谷站和下游吳堡站來計(jì)算。

(1)吳堡站洪水計(jì)算。根據(jù)吳堡站1952～2012年最大洪峰流量系列，繪制模比系數(shù)差積曲線，見圖1。從圖中可以看出，吳堡站的差積曲線表現(xiàn)出單峰式的過程，說明洪峰流量系列年際變化持續(xù)時(shí)間較長，變幅較大，豐、平、枯系列交替出現(xiàn)，表明了吳堡站洪峰流量系列具有較好的代表性。

圖1 吳堡站洪峰流量模比系數(shù)差積曲線

設(shè)計(jì)依據(jù)吳堡站年最大洪峰流量采用1935年～1937年、1952年～2012年系列，同時(shí)加入1842年、1946年、1951年、1933年發(fā)生的歷史調(diào)查洪水?？紤]到1946年、1951年、1933年的調(diào)查洪水與實(shí)測洪水相差不大，因此不作為特大值處理直接加入實(shí)測洪峰流量系列，1842年歷史洪水作為特大值處理，重現(xiàn)期取171年。按不連續(xù)系列進(jìn)行頻率分析，再用皮爾遜Ⅲ型曲線進(jìn)行目估適線。求出吳堡站平均洪峰流量為7862 m3/s，變差系數(shù)Cv=0.74，偏態(tài)系數(shù)Cs=3Cv，經(jīng)計(jì)算，吳堡站多年平均設(shè)計(jì)洪峰流量為7862 m3/s。

(2)府谷站洪水計(jì)算。依據(jù)《陜西省府谷縣城區(qū)黃河堤防工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，對(duì)1972年天橋大壩技施設(shè)計(jì)、1992年天橋大壩安鑒、2003年天橋水庫除險(xiǎn)加固初設(shè)以及“2004年府谷縣城區(qū)黃河堤防工程初設(shè)”等階段對(duì)府谷水文站洪水計(jì)算成果進(jìn)行對(duì)比，詳見表1。

綜合分析后確定采用成果為黃河水利委員會(huì)勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院1992年對(duì)天橋大壩安鑒時(shí)的計(jì)算成果，該成果采用資料系列為1953年～1989年，系列長度37年，經(jīng)計(jì)算，府谷站多年平均設(shè)計(jì)洪峰流量為5210 m3/s。

3.4 取水口斷面的設(shè)計(jì)洪水

吳堡站的流域面積為433514 km2，取水口斷面流域面積為423652 km2，府谷站流域面積為404039 km2。以黃河吳堡和府谷水文站為設(shè)計(jì)依據(jù)站，根據(jù)上文分析得到的不同頻率下的洪峰流量值，再根據(jù)府谷吳堡站面積插值法和吳堡站單站面積比擬法得到取水口斷面相應(yīng)的流量。計(jì)算結(jié)果見表2。從表中可知，吳堡站比擬法的計(jì)算結(jié)果大于面積插值法的計(jì)算結(jié)果，從工程的安全角度考慮，采用吳堡站比擬法的結(jié)果作為取水口斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量結(jié)果，即多年平均設(shè)計(jì)洪峰流量為7742 m3/s，兩百年一遇的設(shè)計(jì)洪峰流量為33283 m3/s，五十年一遇的設(shè)計(jì)洪峰流量為24791 m3/s。

3.5 設(shè)計(jì)洪水過程線

萬鎮(zhèn)取水口斷面的洪水由暴雨形成，洪水特點(diǎn)是洪峰高、歷時(shí)短、含沙量大，本次洪水過程線用吳堡站1967的實(shí)測洪水為典型，該次洪水為單峰型的洪水過程。設(shè)計(jì)洪水過程線采用同倍比放大法進(jìn)行計(jì)算，求得黃河萬鎮(zhèn)取水口斷面P=0.5%、P=3.33%頻率的設(shè)計(jì)洪水過程線，見表3。

3.6 取水口斷面設(shè)計(jì)水位

根據(jù)吳堡站實(shí)測大斷面，繪制水位流量關(guān)系曲線，根

表2 取水口斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果表單位：m3/s

據(jù)不同設(shè)計(jì)頻率下的洪水和枯水流量求出相應(yīng)的水位，按比降內(nèi)插計(jì)算得到取水口斷面的相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水位。計(jì)算結(jié)果：校核洪水頻率P=0.5%和設(shè)計(jì)洪水頻率P=5%條件下，相應(yīng)水位分別為736.81 m和734.72 m；枯水保證率取P=5%，枯水位為723.63 m；取水口斷面最小生態(tài)流量為80 m3/s，相應(yīng)水位為723.91 m。

表3 黃河萬鎮(zhèn)取水口斷面設(shè)計(jì)洪水過程線

4 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)取水口上下游兩站的洪水分析，得出榆神工業(yè)區(qū)萬鎮(zhèn)取水口多年平均設(shè)計(jì)洪峰流量為7742 m3/s，五十年一遇的設(shè)計(jì)洪峰流量為24791m3/s，相應(yīng)水位分別為736.81m和734.72m，取水口斷面最小生態(tài)流量為80 m3/s，相應(yīng)水位為723.91 m。在此情況下，要想保證取水工程順利實(shí)施安全運(yùn)行，其防洪能力必須大于取水口多年平均設(shè)計(jì)洪峰流量7742 m3/s，從而保證工程安全持續(xù)運(yùn)行。

P333.2

B

1673-9000（2017）02-0047-02

2016-08-19

劉建平（1971-），男，陜西綏德人，水利工程師，主要從事工程設(shè)計(jì)及管理工作。