瀟河綜合改革示范區(qū)設計洪峰流量的研究

劉 霞

（晉中市瀟河流域管理局山西晉中030600）

山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)總體形象定位為“三晉業(yè)都魅力瀟城”，是具有現(xiàn)代氣息、產(chǎn)業(yè)新區(qū)特色的中心區(qū)。瀟河自東向西貫穿示范區(qū)瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)，瀟河生態(tài)廊道范圍，東至108 國道瀟河橋東、西至汾河、南至瀟河南路、北至瀟河北路，東西長約29 km，南北寬約700 m，面積約28 km2，將是集生態(tài)、景觀、文化、旅游、休閑等功能為一體的高品位水系廊道，是示范區(qū)的精華所在，瀟河治理是示范區(qū)重要的綜合性工程，很大程度上決定著示范區(qū)建設的成敗。所以，合理確定瀟河生態(tài)廊道防洪工程的防洪標準及相應設計洪峰流量，對瀟河治理具有重要意義。

1 概況

瀟河是汾河的第二大支流，是晉中地區(qū)最大的河流，發(fā)源于山西省昔陽縣馬道嶺，全長147 km，流域面積為3 894 km2，包含了晉中地區(qū)的昔陽、壽陽、和順、太谷、榆次、盂縣（部分），太原市的小店區(qū)、清徐、陽曲（部分）等九個縣區(qū)。瀟河干流從蘆家莊起分白馬河（壽陽縣方向）和松塔河（昔陽縣方向）兩支，下游至榆次區(qū)北合流村有涂河匯入。瀟河流域?qū)俅箨懶园敫珊禋夂?，年平均氣?.7°C，無霜期一般為145 d，多年平均降水量為470 mm，多年平均蒸發(fā)量為249 mm。流域內(nèi)大部分為山區(qū)，瀟河灌區(qū)源渦大壩位于瀟河干流出山口進入平川的源渦村，建于1950年，源渦大壩壩址以上流域面積為3 090 km2，灌區(qū)有效灌溉面積2.21 萬hm2，是一個以洪灌為主，清洪兩用，井渠結(jié)合的大型自流灌區(qū)，渠首引水樞紐源渦大壩由混凝土滾水壩、南北沖沙閘、南北進水閘組成。源渦大壩為灌區(qū)1957年設立的觀測站，對徑流及洪水進行實測，上游有獨堆、蘆家莊兩按國家標準設立的基本水文站，獨堆水文站1955年汛后設立，蘆家莊水文站1953年設立至今，流域內(nèi)的水文觀測資料較為完整可靠。

松塔水庫位于瀟河主流松塔河上，2009年開始建設，2011年8月底下閘蓄水，壩址控制流域面積1 174 km2，總庫容9 740 萬m3；工程主要任務以城市生活及工業(yè)供水、水力發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用；松塔水電站工程包括樞紐工程和供水工程兩部分，樞紐建筑物包括大壩、供水發(fā)電洞、導流泄洪洞、溢洪道及壩后發(fā)電站等，供水工程由榆次供水工程和壽陽供水工程兩部分組成；水庫每年可向城市生活和工業(yè)供水2 200 萬m3，同時可增加農(nóng)業(yè)供水量830 萬m3，改善瀟河灌區(qū)灌溉面積1.171 萬hm2。

2 歷年瀟河河道治理的防洪標準及相應設計洪峰流量

綜合改革示范區(qū)瀟河規(guī)劃水專項部分防洪標準采用100年一遇，相應設計洪峰流量擬分別為晉中段2 422 m3/s、太原段為2 750 m3/s。

2012年完成的距源渦大壩9 km 處的一期瀟河河道整治與生態(tài)修復工程, 長1.13 km。一期河道防洪大堤按Ⅱ級堤防設計，堤防設計防洪標準為50年一遇洪峰流量1 911 m3/s，計算依據(jù)為源渦大壩處1957—2002年間的實測資料及歷史調(diào)查洪水。

3 影響防洪標準及相應設計洪峰流量推算未考慮的因素

歷年瀟河河道治理的防洪標準及相應設計洪峰流量計算嚴重偏大，重現(xiàn)期與實際計算出入較大，可能未考慮以下因素。

3.1 流域下墊面的變化

20 世紀六七十年代起，水庫、淤地壩、攔水壩、截潛流等大量水利工程的興建，使得下墊面發(fā)生了較大變化，加之農(nóng)作物密植高產(chǎn)及植被條件改善，造成瀟河流域內(nèi)產(chǎn)匯流條件發(fā)生了重大變化。年徑流量、年最大洪峰流量遞減下降趨勢十分顯著，1957年至1966年，年間平均徑流量為23 029 萬m3，之后隨著時間推移不斷衰減，近20年來，年間平均徑流量僅為3 992 萬m3。年最大洪峰流量均值1957年至1966年間為958.4 m3/s，之后52年中年最大洪峰流量為596 m3/s，近20年來年最大洪峰流量均值僅為93.6 m3/s。同時，年最大洪峰流量具有年際間變化幅度隨時間推移有明顯減少的趨勢，1957年至1966年的10年間年徑流量與年最大洪峰相關度非常高，1967年后年最大洪峰不再隨年徑流量波動，年最大洪峰變化幅度逐漸變小趨穩(wěn)。

瀟河洪峰流量觀測期可分為1957-1966年間的洪峰高發(fā)的異常期，1967-至今為穩(wěn)定期，1957-1966年間的洪峰高發(fā)的異常期存在的下墊面條件已不存在，且不可逆轉(zhuǎn)。

3.2 流域內(nèi)松塔水庫建設對設計洪峰流量的影響

松塔水庫下閘蓄水7年多來，水庫對上游汛期洪水全部攔蓄，最大蓄水量8 055 萬m3，從未達到正常蓄水位（庫容9 170 萬m3）。松塔水庫控制的流域面積占流域總面積的近三分之一，且為瀟河流域的主要產(chǎn)流區(qū)，水庫的運行使得入庫洪峰流量與出庫下泄洪峰流量發(fā)生變化，削減了汛期瀟河上游主要支流松塔河的洪峰流量，今后，隨著氣象預報準確度的提高，經(jīng)過科學調(diào)度，水資源將更有效地服務于當?shù)爻鞘猩詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)，除保障必要的生態(tài)用水后，水庫調(diào)節(jié)洪峰流量能力將進一步加強，下泄的洪峰流量也將降低。

3.3 歷史特大值的影響

歷史特大值對設計洪峰計算起到關鍵性作用，但以下兩點應高度重視，1）歷史特大值發(fā)生的下墊面條件已發(fā)生變化，且為不可逆轉(zhuǎn)，從統(tǒng)計學角度講，數(shù)據(jù)應進行系統(tǒng)修正，無法確定可作為參考值而非確定值；2）目前采用的源渦大壩歷史特大值，是按上游蘆家莊水文站數(shù)據(jù)采取按流域面積擴大法處理，存在不合理不科學的問題。由于蘆家莊以下河道寬深具有較強的蓄留作用，對已有實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，大流量洪水情況下源渦大壩洪峰流量大幅小于蘆家莊[1]。故應建立數(shù)學模型利用上游蘆家莊水文站數(shù)據(jù)結(jié)合地形地貌資料科學推演至源渦大壩，而不能簡單采用擴大法。

4 綜合改革示范區(qū)瀟河防洪標準及相應設計洪峰流量計算分析

圖1 瀟河源渦大壩洪峰流量頻率曲線圖

瀟河綜合改革示范區(qū)生態(tài)廊道的起點108 國道瀟河橋距離上游的源渦大壩14 km，區(qū)間為瀟河出山口后沖積平原區(qū)，兩岸地形平坦，區(qū)間河道已經(jīng)過多年淤積成為地上河，因此河道兩側(cè)匯流入河量微弱，洪水主要還是來自源渦大壩以上的山區(qū)洪水，再加上河流行進過程中“坦化”衰減，108 國道瀟河橋洪峰流量低于源渦大壩處，為安全起見，本次計算分析采用瀟河源渦大壩處1957年至2018年62年來的觀測資料。

使用皮-Ⅲ型曲線對瀟河源渦大壩1957-2018年最大洪峰流量進行頻率分析，經(jīng)計算，62年最大洪峰流量的均值Q=302.5 m3/s，變差系數(shù)CV=1.29，考慮到上述洪峰流量的影響因素，適當調(diào)整CV 值，使理論頻率曲線和經(jīng)驗頻率點的下半部貼近，上半部分理論頻率曲線適當向下偏離，以適應近50年來瀟河河道洪峰流量的實際情況。瀟河源渦大壩洪峰流量頻率圖見圖1。

經(jīng)計算，瀟河源渦大壩處100年一遇年最大洪峰流量值1 847 m3/s，50年一遇為1 477 m3/s，20年一遇為1 014 m3/s，10年一遇為693 m3/s。與瀟河源渦大壩近50年的實際觀測最大值596 m3/s，近20年的實際觀測最大值237 m3/s，近10年的實際觀測最大值193 m3/s相比，有較大的余度，所以，計算結(jié)果還是比較安全的。

5 結(jié)語

根據(jù)觀測資料和管理經(jīng)驗，目前瀟河河道的洪峰流量已大幅度衰減，但歷年河道治理采用的防洪標準及相應設計洪峰流量嚴重偏大，防洪標準及相應設計洪峰流量的合理確定對河道治理工程的規(guī)模及投資影響非常巨大，山西轉(zhuǎn)型綜改示范區(qū)瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)按規(guī)劃標準斷面將在瀟河河道建成兩條高4～7 m、占地近萬畝、投資數(shù)十億的“渠化”防洪大堤，與周邊自然景觀不協(xié)調(diào)，有違自然和諧的原則，所以，考慮產(chǎn)匯流條件一致性和松塔水庫建設對下游河道洪峰流量的影響，進一步修正防洪標準及相應設計洪峰流量十分必要，以確保計算結(jié)果與實際情況相符，避免瀟河河道治理工程出現(xiàn)不必要的占地大、投資高、不經(jīng)濟、不生態(tài)的后果。