黑河蓄滯洪區(qū)規(guī)劃研究

梁蓉蓉

（晉中市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 山西晉中 030600）

1 規(guī)劃研究背景

受西太平洋副熱帶高壓和孟加拉灣水汽的影響，疊加山西呂梁山、太行山復(fù)雜地形對(duì)偏東氣流降水增幅作用，2021年10月2日20 時(shí)至7日08 時(shí)，山西出現(xiàn)有氣象記錄以來最強(qiáng)秋汛，多地遭遇時(shí)間久、范圍廣、強(qiáng)度大的降雨天氣，強(qiáng)降雨主要集中在10月4日—10月5日，呂梁、臨汾、晉中三市交界處一帶為降雨中心。山西省平均降水量達(dá)119.5 mm，是10月常年月均降水量（31.1 mm）的3 倍以上，有18 個(gè)縣（市、區(qū)）降水超過200 mm，降水量最大達(dá)285.2 mm，59 個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站日降水量突破建站以來同期歷史極值，63 個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站過程累計(jì)降水量超過同期歷史極值。

去年入汛以來，山西省平均累計(jì)降水量達(dá)581.8 mm，較常年同期（342.6 mm）偏多7 成，受持續(xù)性強(qiáng)降雨影響，汾河干支流多處河段發(fā)生超警戒水位，局部河段出現(xiàn)漫堤、沖刷和土體飽和松軟現(xiàn)象，部分堤防局部出現(xiàn)潰口、縱橫向裂縫等問題，部分支流入河口段溢堤發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害等現(xiàn)象。

針對(duì)此次洪災(zāi)，山西省水利廳安排對(duì)汾河流域防洪工程及水毀設(shè)施開展調(diào)查，實(shí)施多項(xiàng)汾河流域防洪能力提升工程。本次規(guī)劃的黑河蓄滯洪區(qū)為根據(jù)河道防洪標(biāo)準(zhǔn)、下游河道實(shí)際過流能力及下游防護(hù)對(duì)象的重要性等，在現(xiàn)狀河道防洪能力不滿足河道防洪標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)段且地形適宜洪水蓄滯區(qū)域，為保護(hù)下游大學(xué)城的安全規(guī)劃建設(shè)蓄滯洪區(qū)，并對(duì)不同容積的蓄滯洪區(qū)實(shí)施不同的運(yùn)行調(diào)度方式，以便發(fā)生相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí)啟用不同的蓄滯洪區(qū)，蓄滯相應(yīng)的洪水，以保護(hù)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 河流概況

本次研究的河流為黑河，黑河屬于黃河流域汾河水系，是澗河的一級(jí)支流，發(fā)源于榆次區(qū)北部罕山，流經(jīng)烏金山鎮(zhèn)，終點(diǎn)為太原師范學(xué)院入澗河口，全長(zhǎng)18.3 km，流域面積50.74 km2。

3 蓄滯洪區(qū)選址

黑河下游為大學(xué)城，大學(xué)城容納師生約15 萬人，由于現(xiàn)有河道防洪能力有限，發(fā)生超標(biāo)洪水時(shí)將造成不可估量的損失。通過實(shí)地勘查及綜合考慮地形高差、居民、工礦企業(yè)分布情況等，大學(xué)城段上游格盟能源附近為一低洼地段且沒有村莊、企業(yè)，通過修建圍堤及進(jìn)、泄洪節(jié)制閘，發(fā)生洪災(zāi)時(shí)可以有效蓄滯洪水，因此在格盟能源附近規(guī)劃黑河蓄滯洪區(qū)。黑河蓄滯洪區(qū)規(guī)劃圖見圖1。

圖1 黑河蓄滯洪區(qū)規(guī)劃圖

4 設(shè)計(jì)洪水分析

1）防洪標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）[1]，同時(shí)考慮城鄉(xiāng)長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，維護(hù)河湖健康生命、實(shí)現(xiàn)河湖功能永續(xù)利用，綜合分析確定黑河防洪標(biāo)準(zhǔn)。

黑河蓄滯洪區(qū)規(guī)劃建設(shè)在格盟能源附近，本次在格盟能源下游設(shè)格盟能源斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水分析，格盟能源斷面上游為鄉(xiāng)鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村河段，人口小于20 萬人，依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014），防護(hù)區(qū)等級(jí)為Ⅳ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10～20年一遇洪水，本次上游段防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇；下游為高校新校區(qū)段，防護(hù)區(qū)等級(jí)為Ⅲ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水。

2）設(shè)計(jì)洪水

黑河流域內(nèi)未設(shè)水文測(cè)站，本次計(jì)算洪水采用《山西省水文計(jì)算手冊(cè)》[2][3]（2011年出版）（以下簡(jiǎn)稱《手冊(cè)》）中提供的方法進(jìn)行。本次在格盟能源設(shè)一個(gè)計(jì)算斷面。流域特征值見表1。

表1 計(jì)算斷面以上黑河流域特征值參數(shù)表

格盟能源斷面設(shè)計(jì)洪水依據(jù)《手冊(cè)》采用3 種方法進(jìn)行計(jì)算，分別為：綜合瞬時(shí)單位線法，推理公式法、經(jīng)驗(yàn)公式法，綜合分析比較后選用合理成果。本次洪水計(jì)算結(jié)果分析對(duì)照成果見表2。

表2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果比較表

3）洪水成果合理性分析及采用

格盟能源斷面的設(shè)計(jì)洪水采用《手冊(cè)》進(jìn)行，三種方法各有一套完整的計(jì)算方法，且各種參數(shù)均通過大量的實(shí)測(cè)水文資料率定與驗(yàn)證，從上表計(jì)算成果來看，三種計(jì)算方法計(jì)算結(jié)果均比較接近，但經(jīng)驗(yàn)公式法為一種估算方法僅作參考，綜合瞬時(shí)單位線法比推理公式法的理論計(jì)算更完善、可靠且綜合瞬時(shí)單位線法計(jì)算結(jié)果略大，出于工程安全考慮，本次洪峰流量、24 h 洪量采用綜合瞬時(shí)單位線法的計(jì)算成果。

《榆次區(qū)黑河河道治導(dǎo)線規(guī)劃》[4]（2019.3）中設(shè)計(jì)洪水已批復(fù)，采用《手冊(cè)》流域模型法計(jì)算成果，第一段黑河源頭至平地泉村（樁號(hào)0+000-5+200），20年一遇洪峰流量81.2 m3/s；第二段平地泉村到格盟能源（樁號(hào)5+200-13+800），20年一遇洪峰流量148 m3/s；第三段是格盟能源到澗河匯入口（樁號(hào)13+800-18+276），50年一遇洪峰流量198 m3/s。本次計(jì)算設(shè)計(jì)洪水成果格盟能源斷面綜合瞬時(shí)單位線法20年一遇與批復(fù)成果相近，說明本次設(shè)計(jì)洪水采用參數(shù)合理。

格盟能源斷面不同頻率的采用設(shè)計(jì)洪峰、洪量成果見表3，格盟能源斷面采用洪水過程線見表4。

表3 格盟能源斷面設(shè)計(jì)洪峰、洪量成果表

表4 格盟能源斷面洪水過程線

洪水過程時(shí)段20.002%流量3.33%流量5%流量0.350.140.14 20.250.280.110.11 20.500.220.080.09 20.750.180.070.07 21.000.140.050.05 21.250.110.040.04 21.500.090.030.03 21.750.070.020.03 22.000.060.020.02 22.250.050.010.02 22.500.040.010.01 22.750.030.010.01 23.000.020.010.01 23.250.020.010.01 23.500.020.000.00 23.750.010.000.00 24.000.010.000.00 24.250.010.000.00 24.500.010.000.00 24.750.000.000.00 25.000.000.000.00

5 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

1）洪水調(diào)度運(yùn)用原則

黑河蓄滯洪區(qū)在黑河超過下游河道過流能力或河道發(fā)生險(xiǎn)情、防汛特別緊張時(shí)，向黑河蓄滯洪區(qū)分洪，承擔(dān)黑河流域防洪任務(wù)。據(jù)分析，在現(xiàn)狀情況下，當(dāng)黑河來水量超過104 m3/s 時(shí)，應(yīng)充分利用黑河蓄滯洪區(qū)2 行洪，加強(qiáng)防守；當(dāng)河道發(fā)生險(xiǎn)情或防汛特別緊張時(shí)，利用黑河蓄滯洪區(qū)1、2 蓄洪。其運(yùn)用機(jī)遇相當(dāng)于50年一遇。

2）蓄滯洪區(qū)緩洪庫容計(jì)算

規(guī)劃黑河蓄滯洪區(qū)分1、2 兩區(qū)，實(shí)行分區(qū)聯(lián)合運(yùn)用。秋郭線以北為黑河蓄滯洪區(qū)2，秋郭線以南為黑河蓄滯洪區(qū)1，當(dāng)黑河發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，使用黑河蓄滯洪區(qū)2 滯洪；當(dāng)黑河發(fā)生30年一遇洪水時(shí)，使用黑河蓄滯洪區(qū)1 滯洪；當(dāng)黑河發(fā)生50年一遇洪水時(shí)，同時(shí)啟用黑河蓄滯洪區(qū)1、2 滯洪。

結(jié)合以上水文成果，蓄滯洪區(qū)上游20年一遇洪峰流量為148 m3/s，30年一遇洪峰流量為178 m3/s，50年一遇洪峰流量為192.4 m3/s，下游河道最大過流能力為104 m3/s，即通過項(xiàng)目實(shí)施，發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，黑河20年一遇入蓄滯洪區(qū)流量148 m3/s，30年一遇入蓄滯洪區(qū)流量178 m3/s，50年一遇入蓄滯洪區(qū)流量192.4 m3/s，出蓄滯洪區(qū)流量為104 m3/s。根據(jù)洪水過程線、下游下泄最大流量計(jì)算，20年一遇所需容納的最大24 h 洪量為8 萬m3，蓄滯洪區(qū)最小庫容為8 萬m3；30年一遇所需容納的最大24 h 洪量為17 萬m3，蓄滯洪區(qū)最小庫容為17 萬m3；50年一遇所需容納的最大24 h 洪量為24 萬m3，蓄滯洪區(qū)最小庫容為24 萬m3。

綜上所述，當(dāng)發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，啟用黑河蓄滯洪區(qū)2 行洪；當(dāng)發(fā)生30年一遇洪水時(shí)，啟用黑河蓄滯洪區(qū)1 行洪；當(dāng)發(fā)生50年一遇洪水時(shí)，共同啟用黑河蓄滯洪區(qū)1、2 行洪。洪水蓄滯洪區(qū)最小庫容計(jì)算曲線見圖1、2、3。

圖1 20年一遇洪水蓄滯洪區(qū)最小庫容計(jì)算曲線

圖2 30年一遇洪水蓄滯洪區(qū)最小庫容計(jì)算曲線

圖3 50年一遇洪水蓄滯洪區(qū)最小庫容計(jì)算曲線

6 結(jié)論

黑河下游高校新校區(qū)段防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，但現(xiàn)狀河道過流能力不滿足50年一遇，在下游城區(qū)河道堤防加高也不能滿足要求，故需要在洪水匯入高校新校區(qū)前蓄滯部分洪水。

通過在荒地、耕地等洼地規(guī)劃建設(shè)蓄滯洪區(qū)，待發(fā)生相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí)可人為消減洪峰或短期阻滯洪水，以保護(hù)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，或在發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)為下游人員轉(zhuǎn)移提供充足的時(shí)間保障。