榆神工业区万镇黄河取水口洪水分析

刘建平

榆神工业区万镇黄河取水口洪水分析

刘建平

（陕西省榆林市榆阳区石峁水库管理处，陕西榆林719000）

分析了万镇黄河引水工程概况和取水口径流情况，通过取水口上游府谷水文站、下游吴堡水文站洪水频率分析，采用府谷吴堡站面积插值法和吴堡站单站面积比拟法得到取水口断面相应的流量，提出取水口洪峰流量，为引水工程防洪标准建设提供参考。

万镇；黄河；取水口；洪水；分析

1 概况

榆神工业区万镇引水工程取水水源为黄河漫滩水和黄河干流地表水，供水对象为榆神工业区清水工业园，所供水量主要用于煤化工工业生产，同时兼顾工业园内居民生活用水及园区生态用水。引水工程计划在黄河右岸神木县万镇上下游西豆峪至界牌19.36 km范围内修建22眼黄河漫滩水水源井抽取地下水，经集水管道汇集至一级泵站前池；计划在黄河右岸神木县万镇上游大约2.3 km的位置修建地表水源泵站提取黄河干流地表水，水源泵站将黄河地表水输送到一级泵站前池，两部分来水经一级泵站提升后经过1#隧洞输送至阴会沟泥沙库沉沙后再经数级泵站提升，通过隧洞及压力管道，输送至榆神工业区清水工业园内的清水沟水库，再由用水部门处理使用。项目设计供水流量为6.8 m3/s，其中地表水设计供水流量4.5 m3/s，地下水设计供水流量2.3 m3/s，年设计供水总量为19056万m3。

2 取水区径流分析

2.1 取水区概况

万镇引水工程的水源位于黄河中游上段、黄河干流万镇境内。项目区气候属暖温带和温带半干旱大陆性季风气候，寒暑剧烈，气候干燥，灾害频繁，四季分明，年平均气温8.9℃，平均降水量440.8 mm，蒸发量为1336.6 mm，是降水量的3倍，由西北向东南降低，每10 km蒸发量约降低23.8 mm。境内盛行偏西和西北大风，全年平均大风日数14d。

2.2 取水口断面的年径流量

万镇取水口上游黄河干流上有府谷水文站、下游有吴堡水文站。黄河径流受大气环流和季风的影响，导致年际变化较大且年内分配不均。现以吴堡站与府谷站作为取水口断面的设计依据站。取水口断面不同来水年份的年径流量可根据吴堡站与府谷站的面积插值法，和吴堡站的单站面积比拟法两种方法计算，两种方法的计算结果相近，但根据吴堡站单站面积比拟法计算的结果略微偏大，本次从对工程不利的角度出发，选择吴堡站与府谷站的面积插值法的计算结果作为取水口断面的年径流量。即P=50%、P=75%和P=95%条件下，取水口年径流量分别为208亿m3、161亿m3和116亿m3。

3 取水口洪水分析

3.1 黄河洪水特性

黄河洪水显著特点是：水少沙多，水沙异源，河道迂回宛转，情况复杂多变；春有春汛，夏秋有伏秋大汛，冬有凌汛。黄河洪水发生时间基本上都集中的7月中旬至8月中旬，特别是8月上旬出现洪水的机会较多。一次洪水历时，一般为2～5天，最长为3～10天，洪水过程线多为涨落迅猛的尖瘦型。中游干流各站较大洪水洪峰流量为15000～20000 m3/s。实测最大洪水，吴堡站为24000 m3/s（1976年）、龙门站为21000 m3/s（1967年）、三门峡站为22000 m3/s（1933年）。

3.2 历史洪水调查

据调查，吴堡站附近河段曾在1842年、1946年、1951年、1933年发生历史大洪水，洪峰流量分别为32000 m3/s、23000 m3/s、18000 m3/s、14000 m3/s，其中1842年历史调查洪水的可靠程度评价为较可靠，1946年、1951年、1933年评价为可靠。同时，根据实测资料，1976年吴堡站发生了百年来的最大洪水，实测洪峰流量为24000 m3/s。本次认为1842年的历史洪水是吴堡站迄今最大的一场洪水，重现期为171年。

3.3 设计洪水计算

3.3.1 洪峰流量还原

表1 不同工程中黄河府谷设计洪峰流量成果比较表单位:m3/s

洪峰流量的还原主要考虑上游干流龙羊峡、刘家峡大型水库工程的影响，暂不考虑中小型水库及水保措施的影响。根据黄河水利委员会《水利水保工程对黄河中游多沙粗沙区径流泥沙影响研究》可知，黄河中游吴堡站的洪峰主要来自河口吴堡区间，而河吴区间的洪水主要来源于右岸的黄甫川、孤山川、窟野河、秃尾河和佳芦河等五条支流，这五条支流的洪峰流量可占河吴区间洪峰流量的82.7%。当吴堡站出现大于10000 m3/s的洪水时，上游河口镇的相应流量在1000 m3/s～2000 m3/s。这是因为黄河上游洪水一般是在8月下旬至9月的强连阴雨造成，而河口与吴堡之间的洪水一般由7月、8月的暴雨造成，这说明河口镇以上的洪水很难与河吴区间的洪水相遇。因此，黄河上游的龙羊峡、刘家峡等大型水库对吴堡站的洪水几乎没有影响，所以不进行水库还原。

3.3.2 设计依据站洪水计算

取水口洪水依据上游府谷站和下游吴堡站来计算。

(1)吴堡站洪水计算。根据吴堡站1952～2012年最大洪峰流量系列，绘制模比系数差积曲线，见图1。从图中可以看出，吴堡站的差积曲线表现出单峰式的过程，说明洪峰流量系列年际变化持续时间较长，变幅较大，丰、平、枯系列交替出现，表明了吴堡站洪峰流量系列具有较好的代表性。

图1 吴堡站洪峰流量模比系数差积曲线

设计依据吴堡站年最大洪峰流量采用1935年～1937年、1952年～2012年系列，同时加入1842年、1946年、1951年、1933年发生的历史调查洪水。考虑到1946年、1951年、1933年的调查洪水与实测洪水相差不大，因此不作为特大值处理直接加入实测洪峰流量系列，1842年历史洪水作为特大值处理，重现期取171年。按不连续系列进行频率分析，再用皮尔逊Ⅲ型曲线进行目估适线。求出吴堡站平均洪峰流量为7862 m3/s，变差系数Cv=0.74，偏态系数Cs=3Cv，经计算，吴堡站多年平均设计洪峰流量为7862 m3/s。

(2)府谷站洪水计算。依据《陕西省府谷县城区黄河堤防工程初步设计报告》，对1972年天桥大坝技施设计、1992年天桥大坝安鉴、2003年天桥水库除险加固初设以及“2004年府谷县城区黄河堤防工程初设”等阶段对府谷水文站洪水计算成果进行对比，详见表1。

综合分析后确定采用成果为黄河水利委员会勘测规划设计研究院1992年对天桥大坝安鉴时的计算成果，该成果采用资料系列为1953年～1989年，系列长度37年，经计算，府谷站多年平均设计洪峰流量为5210 m3/s。

3.4 取水口断面的设计洪水

吴堡站的流域面积为433514 km2，取水口断面流域面积为423652 km2，府谷站流域面积为404039 km2。以黄河吴堡和府谷水文站为设计依据站，根据上文分析得到的不同频率下的洪峰流量值，再根据府谷吴堡站面积插值法和吴堡站单站面积比拟法得到取水口断面相应的流量。计算结果见表2。从表中可知，吴堡站比拟法的计算结果大于面积插值法的计算结果，从工程的安全角度考虑，采用吴堡站比拟法的结果作为取水口断面的设计洪峰流量结果，即多年平均设计洪峰流量为7742 m3/s，两百年一遇的设计洪峰流量为33283 m3/s，五十年一遇的设计洪峰流量为24791 m3/s。

3.5 设计洪水过程线

万镇取水口断面的洪水由暴雨形成，洪水特点是洪峰高、历时短、含沙量大，本次洪水过程线用吴堡站1967的实测洪水为典型，该次洪水为单峰型的洪水过程。设计洪水过程线采用同倍比放大法进行计算，求得黄河万镇取水口断面P=0.5%、P=3.33%频率的设计洪水过程线，见表3。

3.6 取水口断面设计水位

根据吴堡站实测大断面，绘制水位流量关系曲线，根

表2 取水口断面设计洪峰流量成果表单位：m3/s

据不同设计频率下的洪水和枯水流量求出相应的水位，按比降内插计算得到取水口断面的相应设计洪水位。计算结果：校核洪水频率P=0.5%和设计洪水频率P=5%条件下，相应水位分别为736.81 m和734.72 m；枯水保证率取P=5%，枯水位为723.63 m；取水口断面最小生态流量为80 m3/s，相应水位为723.91 m。

表3 黄河万镇取水口断面设计洪水过程线

4 结语

经过对取水口上下游两站的洪水分析，得出榆神工业区万镇取水口多年平均设计洪峰流量为7742 m3/s，五十年一遇的设计洪峰流量为24791m3/s，相应水位分别为736.81m和734.72m，取水口断面最小生态流量为80 m3/s，相应水位为723.91 m。在此情况下，要想保证取水工程顺利实施安全运行，其防洪能力必须大于取水口多年平均设计洪峰流量7742 m3/s，从而保证工程安全持续运行。

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1673-9000（2017）02-0047-02

2016-08-19

刘建平（1971-），男，陕西绥德人，水利工程师，主要从事工程设计及管理工作。