蔚汾河河道洪水计算分析

吴 勇

（山西省水利水电勘测设计研究院，太原 030024）

1 工程概况

蔚汾河[1]是黄河一级支流，地处吕梁山西麓，属黄土高原东部。发源于岚县野鸡山西之白龙山，海拔2264m。流经岚县大蛇头、界河口进入兴县经恶虎滩、车家庄、兴县县城、蔡家崖于碧村张家湾汇入黄河，河流全长81.8km，其主要支流有岚尾河和南川河。流域总面积1462.55km2，其中：兴县境内流长55km，流域面积1249.11km2，岚县境内流长26.8km，流域面积213.44km2。 河床纵坡0.97%，糙率0.04。

蔚汾河流域水文测站有碧村水文站和兴县水文站。碧村水文站位于山西省兴县高家村乡碧村。该站集水面积1476km2，为黄河水系蔚汾河干流控制站，1955年原为高家村水文站，1958年下迁5km改名为碧村站，于1986年停测后移至兴县县城。兴县水文站位于兴县车家庄村蔚汾河干流上，该站集水面积650km2，为黄河水系蔚汾河干流控制站。

2 洪水计算

洪水计算断面处控制流域面积1029km2，距上游兴县水文站15km，距下游碧村水文站20km。设计洪水计算采用洪峰～面积关系和 《山西省水文计算手册》（以下简称“手册”）[2]分别进行洪水计算，并结合历史洪水综合分析后确定洪水成果。

2.1 利用洪峰～面积关系分析[3]

通过对碧村站1956～1985年30年实测洪水系列进行频率分析，得出碧村站20年一遇设计洪峰流量1631m3/s，50年一遇设计洪峰流量2291m3/s；兴县站1986～2008年23年实测洪水系列进行频率分析，20年一遇设计洪峰流量556m3/s，50年一遇设计洪峰流量885m3/s，如表1。

表1 洪峰流量计算结果

利用兴县、碧村水文站设计洪水成果点绘洪峰～面积相关曲线如图1。

图1 兴县、碧村水文站洪峰～面积相关曲线

2.2 利用《山西省水文计算手册》分析

2.2.1 特征参数

流域特征参数包括主河道长、流域面积、平均坡度、平均宽度、产汇流地类[4]。洪水计算主要特征参数如表2。

表2 流域特征参数

2.2.2 设计暴雨

根据流域面积大小及暴雨参数等值线图查得，不同历时的暴雨均值H和Cv值，计算不同频率设计点雨量，如表3。

表3 主雨历时及主雨雨量计算

2.2.3 流域产流

由《手册》查得不同频率5%，10%，20%，对应的流域持水度B0，p分别为0.54，0.50，0.5，计算可能损失、净雨深、产流历时、损失率和净雨过程分配。

2.2.4 流域汇流

汇流计算采用《手册》中综合瞬时单位线和推理公式进行计算。

（1）瞬时单位线把流域汇流过程假设由n个等效线性水库串联体对水流的调蓄过程。把单位净雨与瞬时汇流曲线相乘称为瞬时单位线。

汇流地类为灌丛山地、森林山地，β1，β2，α为经验性指数， 分别取0.047，0.190，0.397；C1为复合地类汇流参数分别取1.257，1.046；C2为单地类汇流参数分别取1.53，0.717。

(2)推理公式汇流计算包括求解洪峰流量Qm、流域汇流时间τ及推理洪水过程线。单一地类汇流参数m取值，灌丛山地取0.15，森林山地取0.08，黄土丘陵取0.35，计算结果如表4。

表4 断面设计洪峰流量成果

2.3 设计洪水成果的采用

不同方法的设计洪水计算结果如表4，兴县站与碧村站产流地类对比如表5。

表5 产流地类对比

由表5可知，碧村站以上，共有5种产流地类，其中93.6%的变质岩灌丛山地、87.8%的变质岩森林山地、76.9%的灰岩灌丛山地、70.6%的灰岩森林山地4种地类均位于兴县站以上，以上4种地类差异较小；而黄土丘陵沟壑差异较大，碧村站以上黄土丘陵沟壑742.4km2，兴县站以上仅23.4km2，96.8%的黄土丘陵基本上均位于兴县站与碧村站区间。分析可以看出，兴县站和碧村站产流地类差异较大。

本次设计断面位于兴县站与碧村站之间，控制流域面积1029km2，比兴县站控制流域面积多58%，比碧村水文站控制流域面积少30%。设计断面以上黄土丘陵沟壑地类面积325km2，比碧村站黄土丘陵沟壑面积742.4km2少417.4km2，比兴县站黄土丘陵沟壑面积23.4km2多301.6km2。通过分析发现，从流域控制面积和产流地类两方面，设计断面与兴县站及碧村站差异都比较大，不宜直接采用洪峰～面积关系计算成果。

从历史洪水来看，蔚汾河1996年发生了较大洪水，干流上有4个断面的调查值[5]，自上游至下游，分别位于兴县水文站控制流域面积650km2，洪峰流量385m3/s；水磨滩断面控制流域面积832km2，洪峰流量1630m3/s；南沟门前断面控制流域面积841km2，洪峰流量1440m3/s；南通断面控制流域面积974km2，洪峰流量1540m3/s。分析历史调查洪水数据可以发现，1996年洪水的暴雨中心位于兴县水文站以下，兴县水文站以下断面的洪水均大于1400m3/s。距离本次设计断面最近的南通断面1996年调查洪水1540m3/s，1996年洪水为1956年以来最大，洪水重现期60年。

综合以上分析，《手册》与洪峰～面积关系法比较，综合考虑了流域产汇流条件和机制多方面的因素，计算成果与历史洪水基本一致，成果合理可靠。

3 结语

本次采用《手册》中的计算方法，综合瞬时单位线和推理公式计算结果基本接近，综合瞬时单位线结果稍大，从工程安全角度考虑，选取综合瞬时单位线，10年一遇设计洪峰流量635m3/s，20年一遇设计洪峰流量1043m3/s，50年一遇设计洪峰流量1679m3/s较为合适。