南沟门水库洛川县城应急供水工程设计洪水分析

李 妍

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

0 前言

南沟门水库洛川县城应急供水工程位于洛川县西南方向交口河镇附近，本工程做为应急供水工程，为了解决近年来县城供水水源极度短缺的问题，水源地选定为南沟门水库。工程输水管线多次穿越仙姑河流域，故仙姑河流域设计洪水计算为水文计算的重点。该流域内无实测水文资料，洪水难以推求。故采取推理公式法、综合参数法以及洪峰流量汇流面积相关法对仙姑河流域设计洪水进行计算，并对计算成果进行合理性分析。

1 流域概况

洛河是渭河的第二大支流，发源于陕北定边县白于山南麓。流经陕西省吴起、志丹、甘泉、富县、白水，于大荔县东南注入渭河。仙姑河是洛河左岸的一级支流，发源于黄龙县崾崄河，自东北流向西南于洛川县交口河镇下游4 km处的惠家村附近注入洛河。流域面积609 km2，主河道长度为55.2 km，平均比降8.7‰。以已成的拓家河水库坝址为界，上游为黄土林区，下游为黄土塬区。

2 暴雨洪水特性

1）洛河流域的洪水均系暴雨所致，暴雨多为雷暴雨。

2）洪水最早发生在5月，受连阴雨的影响，10月份也有洪水发生，年最大洪水一般发生在七八月份。一次洪水历时约3天左右，主峰段约24小时。

3）仙姑河流域处于干旱半干旱地区，洪水多由暴雨形成，但亦有连阴雨形成的洪水。七八月份多为暴雨，九十月份多为连阴雨。局部短历时暴雨强度大，降雨不均匀，形成的洪水陡涨陡落，峰高量小；连阴雨形成的洪水，由于降水均匀，历时长，笼罩面积大，形成的洪水缓涨缓落，峰小量大。

3 仙姑河设计洪水计算

依据《防洪标准》（GB 50201-2014）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）及《泵站设计规范》（GB 50265-2010），确定本次设计需计算仙姑河出口断面50年一遇、20年一遇以及10年一遇设计洪峰流量。

3.1 上游已成水库影响分析

3.1.1 拓家河水库影响分析

拓家河水库位于仙姑河上游，坝址以上控制流域面积295.2 km2，总库容 2756 万 m3，设计死库容 1200 万 m3，兴利库容1052万m3。设计标准按50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。依据《拓家河水库除险加固工程初设报告》，水库50年一遇洪水时溢洪道不下泄水，为全拦全蓄运行方式，对下游无影响。

3.1.2 安生沟水库影响分析

安生沟是仙姑河右岸支流，其入汇口位于拓家河水库坝址下游约2.6 km。

安生沟水库坝址位于沟口上游3.6 km，坝址以上控制流域面积36.3 km2，距洛川县城18 km。总库容184.09万m3，兴利库容62.7万m3，死库容48万m3。是一座以企业供水、灌溉为主兼有防洪功能的Ⅳ等小（1）型水利枢纽工程。

该库1996年9月动工，1997年12月竣工。2010年进行了除险加固设计，设计洪水标准30年一遇，校核洪水标准300年一遇。对该库不同设计标准的调洪能力进行了复核，复核结果表明，安生沟水库调洪能力较小，洪水调度时，均为敞泄状态。因此，在确定仙姑河干流设计洪水时，不考虑安生沟水库影响。

3.2 仙姑河干流设计洪水

由以上分析可得，仙姑河干流设计洪水为拓家河坝址以下区间天然设计洪水。本次采用推理公式法、综合参数法、洪峰流量汇水面积相关法三种方法计算仙姑河出口断面设计洪水。

3.2.1 推理公式法

仙姑河出口断面控制流域面积314 km2，最大汇流长度44.6 km，河道平均比降J=8.7‰。采用暴雨推求设计洪水，以50年一遇设计洪水计算过程为例，具体如下：

（1）设计点、面雨量计算

按照《延安地区实用水文手册》（以下简称“手册”）规定，设计暴雨历时取12小时。根据“手册”中年最大1、3、6、24小时点雨量均值等值线图、变差系数等值线图，查得设计断面以上流域形心处各历时点雨量均值及变差系数CV值，偏差系数CS取CS=3.5CV，计算得到相应历时设计频率的点雨量。采用点面系数，由设计点雨量推求设计面雨量；根据24小时设计暴雨时程分配表，对面雨量进行分配，得到面降雨过程。

（2）产流计算

仙姑河属于黄土塬区，产流过程按超渗产流模型计算，根据入渗率与土壤含水量的关系式推求，其关系式为：

当 S＜100 mm，f=1.62S-0.374i0.565，S≥100 mm，f=3.5。其中：f为入渗率，mm/min；S为与f相应的土壤含水率，mm。

通过“延安手册”查算本区前期影响雨量Pa=33 mm，其与曲线交点的纵坐标f1作为第一时段的平均入渗率，若第一时段的降雨强度i1大于入渗率f1，则第一时段的入渗量△S1=f1×△t1，其产流量R1=（i1-f1）×△t1。若 i1＜f1，则该时段的入渗量△S1=i1△t1，其产流量为0。以此类推，求得下渗过程及产流过程。

将产流过程各时段的产流量累加起来即为产流总量，乘以“潜流百分数”即得潜流总量；本区R潜=15%R总，由产流过程中扣除时段平均潜流量即得净雨过程。当某一时段的产流量小于时段平均潜流量时，其产流量全部视为潜流，应首先从潜流总量中扣除该阶段的产流量，并从净雨历时中扣除相应的时间，然后再计算时段平均潜流量和净雨过程。

（3）汇流计算

流域的汇流历时τ为：

式中：L为沿主河槽从出口断面至分水岭的最长距离，km；J为沿流程L的平均比降；m为经验性的汇流参数；Qm为设计洪峰流量，m3/s。

破碎塬区、塬区：

根据流域特征值 F、L、J，查算出 θ=31.8，m=2.16。

采用图解法确定设计洪峰流量。绘制Qm～τ曲线，同时根据净雨过程绘制Qm～τ曲线，两条曲线的交点所对应的纵横坐标，即为所求洪峰流量Qm及汇流历时τ。计算成果见表1。

表1 推理公式法计算成果表

3.2.2 综合参数法

依据“延安手册”中综合参数法公式计算洪峰流量，公式为：

式中：QmN为设计频率为P的洪峰流量，m3/s；H3N为设计频率为P的设计流域3小时面雨量，mm；F为流域面积，仙姑河出口断面控制面积314 km2；ψ为流域形状系数，ψ=F/L2；N为重现期，年；C、α、β、γ、η 为经验参数。

计算参数及结果见表2。

表2 综合参数法计算成果表

3.2.3 洪峰流量汇流面积相关法

依据“延安手册”中洪峰流量汇流面积相关法经验公式计算洪峰流量。公式如下：

式中：QN为重现期为N的洪峰流量，m3/s；KN、n为重现期为N的地理参数、指数，n=0.66；F为流域面积，仙姑河出口断面控制面积314 km2。

计算参数及结果见表3。

表3 洪峰流量汇流面积相关法计算成果表

3.2.4 合理性分析

从三种方法计算结果来看，综合参数法最小，推理公式法最大，洪峰流量汇水面积相关法居中，推理公式法和洪峰流量汇流面积相关法计算结果接近。

经调查，仙鸡河段1821年发生特大洪水，洪峰流量1220 m3/s，调查断面位于仙姑河河口，集水面积602 km2。从现有的资料看，该场洪水为1821年以来最大，其重现期接近200年。

洛河流域黄土区，50年一遇与200年一遇洪峰流量的比值约为0.68～0.72。仙姑河洪峰流量主要取决于下游的黄土塬区，根据1821年调查洪水成果，该河50年一遇洪峰流量约为830 m3/s～880 m3/s，与推理公式法计算成果基本一致。本次仙姑河出口断面设计洪水推荐采用推理公式法成果，50年一遇洪峰流量835 m3/s，20年一遇洪峰流量627 m3/s,10年一遇洪峰流量461 m3/s。

4 结论

采用多种洪水计算方法，最后以推理公式法计算值作为仙姑河流域设计洪水成果，并与该流域已有洪水调查成果进行对比，说明洪水成果合理。提出的计算方法切实可行，为南沟门水库洛川县城应急供水工程设计提供技术依据，也可为类似工程建设提供参考和借鉴。