潇河综合改革示范区设计洪峰流量的研究

刘 霞

（晋中市潇河流域管理局山西晋中030600）

山西转型综合改革示范区总体形象定位为“三晋业都魅力潇城”，是具有现代气息、产业新区特色的中心区。潇河自东向西贯穿示范区潇河产业园区，潇河生态廊道范围，东至108 国道潇河桥东、西至汾河、南至潇河南路、北至潇河北路，东西长约29 km，南北宽约700 m，面积约28 km2，将是集生态、景观、文化、旅游、休闲等功能为一体的高品位水系廊道，是示范区的精华所在，潇河治理是示范区重要的综合性工程，很大程度上决定着示范区建设的成败。所以，合理确定潇河生态廊道防洪工程的防洪标准及相应设计洪峰流量，对潇河治理具有重要意义。

1 概况

潇河是汾河的第二大支流，是晋中地区最大的河流，发源于山西省昔阳县马道岭，全长147 km，流域面积为3 894 km2，包含了晋中地区的昔阳、寿阳、和顺、太谷、榆次、盂县（部分），太原市的小店区、清徐、阳曲（部分）等九个县区。潇河干流从芦家庄起分白马河（寿阳县方向）和松塔河（昔阳县方向）两支，下游至榆次区北合流村有涂河汇入。潇河流域属大陆性半干旱气候，年平均气温9.7°C，无霜期一般为145 d，多年平均降水量为470 mm，多年平均蒸发量为249 mm。流域内大部分为山区，潇河灌区源涡大坝位于潇河干流出山口进入平川的源涡村，建于1950年，源涡大坝坝址以上流域面积为3 090 km2，灌区有效灌溉面积2.21 万hm2，是一个以洪灌为主，清洪两用，井渠结合的大型自流灌区，渠首引水枢纽源涡大坝由混凝土滚水坝、南北冲沙闸、南北进水闸组成。源涡大坝为灌区1957年设立的观测站，对径流及洪水进行实测，上游有独堆、芦家庄两按国家标准设立的基本水文站，独堆水文站1955年汛后设立，芦家庄水文站1953年设立至今，流域内的水文观测资料较为完整可靠。

松塔水库位于潇河主流松塔河上，2009年开始建设，2011年8月底下闸蓄水，坝址控制流域面积1 174 km2，总库容9 740 万m3；工程主要任务以城市生活及工业供水、水力发电为主，兼顾防洪、灌溉等综合利用；松塔水电站工程包括枢纽工程和供水工程两部分，枢纽建筑物包括大坝、供水发电洞、导流泄洪洞、溢洪道及坝后发电站等，供水工程由榆次供水工程和寿阳供水工程两部分组成；水库每年可向城市生活和工业供水2 200 万m3，同时可增加农业供水量830 万m3，改善潇河灌区灌溉面积1.171 万hm2。

2 历年潇河河道治理的防洪标准及相应设计洪峰流量

综合改革示范区潇河规划水专项部分防洪标准采用100年一遇，相应设计洪峰流量拟分别为晋中段2 422 m3/s、太原段为2 750 m3/s。

2012年完成的距源涡大坝9 km 处的一期潇河河道整治与生态修复工程, 长1.13 km。一期河道防洪大堤按Ⅱ级堤防设计，堤防设计防洪标准为50年一遇洪峰流量1 911 m3/s，计算依据为源涡大坝处1957—2002年间的实测资料及历史调查洪水。

3 影响防洪标准及相应设计洪峰流量推算未考虑的因素

历年潇河河道治理的防洪标准及相应设计洪峰流量计算严重偏大，重现期与实际计算出入较大，可能未考虑以下因素。

3.1 流域下垫面的变化

20 世纪六七十年代起，水库、淤地坝、拦水坝、截潜流等大量水利工程的兴建，使得下垫面发生了较大变化，加之农作物密植高产及植被条件改善，造成潇河流域内产汇流条件发生了重大变化。年径流量、年最大洪峰流量递减下降趋势十分显著，1957年至1966年，年间平均径流量为23 029 万m3，之后随着时间推移不断衰减，近20年来，年间平均径流量仅为3 992 万m3。年最大洪峰流量均值1957年至1966年间为958.4 m3/s，之后52年中年最大洪峰流量为596 m3/s，近20年来年最大洪峰流量均值仅为93.6 m3/s。同时，年最大洪峰流量具有年际间变化幅度随时间推移有明显减少的趋势，1957年至1966年的10年间年径流量与年最大洪峰相关度非常高，1967年后年最大洪峰不再随年径流量波动，年最大洪峰变化幅度逐渐变小趋稳。

潇河洪峰流量观测期可分为1957-1966年间的洪峰高发的异常期，1967-至今为稳定期，1957-1966年间的洪峰高发的异常期存在的下垫面条件已不存在，且不可逆转。

3.2 流域内松塔水库建设对设计洪峰流量的影响

松塔水库下闸蓄水7年多来，水库对上游汛期洪水全部拦蓄，最大蓄水量8 055 万m3，从未达到正常蓄水位（库容9 170 万m3）。松塔水库控制的流域面积占流域总面积的近三分之一，且为潇河流域的主要产流区，水库的运行使得入库洪峰流量与出库下泄洪峰流量发生变化，削减了汛期潇河上游主要支流松塔河的洪峰流量，今后，随着气象预报准确度的提高，经过科学调度，水资源将更有效地服务于当地城市生活和工农业生产，除保障必要的生态用水后，水库调节洪峰流量能力将进一步加强，下泄的洪峰流量也将降低。

3.3 历史特大值的影响

历史特大值对设计洪峰计算起到关键性作用，但以下两点应高度重视，1）历史特大值发生的下垫面条件已发生变化，且为不可逆转，从统计学角度讲，数据应进行系统修正，无法确定可作为参考值而非确定值；2）目前采用的源涡大坝历史特大值，是按上游芦家庄水文站数据采取按流域面积扩大法处理，存在不合理不科学的问题。由于芦家庄以下河道宽深具有较强的蓄留作用，对已有实测数据统计可以发现，大流量洪水情况下源涡大坝洪峰流量大幅小于芦家庄[1]。故应建立数学模型利用上游芦家庄水文站数据结合地形地貌资料科学推演至源涡大坝，而不能简单采用扩大法。

4 综合改革示范区潇河防洪标准及相应设计洪峰流量计算分析

图1 潇河源涡大坝洪峰流量频率曲线图

潇河综合改革示范区生态廊道的起点108 国道潇河桥距离上游的源涡大坝14 km，区间为潇河出山口后冲积平原区，两岸地形平坦，区间河道已经过多年淤积成为地上河，因此河道两侧汇流入河量微弱，洪水主要还是来自源涡大坝以上的山区洪水，再加上河流行进过程中“坦化”衰减，108 国道潇河桥洪峰流量低于源涡大坝处，为安全起见，本次计算分析采用潇河源涡大坝处1957年至2018年62年来的观测资料。

使用皮-Ⅲ型曲线对潇河源涡大坝1957-2018年最大洪峰流量进行频率分析，经计算，62年最大洪峰流量的均值Q=302.5 m3/s，变差系数CV=1.29，考虑到上述洪峰流量的影响因素，适当调整CV 值，使理论频率曲线和经验频率点的下半部贴近，上半部分理论频率曲线适当向下偏离，以适应近50年来潇河河道洪峰流量的实际情况。潇河源涡大坝洪峰流量频率图见图1。

经计算，潇河源涡大坝处100年一遇年最大洪峰流量值1 847 m3/s，50年一遇为1 477 m3/s，20年一遇为1 014 m3/s，10年一遇为693 m3/s。与潇河源涡大坝近50年的实际观测最大值596 m3/s，近20年的实际观测最大值237 m3/s，近10年的实际观测最大值193 m3/s相比，有较大的余度，所以，计算结果还是比较安全的。

5 结语

根据观测资料和管理经验，目前潇河河道的洪峰流量已大幅度衰减，但历年河道治理采用的防洪标准及相应设计洪峰流量严重偏大，防洪标准及相应设计洪峰流量的合理确定对河道治理工程的规模及投资影响非常巨大，山西转型综改示范区潇河产业园区按规划标准断面将在潇河河道建成两条高4～7 m、占地近万亩、投资数十亿的“渠化”防洪大堤，与周边自然景观不协调，有违自然和谐的原则，所以，考虑产汇流条件一致性和松塔水库建设对下游河道洪峰流量的影响，进一步修正防洪标准及相应设计洪峰流量十分必要，以确保计算结果与实际情况相符，避免潇河河道治理工程出现不必要的占地大、投资高、不经济、不生态的后果。