滏陽河侯莊分流工程的水文研究

車連常

（河北省衡水市水務局,河北 衡水 053000）

滏陽河侯莊分流工程的水文研究

車連常

（河北省衡水市水務局,河北 衡水 053000）

滏陽河侯莊分流工程是衡水市區防洪保安的關鍵性工程，連接滏陽河與滏陽新河，水文現狀比較復雜，針對兩河洪瀝水遭遇、洪水過程、工程分流的可行性、淹沒面積及分流減災、工程規模等方面進行分析，最終確定工程的建設規模及工程調度運用方案。

滏陽河；分流；水文

1 工程概況

滏陽河過去是子牙河南支的主要行洪、排瀝、航運、灌溉綜合性河道，自滏陽新河建成后，艾辛莊樞紐以下不再承擔主要的行洪任務，而是主要排泄滹滏區間的瀝水。滏陽河蜿蜒曲折自西南向東北穿過衡水市境內，在衡水市境內總長135.7km，在衡水市區長約30km，是一條行洪排瀝河道，5a一遇設計流量150～290m3/s。侯莊分流工程位于桃城區侯莊村南，衡水市區西南，距衡水市主城區約9km，該處滏陽新河左堤與滏陽河右堤間距286m，又有舊工程候莊連接渠可以利用，所以是布置分流工程的最佳地址。工程區域地勢平坦，西南高東北低，地面高程20.5～22.5m。

目前滏陽河設防標準是按照滹滏區間農田排澇標準即5a一遇設防，因此遠不能滿足城市防洪要求。滹滏區間總流域面積6643km2，衡水市區以上3174km2，如遇5a一遇以上降雨，滹滏區間將有大量瀝水涌向市區。衡水市區地勢低洼，且地面不斷沉降，主城區海拔高程僅20m左右，新城區高程18.5～19m，滏陽河從市中心穿過。上游寧晉泊艾辛莊地面高程為28 m，寧晉泊50a一遇設計洪水位29.5m，滯蓄洪水25.34億m3，“63.8”型洪水設計水位31.5 m，滯蓄洪水49.7億m3，洪水寧晉泊至衡水市河道長度74km，直線距離約57km，且在北圍堤留有分洪口門，一旦發生洪水，將直接威脅衡水市區及下游民眾的生命財產安全。為提高衡水市區防洪保安能力，減輕市區及下游洪澇災害的壓力，從落實科學發展觀和保障人民群眾生命財產安全出發，急需在滏陽河市區上游修建防洪減災分流工程，當發生高標準洪瀝水時，將部分洪瀝水分流入滏陽新河或短時間滯蓄在分流工程以上區域。這樣，可以有效保證衡水市區的防洪安全，大大緩解市區及下游的洪澇威脅，減少擴挖整治下游段滏陽河的巨大工程投資。

在滏陽河上修建侯莊節制閘，擋水位按20a一遇設計，為23.21m，設計流量150m3/s；在滏陽新河左堤52+800處新建分流穿堤洞，設計流量120m3/s；擴挖滏陽新河與滏陽河之間的候莊連接渠為分流渠，設計流量120m3/s；在分流渠北岸滏陽新河左堤至節制閘以及滏陽河左岸節制閘至原滏陽河舊堤之間按20a一遇修筑防洪圍堤，形成一道防洪屏障。

項目設計于2010年由河北省水利廳批復，工程正在建設中。

2 水文分析

2.1 滏陽河、滏陽新河洪瀝水遭遇分析

從洪瀝水成因方面分析，河北省中南部地區在較大流域（超過2000km2）發生大量級洪瀝水往往是某些特定天氣系統所形成，如在副高壓北移穩定少動條件下，由西來低槽、黃河氣旋、西南低渦、橫切變或臺風等天氣系統組合，導致滹滏區間和滏陽河流域山區同時出現大量級洪瀝水；中小量級洪瀝水往往是由局部短歷時暴雨形成的，其暴雨發生的隨機性更為明顯，山區、平原各地都有出現的可能。即從暴雨成因分析，滏陽河流域山區大量級洪水與滹滏區間大量級瀝水遭遇的幾率較大，而山區、平原出現較小量級洪瀝水遭遇的幾率較小。

具體分析滹滏區間歷史上實際發生過的較大瀝水，可以看出滏陽河流域洪瀝水遭遇有以下特點：

（1）滹滏區間發生較大瀝水，特別是超過20a一遇的瀝水，往往滏陽河山區洪水也較大，會形成滏陽新河洪水位過高而難于實施滏陽河向滏陽新河分流。例如：1963年8月，滹滏區間發生50a一遇瀝水，滏陽河洪水更大，重現期約250a一遇；1956年8月滹滏區間發生20a一遇瀝水，滏陽河山區出現大于20a一遇洪水。因此滹滏區間出現稀遇的瀝水往往是海河南系發生特大洪水的時期。

（2）滹滏區間出現接近或略小于10a一遇的瀝水，相應滏陽新河洪水量級較小，持續時間也較短。例如1970年滹滏區間出現5a一遇瀝水，衡水市區附近瀝水峰值147m3/s，當時滏陽新河洪水流量僅162m3/s；又如1977年滏陽河出現接近10a一遇瀝水，峰量184m3/s，當時滏陽新河洪水流量為303m3/s；1996年滹滏區間出現不足5a一遇瀝水，滏陽新河洪水不足10a一遇，最大流量僅320m3/s。

按照洪水地區組合的概念分析，將對衡水市構成威脅的瀝水和外河洪水視為一個系統，在“全流域控制”的前提下分析洪瀝水組合，在總體出現10a或20a一遇洪瀝水的前提下，以“滹滏區間瀝水設計、滏陽新河洪水相應”分析洪水地區組成，則滏陽新河洪水的量級不會太大。

2.2 滏陽新河水文分析

2.2.1 設計情況

參照《子牙河流域防洪規劃報告》，經復核分析，滏陽新河工程段設計洪水成果見表1。

表1 滏陽新河侯莊分流工程段設計洪水成果

2.2.2 補充分析

本次在原有設計洪水成果的基礎上，對20a、10a一遇洪水進行了補充分析計算。

滏陽新河設計洪水主要源于艾辛莊樞紐的下泄洪水，而艾辛莊站設計洪水計算的范圍從最南部的滏陽河干流至北部的洨河共計12條河流，分為山區、平原兩大區域，其中山區包括實測控制站山區及無控制站山區，100m等高線以下為平原。由于艾辛莊以上流域范圍較大、河流較多，上游河道出山口后進入下游平原地區，下游河道標準較低，一般為5～10a一遇，當遇較大洪水時，各河道洪水互相串流，漫地行洪，且山區洪水與平原瀝水互相遭遇，洪水的流勢、流態非常復雜，因此只能利用非恒定流理論模擬艾辛莊洪水的泄流過程。

采用二維水流數學模型的方法進行艾辛莊洪水的模擬，該模型的理論基礎是平面二維水動力學模型，主要將模型計算區域以上各河道徑流過程與計算區域內的降雨產、匯流過程，分別以上開邊界條件和面源、沿程旁側入流形式結合起來融入水動力學模型。

經推算，該處滏陽新河洪水位成果見表2。

表2 滏陽新河侯莊分流工程段補充洪水分析成果

2.3 滏陽河水文分析

參照《衡水市城市防洪規劃》分析計算成果，并進行復核，成果見表3。

表3 滏陽河侯莊分流工程段洪水分析成果

2.4 洪水過程分析

根據實測資料分析洪水過程。

歷史上，滏陽河流域發生較典型洪瀝水的年份有1956，1963，1970，1977，1996年。根據實測資料，1956年8月滏陽河流域發生洪水，暴雨發生在7月29日至8月6日，主要暴雨發生在8月初，暴雨主要區域在沙河、南北洺河、滏陽河等河流的上游區域，至8月11日洪峰到達衡水市區附近，歷時約220h。“63.8”洪水滏陽河山區主要暴雨發生在8月3～5日，暴雨主要區域在沙河、南北洺河、泜河等河流的上游區域，滏陽河衡水站8月12日出現最大洪峰流量14500m3/s，洪峰行程歷時約220h。1970年滏陽河上游平原及滹滏區間同時出現約5a一遇洪瀝水，降雨時段在7月28～31日，主要降雨時段在7月31日，主要降雨區域在威縣、新河、寧晉泊、老漳河等靠近艾辛莊的附近平原區域，滏陽河衡水市區附近8月2日瀝水峰值147m3/s，8月1日滏陽新河艾辛莊洪水流量l80m3/s，這次降水由于主要在滹滏區間及滏陽河上游附近平原，洪峰行程短，歷時約90h。1977年滏陽河上游流域及滹滏區間同時出現接近10a一遇瀝水，降雨時段在7月25～28日期間，主要降雨時段在7月26日，7月28日17點20分滏陽河衡水站出現最大峰量184m3/s，歷時約70h；8月1日18點03分滏陽新河艾辛莊站出現最大洪峰，流量為303m3/s，歷時約170h。 “96.8”洪水源于滏陽河流域山區降雨，主要暴雨發生在8月2～4日，滏陽新河艾辛莊站8月7日0時出現最大洪峰流量320m3/s，歷時約120h；滏陽河艾辛莊閘8月9日8時最大流量131m3/s，滏陽河大西頭閘8月11日11時最大流量91.7m3/s，洪峰行程87.81km，歷時51h，總歷時約220h，其間沒有滹滏區間瀝水匯入。洪水過程與降雨區域、降雨強度及洪峰行程有關，其中行程為決定因素，一般來講，滏陽新河控制的滏陽河上游流域洪峰行程歷時長，滹滏區間洪峰行程歷時短，在這方面，1977年具有典型代表性。滏陽河及滏陽新河洪水過程歷時分析詳見表4。

表4 滏陽河及滏陽新河洪水過程歷時分析

由表4可知，①滏陽新河主要對應上游山區高標準洪水，洪峰行程長，洪峰到達侯莊分流工程處的歷時約178h；②滏陽河主要對應滹滏區間瀝水，該區間洪峰行程短，到達侯莊分流工程處的歷時約64h；③當滏陽新河上游、滹滏區間同時出現較高標準洪瀝水時，侯莊分流工程處滏陽河洪峰較滏陽新河洪峰早到達約120h，侯莊分流工程可利用該時段進行分流。

2.5 工程分流的可行性分析

根據上述分析，當滏陽新河上游先期發生洪水時，滏陽河在滏陽新河行洪時分流的可能性不大。當滏陽新河、滏陽河上游同期發生洪水時，當同為10a一遇以下標準時，滏陽河可以向滏陽新河分流；當洪澇標準同在10a一遇至20a一遇時，可以相機分流；當洪澇標準同在大于20a一遇時，由于滹滏區間洪峰行程短，滏陽新河上游洪水需要先在上游洼地（永年洼、大陸澤、寧晉泊）滯蓄，在滏陽新河洪峰到達前，有約120h時間可以搶時機分流。當滹滏區間先期發生洪瀝水時，滏陽河向滏陽新河分流是肯定的。根據多年實測資料，滹滏區間與滏陽新河上游流域相關系數較高，發生同期洪瀝水的機遇多，但可以充分利用滹滏區間洪峰先期到達的時間差（120h），搶時機分流。

3 淹沒面積及排水減災

經計算分析，當衡水市上游滹滏區間發生20a一遇標準洪水時，上游淹沒面積250.32km2，最大淹沒水深1.8m，其中淹沒水深大于1.5m的面積為20.24km2，淹沒水深在0.5～1.5m范圍的面積為146km2，淹沒水深小于0.5m的面積為84.08km2，總滯蓄水量約1.8億m3。經測算，淹沒范圍內河道、溝渠、坑塘、洼地可滯蓄水量約0.5億m3。如果分流流量達到設計的120m3/s，滏陽河侯莊節制閘可以正常下泄150m3/s，則最多需要5.5d就可排除澇水。如果沒有分流工程，按滏陽河可以正常下泄150m3/s計算，則需要10d排除澇水。由此可見，分流工程可以大大減輕洪澇災害損失程度，起到排水減災、保障城市安全的作用。

4 工程規模分析確定

（1）當滹滏區間發生10a一遇瀝水時，滏陽河衡水市區上游洪瀝水流量為210m3/s，市區排水流量30m3/s，如滏陽河下游不頂托，該標準洪瀝水流量可以通過滏陽河市區下泄而不分流。但如果下游發生頂托，在市區段水位不超地面的情況下，滏陽河能夠通過的下泄流量120～160m3/s，10 a一遇瀝水時可以向滏陽新河分流，分流流量為50～90m3/s，因此在滏陽河下游頂托條件下，分流量規模不宜小于90m3/s。

（2）當滹滏區間發生20a一遇瀝水時，衡水市上游洪瀝水流量為280 m3/s，市區排水流量為40m3/s，此時由于下游的頂托影響，滏陽河排瀝流量只能達到150m3/s，在能夠相機向滏陽新河分流的條件下，要求分流量達到170m3/s。為了減少工程量和投資，適當發揮侯莊節制閘以上河道的滯蓄功能，比選了分流流量100，120，150m3/s3個方案，各方案上游的淹沒水深及淹沒面積變化不是很大。因此本次在滿足10a一遇的分流規模前提下，并適當考慮20a一遇，盡量減少上游的淹沒損失，綜合分析選定分流規模為120m3/s。

根據上述分析，確定侯莊分流工程處滏陽河不同標準的流量和水位技術指標，見表5。最終確定侯莊節制閘（滏陽河）設計流量為150m3/s，分流渠道及分流穿堤涵洞（滏陽新河）設計流量為120m3/s。

表5 滏陽河衡水市侯莊分流工程處不同標準水位流量匯總

5 分流調度

（1）當僅滹滏區間發生較高標準洪瀝水，而滏陽新河不行洪時，滏陽河通過節制閘控制下泄流量不超過150m3/s，其余通過分流渠分流入滏陽新河。

（2）當滏陽新河、滏陽河上游同期發生20a一遇以下洪水時，滏陽河侯莊節制閘控泄流量為150m3/s，其余相機分流。

（3）當兩河洪澇標準同期大于20a一遇時，由于滹滏區間洪峰行程短，滏陽新河上游洪水需要先在上游洼地滯蓄，在滏陽新河洪峰到達前搶時機分流。當滏陽新河洪峰到達，且內河水位接近外河水位時，關閉分流穿堤洞，只通過滏陽河泄洪，剩余來水暫在閘上滯蓄，待滏陽新河洪峰過后，水位降至滿足分流要求時，打開穿堤洞閘門分流。

參考資料：

［1］河北省水利水電第二勘測設計研究院、衡水市水利勘察設計院.衡水市城市防洪規劃［R］.2007.

［2］河北省水利水電第二勘測設計研究院.子牙河流域防洪規劃報告［R］.2006.

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1672-9900（2011）03-0014-03

2011-03-17

車連常（1957—），男（漢族），河北景縣人，正高級工程師，主要從事水利規劃設計工作，（Tel）18903181131。