渭河二華夾槽地區“退田作湖”防洪對策水量分析

2016-07-19 07:12:18孫少軍晁代文梁林江

陜西水利 2016年1期

◎孫少軍　晁代文　袁　崢　梁林江

◎孫少軍晁代文袁崢梁林江

◆作者系陜西省江河水庫管理局高級工程師

1　概述

渭河下游南山支流堤防隱患多、質量差，又呈南高北仰中間低之勢[1]。長期以來二華夾槽河段防洪處于“反復加固堤防”而又“反復出險潰決”這一洪災頻發的狀況，為改變這一被動局面，在“給洪水以出路”、“洪水風險分治”、“與洪水和諧相處”、“洪水資源化利用”等新治水新理念指導下，尋求主動，改變二華夾槽地區防洪應對對策[2]。

根據獨立隨機事件的加法定理，干支流分治能有效降低洪水風險，且經過分析，區域地形具備分、蓄滯洪建湖條件，據此提出了“退田作湖”防洪對策，包括兩個蓄洪湖泊防洪方案：華陰湖方案和五湖方案[3]。水量分析是“退田作湖”防洪對策可行性分析必不可少的重要環節。

2　蓄洪湖泊防洪方案

2.1方案一（華陰湖方案）

華縣境內南山支流20年一遇（P=5%）支流洪水洪量2445萬m3，大湖方案蓄滯洪地形條件也有一定限制，各支流出流控制與導流工程措施難度大，區內人口密集，移民工作量大，難以實施；且各鄉（鎮）村目前由支流進行排水，易造成湖區污染，短期內難以有效措施改變；初步分析與實地考察表明華縣大湖方案暫不可行。

在華陰地形適宜，設想湖區移民可能接受，華陰設置一個大湖方案初步分析基本可行，該方案稱為“華陰湖”方案。

2.2方案二（五湖方案）

為防止南山支流堤防決口，造成重大災害，在支流之間地勢低洼、無村莊的區域通過合理設置湖泊，在支流堤防適當位置設置分洪閘，在發生超標準洪水時主動打開分洪閘分蓄滯洪水，避免超標洪水造成不確定位置決堤的重大損失，保護村莊和人民群眾生命安全，變被動防洪為主動防洪，分別在二華夾槽地帶在每兩條支流之間蓄洪建湖，具體為石堤河湖泊、羅紋河湖泊、方山河湖泊、羅夫河湖泊、柳葉河至長澗河湖泊。該方案稱為“五湖方案”。

3　湖泊防洪作用及其穩定水量

分析多年平均、各頻率（豐、平、枯）條件下入湖南山支流來水變化情況，湖泊來水、耗水（取用水、滲漏、蒸發等）、排水情況，及各種條件下湖泊蓄水量變化情況。

3.1南山支流徑流、洪水計算

3.1.1南山支流年徑流量計算分析

羅夫堡站設計年徑流量推求采用1956～2010年共55年實測資料。對理論頻率曲線統計參數均值、變差系數Cv、偏態系數Cs均采用矩法公式計算，Cs值按與Cv值取倍比試算，并通過適線加以確定。經過適線，羅夫堡站理論頻率曲線統計參數均值為3540 萬m3，Cv值為0.50，Cs/Cv=2.5。以羅夫堡站為參證站，根據流域面積進行綜合分析推求赤水河、遇仙河、石堤河、羅紋河、構峪河、方山河、柳葉河、長澗河、白龍澗多年平均、豐水（P=25%）、平水（P=50%）、枯水（P=75%）徑流量見表1。

表1　南山支流各河設計年徑流量成果表　單位:萬m3

3.1.2南山支流設計洪峰流量計算

羅夫堡站設計洪峰流量推求采用1955年～2010年共56年實測資料，歷史洪水僅用1901年歷史調查洪水。對理論頻率曲線統計參數均值、變差系數Cv、偏態系數Cs均采用矩法公式計算，Cs值按與Cv值取倍比試算，并通過適線加以確定。均值及Cv值分別按連續系列和不連續系列進行考慮。經過適線，羅夫堡站理論頻率曲線統計參數均值為68.9，Cv值為1.25，Cs/Cv=3.0。

通過羅夫堡站洪水頻率曲線查得P=1%、P=2%、P=5%、P=10%設計洪水。以羅夫堡站為參證站，根據流域面積進行綜合分析推求赤水河、遇仙河、石堤河、羅紋河、構峪河、方山河、柳葉河、長澗河、白龍澗P=1%、P=2%、P=5%、P=10%設計洪水成果見表2。

表2　南山支流各河設計洪水成果表單位:m3/s

表3　倍比值成果表

表4　華陰南山支流量大五日洪量計算表

表5　“華陰湖”年可利用水量計算表　單位:萬m3

表6　五湖方案各湖泊年可利用水量計算表　單位:萬m3

經過對水文計算成果合理性分析和典型（羅夫堡站1998年）洪水進行分析，所得洪水計算成果合理，典型洪水對南山支流具有較好的代表性。

3.2二華地區多年平均降雨量、蒸發量統計分析

根據二華地區華縣及羅夫堡雨量站的資料可知：多年平均降雨量分別為521.5mm、651.3mm，連續最大四個的降雨量占全年降雨量分別為60.6%、59.2%，空間分布規律為由南向北遞減；多年平均水面蒸發量為1016.88mm、1123.0mm，空間分布是北部平原區大于山區，從年內分布上看，六七月份蒸發量最大。

3.3地下水位變化及下滲分析

由《黃河三門峽水庫區地下水位年鑒》中的1960年～1985年華縣、華陰市渭河一級階地地下水位表可知，1974年～1985年華陰市渭河一級階地多年平均地下水位為330.77m，1960年～1985年華縣渭河一級階地多年平均地下水位為343.91m，按目前華縣渭河一級階地平均地面高程345.92m，平均埋深為2.01m；按目前華陰市渭河一級階地平均地面高程333.10m，平均埋深為2.33m。

湖區補給地下水的滲透量為來水量或湖區容量與滲透系數的乘積，當年徑流來水量小于湖區容量時，則為來水量與滲透系數的乘積，當徑流來水量大于湖區容量時，則為湖區容量與滲透系數的乘積。根據《陜西省地下水資源評價》及《關中地區水資源合理開發利用與生態環境保護》資料，關中地區滲透系數除以補給地下水為目的的庫塘外，滲透系數為0.07～0.243。連續干旱年地下水位低，地表水下滲劇烈，而降水豐富的年份地下水位高，地表水下滲微弱。

3.4南山支流引水情況

鑒于華陰市工業區布局、農業灌溉和居民生活用水情況，南山支流地表水是目前華陰市重要的用水來源。根據華陰市水務局有關資料，四條河多年平均引水總量接近1400萬m3左右，其中，羅夫河多年平均引水量約為1300萬m3，包括工業取水1200萬m3，主要用水企業為秦嶺電廠，農業灌溉70～100萬m3；柳葉河（主要是其支流仙峪河）年均取水80～90萬m3，包括工業取水30萬m3，主要用水企業為博華制藥廠等企業，農業灌溉取水40～50萬m3；長澗河年均取水10萬m3，主要用水企業為華山索道公司。石堤河、羅紋河、方山河三條支流的引水根據資料估計年水量為100萬m3。

3.5南山支流湖泊可利用水量計算

（1）方案一（華陰湖方案）

華陰南山支流洪水以羅夫堡站洪水資料進行分析，選取典型（1998年）洪水進行重點分析。考慮到羅夫河屬山區性河道，洪水陡漲陡落，而本工程防洪后果主要受南山支流洪水期洪量和洪峰流量控制，因此，本次計算采用同倍比放大法。

通過對1998年羅夫河洪水的分析，最大洪峰流量340m3/s，對本次洪水進行放大，從而得到設計洪水過程，計算的倍比值見表3。通過對典型洪水的放大，得到P=2%、P=5%、P=10%設計洪水過程線。

以羅夫堡站為參證站，根據流域面積分別推求華陰支流最大五日洪量見表4。即“華陰湖”設計蓄水量為0.445億m3，平均水深6.7m。

根據前面計算的華陰方山河、羅夫河、柳葉河及長澗河四條支流平均、豐水（P=25%）、平水（P=50%）、枯水（P=75%）徑流量，考慮“華陰湖”下滲、蒸發、降雨及引長等因素，經計算四種情況下，“華陰湖”還有可引用的水量結果見表5。由表可知：四個水平年對應的可利用水量均滿足“華陰湖”正常蓄水要求。

（2）方案二（五湖主案）

南山支流洪水歷時一般較短，洪水過程線呈陡漲陡落，峰值一般歷時不超過3小時，按分洪歷時3小時計算各湖泊分洪洪量。根據前面計算的石堤河、羅紋河、方山河、羅夫河、柳葉河及長澗河六條支流平均、豐水（P=25%）、平水（P=50%）、枯水（P=75%）徑流量，考慮湖泊下滲、蒸發、降雨及引長等因素，經計算四種情況下，各湖泊還有可引用的水量結果見表6。由表可知即使是枯水年，各湖泊仍有足夠的水量滿足正常蓄水要求。