延安主城區河道行洪能力分析

宋 兵

延安是中國革命的圣地和國家歷史文化名城，是陜北政治、經濟、文化的中心，改革開放以來，經濟建設取得了令人矚目的成就。經濟的飛速發展，為延安的城市建設注入了活力，延安市區地處延河之濱，鳳凰山、清涼山、寶塔山三山環抱，受地理條件限制，城市發展多沿河流川道進行，加之近多年來延河上新建了大量的橋梁、堤防、河濱公園等涉河工程，原有的河床河貌發生了變化，致使城區河道行洪能力也相應發生改變。因此，搞清現狀下延安主城區河道行洪能力是非常必要的。

1 延河概況

延河為黃河右岸一級支流，發源于陜西省靖邊縣天賜灣鄉周山南麓，經安塞縣鐮刀灣鄉楊石寺村附近進入延安境內，自西北流向東南，經安塞、寶塔、延長等縣（區），于延長南河溝鄉涼水岸匯入黃河。延河全長286.9 km，流域面積7725 km2，平均比降3.3‰。市內河長248.5 km，市內面積7321 km2，主要支流有杏子河、坪橋川、西川河、南川河、蟠龍川等。

根據河谷發育形態，延河可以劃分為三段：上游段，河源至化子坪，河谷狹窄多呈V形，河床最窄處寬度近10 m左右，最寬處不過80 m，河道平均比降6.7‰，河道彎曲度較大；中游段，化子坪至甘谷驛，長114.8 km，為延河主要河段，河谷明顯展寬，平均寬度達600 m；下游段，甘谷驛至河口，長110.4 km，在火焰山至河口的20 km內，河谷陡然變窄，河寬僅30～100 m，形成典型的陡壁峽谷。

2 延安城區防洪標準

依據《防洪標準》（GB50201-2014）、《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017）、《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）及《延安市城市防洪總體規劃》、《延安市城市防洪工程初步設計報告》等有關規范和主管部門批復防洪規劃成果，延安城區延河干支流段近期按30年一遇洪水設防，遠期于干流上游安塞真武洞修建以防洪為主的龍安水庫，提高延安城區段延河干流的防洪標準至100年一遇洪水標準。

3 行洪能力分析范圍

本次延河主城區河道行洪能力分析范圍涉及延河干流、西川河和南川河，具體范圍為：延河干流楊家灣大橋至羅家坪大橋段，長約9.27 km；西川河鄧家溝橋至延河入匯口段，長約2.2 km；南川河干流高苑橋至延河入匯口段，長約2.5 km。

4 設計洪水

延河干流延安城區段設有延安水文站，控制流域面積3208 km2，有1959～2015年共57年的洪水資料。支流西川河設有棗園水文站，控制流域面積719 km2，有自1971～2015年共45年實測洪水系列。

延河干流延安城區段設計洪水計算工作因規劃設計和工程建設需要，以往曾進行過多次。2003年陜西省水利電力勘測設計研究院編制《延安市城市防洪工程初步設計報告》，對該段設計洪水進行了詳細分析論證，并由黃委會批準實施。2013年我院編制的《陜西省重要支流延河防洪治理工程（延安城區段）初步設計報告》中，在省院2003年計算成果的基礎上，再次對延河干流延安城區段設計洪水進行了補充分析，該報告中計算成果通過了水利部水規總院、陜西省水利廳的審查。鑒于延河延安城區段設計洪水涉及延河規劃、堤防建設和河道管理等多方面因素，為保持前后時期設計洪水成果的統一，本次計算該段設計洪水仍采用我院2013年“延河防洪治理初設”成果。延河干流延安城區段不同頻率設計洪水成果詳見表1。

西川河、南川河段設計洪水以棗園站為參證站，按面積比擬法計算，其中南川河集水面積為扣除上游林區的面積。成果詳見表1。

表1 延安主城區段延河干支流設計洪水成果表

5 水面線計算

5.1 計算公式

采用河道恒定非均勻流能量方程式進行計算河道天然水面線。計算公式為：

式中：Z為斷面水位，m；V為斷面平均流速，m3/s；α為動能修正系數；hf、hj分別為沿程水頭損失和局部水頭損失，m。

5.2 計算依據

（1）計算斷面

計算斷面采用實測的河道橫斷面資料。根據河道實際情況，斷面布設主要遵循：考慮水面線的變化，盡量使分段內水面坡度接近一致，避免斷面的大小、形態發生急劇變化；布置斷面時要結合橋梁的位置和特點，設置橋前斷面。

（2）河道糙率

河道糙率與河道形態、河床質組成、植被、河道流量、河道中是否有阻水建筑物等有關。本次計算河道糙率通過試糙法對實測洪水進行擬合得到，經分析，延河干流糙率變化在0.024～0.033之間，支流糙率變化在0.03～0.035之間，城區段河道已基本“渠槽化”，堤線順直，斷面規則，不存在嚴重阻水現象，河道糙率延河干流取0.030，支流取0.033。

5.3 水面線成果

本次水面線計算根據確定的計算參數，利用美國陸軍工程兵團水文工程中心開發的HEC-RAS水面線計算程序，從下游起始斷面逐斷面進行推算，得到城區各河段天然水面線。各分析段水面線成果見表2～4。

表2 延河干流段水面線成果表

表3 西川河段水面線成果表

表4 南川河段水面線成果表

6 河道行洪能力分析

延安市城區段河道上修建了眾多的橋梁工程，這些橋梁對河道行洪存在一定程度的影響，根據相關規范，一般來說橋梁的防洪標準要高于河道堤防的防洪標準，延安市區跨河道橋梁的防洪設防標準一般不低于五十年一遇，發生三十年一遇設計標準洪水時，橋梁會產生一定壅水，但壅水高度很小，本次行洪能力分析不考慮橋梁壅水的影響。

在進行河道行洪能力分析時，通過點繪三十年一遇洪水水面線和河道左右岸堤頂高程線套圖，對比分析水面線高程與堤頂高程的高低關系得出相應河段是否能通過三十年一遇洪水的結論。堤防超高延河干流按1.0 m計，支流西川河和南川河按0.8 m計。延河干流、西川河、南川河分析河段30年一遇洪水水面線與河道左右岸堤頂高程線對比圖詳見圖1～圖3。

圖1 延河干流段水面線與堤頂高程對比圖

圖2 西川河段水面線與堤頂高程對比圖

圖3 南川河段水面線與堤頂高程對比圖

從水面線與堤頂高程線對比圖中可以看出：

（1）延河干流分析段發生30年一遇設計洪水時，左岸約70%的堤段、右岸約60%的堤段可以滿足行洪要求，部分堤段不滿足行洪要求，河道總體防護能力偏低。

（2）西川河分析段右岸多為天然山體，左岸為堤防工程，本段堤防基本滿足30年一遇設計洪水的行洪要求，部分河段堤防安全超高不足。

（3）南川河分析段在發生30年一遇設計洪水時，南川河河口處干支流洪水遭遇，干流洪水頂托支流洪水形成一定范圍的回水區，該段部分堤段的堤頂高程不夠行洪要求。

7 結語

通過本次計算，初步了解了延安主城區河道行洪能力現狀，隨著延安城市建設的發展，延安主城區各類涉河建設項目逐漸增多，為下一步的城市防汛、河道整治、繪制淹沒圖等都提供了重要參考。本次計算未考慮城區河道上眾多橋梁對行洪的影響，下階段應詳細考慮橋梁等河道建筑物對于行洪的影響。