府谷縣黃甫鎮防洪工程設計洪水分析

張繼斌

（陜西省府谷縣水土保持監督站，陜西 榆林 719499）

1 概況

皇甫川位于府谷縣東部，流域在縣內分布有3個鄉鎮38個行政村，總人口2.6萬人。皇甫川是府谷縣的主要農業區，同時皇甫川川道開闊，河谷兩側土地礦產資源豐富，是府谷縣最大的，也是最有發展前景的土地資源開發區。太家溝段位于黃甫鎮上游右岸，現為耕地，有少數小型廠礦企業，是黃甫鎮的核心發展帶；藺家灣段位于藺家灣村，緊鄰皇甫川工業區，人口較密集，沿線都有群眾房屋和耕地，此段右岸無任何防洪工程。因此，實施府谷縣十里長川黃甫鎮段防洪工程迫在眉睫，意義重大。

2 堤防現狀及存在問題

經現場調查，黃甫鎮已成堤防主要位于太家溝段右岸R1+878～R3+054 m處，長度1176 m，由當地村民經歷多年分次建成的；該段堤防的現狀特征：內、外側均無砌護，堤身填筑物為含礫中、細砂，現狀堤防高度1.6～2.0 m，頂寬3.5～4.0 m。本次勘察發現該段堤身存在的問題主要有：堤身高度、寬度不一，大部分堤段堤身單薄，防洪標準低；迎水坡無砌護，局部堤坡有隆起、坡腳有少量崩塌現象，上下游不封閉，基本無防護能力。根據陜西省中小河流治理規劃，規劃治理黃甫鎮太家溝村和藺家灣村，綜合治理長度為5.30 km。要想確保工程安全建設，需對黃甫鎮兩處工程點的洪水及施工期洪水進行分析計算。

3 流域概況及洪水成因分析

3.1 流域概況

皇甫川流域位于黃河中游河口鎮至龍門區間的右岸上段，屬黃河一級支流，發源于內蒙古自治區達拉特旗南部敖包梁和準格爾旗西北部的點畔溝一帶，流經內蒙和陜西，在陜西省府谷縣下川口匯入黃河。干流長137 km，河道平均比降2.7‰，流域面積3241 km2。皇甫川流域水系主要由干流皇甫川（干流沙圪堵以上稱為納林川）和支流十里長川組成。干流沙圪堵以上河道長70 km，流域面積1351 km2；十里長川河道長75 km，流域面積702 km2，由內蒙古碾子灣入陜西省府谷縣境內，經古城鎮沙坪注入皇甫川。皇甫川在十里長川入口以上的流域面積為2260 km2，加入十里長川之后的流域面積為2962 km2。流域水系、水文站和本次工程位置見圖1。

3.2 暴雨洪水成因分析

皇甫川屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候，年平均降雨量在330～430 mm之間，降水分布總的趨勢是由東南向西北遞減。降雨量年內分配極不均勻，雨量主要集中在汛期，占年雨量的77%～82%，汛期雨量又多集中在7、8月份，占年雨量的52.6%～59.2%。流域內實測最大日降水量156.4 mm，發生在1972年，最大15分鐘降水量106 mm，發生在1989年。皇甫川流域暴雨最明顯的特征是：歷時短。籠罩面積小，強度大，年紀變化大。

皇甫川的洪水只要是由暴雨形成，7月～8月出現最多，具有來勢兇猛，陡漲陡落，歷時短，含沙量大，峰型尖瘦，短時巨量，洪枯流量相差懸殊等特點。全年來水來沙多集中于一次或者幾次洪水過程中。一次洪水過程約為1天，主峰時段約12h～24 h。

3.3 歷史洪水分析

據調查發現，皇甫川1929年發生了特大洪水，洪峰流量為7100 m3/s。實測系列內特大洪水有1989年（洪峰流量為11600 m3/s），1972年（洪峰流量為8400 m3/s）。1929年距今近80年，因此將1989年的洪水重現期定為80年，1972年的洪水重現期為40年。1929年調查洪水僅供參考，其洪峰流量的定量有待進一步研究，所以該場洪水不推算洪峰流量。

4 皇甫川洪水分析

皇甫水文站設在皇甫川干流上，站址在府谷縣黃甫鎮黃甫村，下至黃河口14 km，控制流域面積為3175 km2。該水文站1954年建立，觀測項目包括：降雨量、蒸發量、徑流量、暴雨洪水過程、含沙量以及河道斷面變化等，觀測資料較為完整。皇甫水文站實測最大洪水流量為11600 m3/s（1989年7月21日），8400 m3/s（1972年7月19日），最小流量是0 m3/s；調查最大洪水有 5100 m3/s（1945年）、7100 m3/s（1929年）。本次規劃工程太家溝位于皇甫水文站上游50 m，藺家灣段與皇甫水文站相距也很近。皇甫川水文站實測資料全面真實的反應了本區洪水的變化規律，所以直接用該站實測資料用水文比擬法進行洪水分析。

4.1 不同頻率洪峰流量分析

皇甫水文站實測系列有1954年～2009年共56年實測洪水資料，并收集了2012年7月21日洪水流量，最大流量4730 m3/s，與10年一遇洪峰流量相近，故將其并入實測洪峰流量系列。大洪水有1989年、1972年，一般洪水有1979年、1996年，枯水年有1965年、2007年。即皇甫水文站56年洪水系列中包含有大、中、小水以及豐、平、枯時段的各種來水組合，實測洪水系列資料代表性較好，能滿足本次洪水頻率計算的需要。

根據皇甫水文站1954年～2009年共56年洪水資料，并加入2012年洪水流量（洪峰流量4730 m3/s），按不連續系列進行頻率計算。洪峰流量計算時，將1989年洪水和1972年洪水提出作為特大值處理，1989年洪水重現期為80年，1972年洪水重現期為40年。特大洪水洪峰流量的經驗頻率按公式PM=計算，用矩法估算統計參數初始值，并經過皮Ⅲ型曲線目估適線，在適線時著重考慮中上部較大洪水點據，適當考慮下端較小洪水點據，確定出頻率曲線見圖2。求得不同頻率洪峰流量，見表1。并將府谷縣其他防洪工程歷次設計成果列入表中進行比較。

圖2 皇甫站洪峰流量頻率曲線圖

表1 皇甫水文站設計洪水計算成果比較表

通過比較，本次10年一遇洪峰流量計算成果與府谷縣古城鎮、麻鎮、黃甫鎮防洪工程10年一遇洪峰流量計算成果基本相同，府谷縣十里長川古城鎮、麻鎮、黃甫鎮防洪工程通過了陜西省水利廳的評審，所以本次10年一遇洪峰流量計算是合理的。

4.2 太家溝段不同頻率洪峰流量分析

太家溝位于府谷縣皇甫水文站上游50 m，工程控制流域面積與皇甫水文站控制流域面積基本相同，水文站實測資料全面真實的反應了本區洪水的變化規律。所以洪峰流量計算成果采用皇甫水文站實測成果，具體數值見表2。

表2 設計流域下段不同頻率洪峰流量計算成果表

4.3 工程區藺家灣段不同頻率洪峰流量分析

藺家灣段位于皇甫水文站下游4 km，下至黃河口10 km。工程控制流域面積為3219.5 km。本次工程區與皇甫水文站相距很近，控制面積相差不大，所以以皇甫水文站作為參證站，采用水文比擬法計算設計流域下段不同頻率洪峰流量。計算公式如下：

式中：Q設為工程區下段設計洪峰流量，m3/s；Q參為皇甫水文站設計洪峰流量，m3/s；F為項目區下段控制流域面積，3219.5 km2；F參為皇甫水文站控制流域面積，3175 km2。

通過計算，設計流域下段不同頻率洪峰流量見表2。

4.4 工程段支溝洪峰流量分析

前太家溝是工程區所在太家溝段的一個支溝，該支溝流域面積呈扇形，流域面積為2.11 km2，支溝平均比降為43.7‰，溝道長為1.91 km。支溝設計洪水采用推理公式法和經驗公式法，經計算，推理公式法10年一遇洪水為20 m3/s，20年一遇洪水為24.3 m3/s；經驗公式法10年一遇洪水為42.8 m3/s，20年一遇洪水為52.3 m3/s，兩者計算成果相差較大。前太家溝流域面積為2.11 km2，經驗公式法適合小匯水面積的設計洪峰流量，從工程安全角度考慮，本次推薦采用經驗公式法計算成果。

4.5 施工分期設計洪水

根據皇甫川洪水季節變化特點和施工組織設計需要，需分析計算不同季節的洪水流量。皇甫站多年平均徑流量1.37×108m3，其中汛期6月～9月徑流量1.12×108m3，占全年的81.79%。非汛期10月～次年5月徑流量0.249×108m3，占全年的18.21%。年最大洪峰流量都發生在汛期6月～9月，所以6月～9月的分期洪水與年最大洪水相同。對皇甫站歷年10月～次年5月洪水進行頻率分析，得到不同頻率的洪峰流量，根據《府谷縣十里長川古城鎮、麻鎮、黃甫鎮防洪工程初步設計報告》（已通過陜西省水利廳評審），報告中計算出皇甫站歷年10月～次年5月不同頻率的洪峰流量，本次參考報告中的計算成果，按水文比擬法計算出工程區相應頻率洪峰流量，皇甫站及工程區分期洪水不同頻率洪峰流量見表3。

表3 皇甫站及工程區施工分期洪水成果表 單位：m3/s

5 結語

由于缺乏完整的堤防工程，使得皇甫鎮頻遭洪水災害，嚴重制約了當地社會經濟的可持續發展。為減少洪水災害，加快府谷縣沿河鄉鎮經濟發展，改善居民生活條件，促進新農村建設，規劃建設府谷縣黃甫鎮段防洪工程，本次防洪工程共分為太家溝和藺家灣兩段。在分析皇甫川河道概況及洪水特性的基礎上，以皇甫水文站為參評站，采用多種方法計算設計流域不同頻率洪峰流量：太家溝和藺家灣10年一遇洪水分別為4960 m3/s、5006 m3/s，20 年一遇洪水分別為 7040 m3/s、7106 m3/s。其主汛期洪水較大，10年一遇洪水分別為4960 m3/s、5006 m3/s，建議最好非汛期進行施工建設。