蔚汾河河道洪水計算分析

吳 勇

（山西省水利水電勘測設計研究院，太原 030024）

1 工程概況

蔚汾河[1]是黃河一級支流，地處呂梁山西麓，屬黃土高原東部。發源于嵐縣野雞山西之白龍山，海拔2264m。流經嵐縣大蛇頭、界河口進入興縣經惡虎灘、車家莊、興縣縣城、蔡家崖于碧村張家灣匯入黃河，河流全長81.8km，其主要支流有嵐尾河和南川河。流域總面積1462.55km2，其中：興縣境內流長55km，流域面積1249.11km2，嵐縣境內流長26.8km，流域面積213.44km2。 河床縱坡0.97%，糙率0.04。

蔚汾河流域水文測站有碧村水文站和興縣水文站。碧村水文站位于山西省興縣高家村鄉碧村。該站集水面積1476km2，為黃河水系蔚汾河干流控制站，1955年原為高家村水文站，1958年下遷5km改名為碧村站，于1986年停測后移至興縣縣城。興縣水文站位于興縣車家莊村蔚汾河干流上，該站集水面積650km2，為黃河水系蔚汾河干流控制站。

2 洪水計算

洪水計算斷面處控制流域面積1029km2，距上游興縣水文站15km，距下游碧村水文站20km。設計洪水計算采用洪峰～面積關系和 《山西省水文計算手冊》（以下簡稱“手冊”）[2]分別進行洪水計算，并結合歷史洪水綜合分析后確定洪水成果。

2.1 利用洪峰～面積關系分析[3]

通過對碧村站1956～1985年30年實測洪水系列進行頻率分析，得出碧村站20年一遇設計洪峰流量1631m3/s，50年一遇設計洪峰流量2291m3/s；興縣站1986～2008年23年實測洪水系列進行頻率分析，20年一遇設計洪峰流量556m3/s，50年一遇設計洪峰流量885m3/s，如表1。

表1 洪峰流量計算結果

利用興縣、碧村水文站設計洪水成果點繪洪峰～面積相關曲線如圖1。

圖1 興縣、碧村水文站洪峰～面積相關曲線

2.2 利用《山西省水文計算手冊》分析

2.2.1 特征參數

流域特征參數包括主河道長、流域面積、平均坡度、平均寬度、產匯流地類[4]。洪水計算主要特征參數如表2。

表2 流域特征參數

2.2.2 設計暴雨

根據流域面積大小及暴雨參數等值線圖查得，不同歷時的暴雨均值H和Cv值，計算不同頻率設計點雨量，如表3。

表3 主雨歷時及主雨雨量計算

2.2.3 流域產流

由《手冊》查得不同頻率5%，10%，20%，對應的流域持水度B0，p分別為0.54，0.50，0.5，計算可能損失、凈雨深、產流歷時、損失率和凈雨過程分配。

2.2.4 流域匯流

匯流計算采用《手冊》中綜合瞬時單位線和推理公式進行計算。

（1）瞬時單位線把流域匯流過程假設由n個等效線性水庫串聯體對水流的調蓄過程。把單位凈雨與瞬時匯流曲線相乘稱為瞬時單位線。

匯流地類為灌叢山地、森林山地，β1，β2，α為經驗性指數， 分別取0.047，0.190，0.397；C1為復合地類匯流參數分別取1.257，1.046；C2為單地類匯流參數分別取1.53，0.717。

(2)推理公式匯流計算包括求解洪峰流量Qm、流域匯流時間τ及推理洪水過程線。單一地類匯流參數m取值，灌叢山地取0.15，森林山地取0.08，黃土丘陵取0.35，計算結果如表4。

表4 斷面設計洪峰流量成果

2.3 設計洪水成果的采用

不同方法的設計洪水計算結果如表4，興縣站與碧村站產流地類對比如表5。

表5 產流地類對比

由表5可知，碧村站以上，共有5種產流地類，其中93.6%的變質巖灌叢山地、87.8%的變質巖森林山地、76.9%的灰巖灌叢山地、70.6%的灰巖森林山地4種地類均位于興縣站以上，以上4種地類差異較小；而黃土丘陵溝壑差異較大，碧村站以上黃土丘陵溝壑742.4km2，興縣站以上僅23.4km2，96.8%的黃土丘陵基本上均位于興縣站與碧村站區間。分析可以看出，興縣站和碧村站產流地類差異較大。

本次設計斷面位于興縣站與碧村站之間，控制流域面積1029km2，比興縣站控制流域面積多58%，比碧村水文站控制流域面積少30%。設計斷面以上黃土丘陵溝壑地類面積325km2，比碧村站黃土丘陵溝壑面積742.4km2少417.4km2，比興縣站黃土丘陵溝壑面積23.4km2多301.6km2。通過分析發現，從流域控制面積和產流地類兩方面，設計斷面與興縣站及碧村站差異都比較大，不宜直接采用洪峰～面積關系計算成果。

從歷史洪水來看，蔚汾河1996年發生了較大洪水，干流上有4個斷面的調查值[5]，自上游至下游，分別位于興縣水文站控制流域面積650km2，洪峰流量385m3/s；水磨灘斷面控制流域面積832km2，洪峰流量1630m3/s；南溝門前斷面控制流域面積841km2，洪峰流量1440m3/s；南通斷面控制流域面積974km2，洪峰流量1540m3/s。分析歷史調查洪水數據可以發現，1996年洪水的暴雨中心位于興縣水文站以下，興縣水文站以下斷面的洪水均大于1400m3/s。距離本次設計斷面最近的南通斷面1996年調查洪水1540m3/s，1996年洪水為1956年以來最大，洪水重現期60年。

綜合以上分析，《手冊》與洪峰～面積關系法比較，綜合考慮了流域產匯流條件和機制多方面的因素，計算成果與歷史洪水基本一致，成果合理可靠。

3 結語

本次采用《手冊》中的計算方法，綜合瞬時單位線和推理公式計算結果基本接近，綜合瞬時單位線結果稍大，從工程安全角度考慮，選取綜合瞬時單位線，10年一遇設計洪峰流量635m3/s，20年一遇設計洪峰流量1043m3/s，50年一遇設計洪峰流量1679m3/s較為合適。