董霞

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，太原 030024）

桑干河干流河道治理水文分析

董霞

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，太原 030024）

山西省桑干河地處大同盆地，為穩(wěn)定河勢(shì)、疏通河道、提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，擬對(duì)桑干河干流河道進(jìn)行治理，闡述了桑干河干流各段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法及計(jì)算成果，為桑干河干流河道治理提供參考依據(jù)。

河道治理；防洪標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)洪水

1 基本情況

1.1 流域概況

桑干河是山西省第二大河流，發(fā)源于寧武縣管涔山廟兒溝，屬海河流域永定河水系，由上游源子河、恢河及七里河在朔城區(qū)馬邑匯合后為桑干河，流經(jīng)朔州市的朔城區(qū)、山陰縣、應(yīng)縣、懷仁縣，在懷仁縣古家坡附近進(jìn)入大同市，沿途經(jīng)過(guò)大同縣、陽(yáng)高縣，于陽(yáng)高縣的尉家小堡附近進(jìn)入河北省后匯入永定河。

桑干河全長(zhǎng)241km，控制流域面積1.77萬(wàn)km2，其中山西境內(nèi)流域面積1.72萬(wàn)km2。沿途有木瓜河、黃水河、大峪河、渾河、御河等主要支流匯入［1］。

1.2 歷次治理情況及現(xiàn)狀河道存在問(wèn)題

新中國(guó)成立后，在桑干河支流上興建了一些中小型水庫(kù)，如渾河上的鎮(zhèn)子梁水庫(kù)、御河上的趙家窯水庫(kù)，使桑干河干流上的洪水標(biāo)準(zhǔn)得到了提高。沿河兩岸的群眾在河道治理上也做了一些防護(hù)工程，但大都以鄉(xiāng)村為利益的護(hù)村、護(hù)地工程，沒(méi)有對(duì)河道進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃治理，大部分地段防洪標(biāo)準(zhǔn)不足5年一遇。

20世紀(jì)70年代初期，原雁北地區(qū)成立了桑干河上游治理指揮部。在朔縣東榆林村（現(xiàn)屬朔州市朔城區(qū)管轄）附近興建東榆林水庫(kù)，一定程度上削減了洪峰，降低了下游的洪災(zāi)損失，在御河匯入口至固定橋的右岸做了一段堤防工程，但仍對(duì)河道沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的規(guī)劃治理。

目前河道存在的主要問(wèn)題：①河道淤積嚴(yán)重，河床抬高，主槽萎縮，行洪能力降低，河道行洪能力不足5年一遇；②河道擺動(dòng)范圍大，河勢(shì)多變，河槽遷徙不定，危及兩岸村莊及沿河耕地的安全；③河道一直沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的規(guī)劃及堤防建設(shè)，個(gè)別地段修建的防護(hù)工程因年久失修破壞嚴(yán)重；④人為設(shè)障現(xiàn)象十分嚴(yán)重，河灘地種植侵占河道，高灌取水口下游設(shè)壩阻礙行洪。

為穩(wěn)定河勢(shì)、疏通河道、提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，減少泥沙下泄，保證桑干河沿岸人民生命財(cái)產(chǎn)安全，改善沿岸居民生存質(zhì)量，需要對(duì)桑干河干流進(jìn)行河道治理。

1.3 工程概況

山西省桑干河干流河道治理工程始于太平窯水庫(kù)壩下，終于與河北省交界的尉家小堡，治理段河道長(zhǎng)148.68km（不包括東榆林水庫(kù)庫(kù)區(qū)9.2km和冊(cè)田水庫(kù)庫(kù)區(qū)32.32km）。

治理段根據(jù)河道的地理特征和主要支流源子河、黃水河、渾河、御河的匯入位置劃分為7段：

（1）太平窯水庫(kù)壩下至源子河匯入前，河道長(zhǎng)12.1km，縱坡0.16%。

（2）源子河匯入后至東榆林水庫(kù)庫(kù)尾，河道長(zhǎng)8.3km，縱坡0.07%。

（3）東榆林水庫(kù)壩下至西朱莊，黃水河支流匯入前，河段長(zhǎng)53.90km，縱坡0.06%，區(qū)間有支流木瓜河自左岸匯入。

（4）西朱莊至新橋，渾河支流匯入前，河段長(zhǎng)36.24km，縱坡0.05%，區(qū)間有大峪河自左岸、黃水河自右岸匯入。

（5）新橋至吉家莊（朔州大同交界），御河支流匯入前，河段長(zhǎng)18.56km，縱坡0.04%，區(qū)間有口泉河自左岸、渾河自右岸匯入。

（6）吉家莊至冊(cè)田水庫(kù)庫(kù)尾，河段長(zhǎng)5.18km，縱坡0.15%，區(qū)間有御河自左岸匯入。

（7）冊(cè)田水庫(kù)壩下至?xí)x冀兩省交界處的尉家小堡，河段長(zhǎng)14.40km，縱坡0.17%。

2 水文分析

2.1 基本資料

山西境內(nèi)桑干河干流上設(shè)立的水文站有4處，即羅莊、西朱莊、固定橋和冊(cè)田水庫(kù)。

羅莊水文站位于東榆林水庫(kù)壩下游570m處，1952年設(shè)站，1958年撤銷，1964年恢復(fù)至今，控制流域面積3434km2。

西朱莊水文站位于東榆林水庫(kù)壩下游52.5km的應(yīng)縣西朱莊村附近，測(cè)站上游1.0km處為黃水河匯入口，1958年設(shè)站時(shí)為屯兒水文站，1977年上遷4km后改名為西朱莊，控制流域面積0.67萬(wàn)km2。

固定橋水文站建于1961年，1962年停測(cè)，1972年恢復(fù)至今，為冊(cè)田水庫(kù)的入庫(kù)站，控制流域面積1.58萬(wàn)km2。

2.2 調(diào)查洪水及重現(xiàn)期確定

根據(jù)《永定河流域規(guī)劃》、《水文統(tǒng)計(jì)》、《山西省洪水調(diào)查成果表》、《雁北地區(qū)水文實(shí)用手冊(cè)》、《山西省暴雨洪水規(guī)律研究》資料及收集到的部分歷史洪水資料，羅莊、西朱莊站調(diào)查到的1896年洪水為近100多年來(lái)的最大值，羅莊站1896年洪水為2972m3/s；西朱莊站1896年及1922年兩次調(diào)查洪水分別為2943，2152m3/s。1896年洪水重現(xiàn)期按110年考慮；西朱莊站1922年調(diào)查到的洪峰值2152m3/s，與實(shí)測(cè)系列1967年洪峰流量2000m3/s相差不多，未按歷史洪水處理。

固定橋調(diào)查到的1801年洪水為最近200余年來(lái)最大洪水，洪峰流量7250m3/s，其重現(xiàn)期按200年考慮；1896，1871年洪水洪峰流量分別為5140，4800m3/s，分別為1801年以來(lái)第二位和第三位洪水。

2.3 資料系列的插補(bǔ)延長(zhǎng)及一致性處理

桑干河干支流上建有東榆林水庫(kù)、冊(cè)田水庫(kù)，在支流渾河上建有鎮(zhèn)子梁水庫(kù)、恒山水庫(kù)，御河上有趙家窯水庫(kù)，口泉河上有下米莊水庫(kù)、十里河上有十里河水庫(kù)、恢河與七里河匯合處建有太平窯水庫(kù)，另有一座旁引水庫(kù)薛家營(yíng)水庫(kù)等8座大中型水庫(kù)。

東榆林水庫(kù)于1970年10月興建，1978年底竣工，是一座閘壩型水庫(kù)，汛期采取空庫(kù)度汛的運(yùn)行方式。

鎮(zhèn)子梁水庫(kù)于1958年興建，當(dāng)年攔洪蓄水。

恒山水庫(kù)于1958年興建。

趙家窯水庫(kù)于1960年興建。

下米莊水庫(kù)于1958年興建，1961年竣工。

十里河水庫(kù)于1973年興建。

太平窯水庫(kù)始建于1957年，1958年攔洪。

現(xiàn)大部分中型水庫(kù)于20世紀(jì)60年代初開(kāi)始攔洪蓄水，由于各中型水庫(kù)缺乏入庫(kù)洪水資料，無(wú)法進(jìn)行還原計(jì)算，故本次洪水分析采用60年代初水庫(kù)基本建成或以后的洪水，以求得資料系列的統(tǒng)一，即采用系列為經(jīng)過(guò)上游各水庫(kù)調(diào)蓄以后的系列，可直接用于工程設(shè)計(jì)。

羅莊、西朱莊、固定橋水文站位于桑干河干流河道上，本次設(shè)計(jì)洪水采用三站資料進(jìn)行分析，如前所述洪水資料系列統(tǒng)一采用1960～2002年43年系列，其中羅莊站1960～1963年無(wú)實(shí)測(cè)資料，采用羅莊與西朱莊兩站洪峰流量相關(guān)進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)［2］，如圖1。

圖1 羅莊、西朱莊洪峰關(guān)系

固定橋是冊(cè)田水庫(kù)的入庫(kù)站，1961年改站，1960年用下游水文站尉家小堡實(shí)測(cè)資料代替，其中1962～1971年用冊(cè)田水庫(kù)蓄水量與出庫(kù)流量資料反推峰量值，同時(shí)結(jié)合上游各支流相應(yīng)來(lái)水過(guò)程綜合選定洪峰流量。1979年冊(cè)田水庫(kù)入庫(kù)最大流量1230m3/s，系東榆林水庫(kù)垮壩流量之相應(yīng)值，為非天然雨洪關(guān)系值，故選用其他場(chǎng)次最大流量計(jì)算。

2.4 洪水頻率分析

根據(jù)個(gè)別站插補(bǔ)后的1960～2002年43年洪峰流量系列，進(jìn)行頻率分析，線型采用P—Ⅲ型［3］，適線時(shí)以實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)為主，歷史洪水為自然洪水偏大，適線時(shí)作為參考。羅莊水文站同時(shí)分析了河渠綜合與河道洪水兩種頻率，頻率計(jì)算成果如表1，頻率曲線如圖2～圖4。

表1 桑干河河道水文站洪峰流量頻率分析成果

圖2 羅莊（河道）洪峰流量頻率曲線

圖3 西朱莊洪峰流量頻率曲線

圖4 固定橋洪峰流量頻率曲線

由表1看出，均值自上游向下游遞增，符合流域的產(chǎn)匯流規(guī)律，而西朱莊Cv值突出，可能是調(diào)節(jié)水庫(kù)集中在西朱莊以下（5座）及羅莊以上（2座），而羅莊—西朱莊無(wú)一調(diào)節(jié)水庫(kù)之故。固定橋洪水受西朱莊來(lái)水影響，但支流有5座水庫(kù)調(diào)節(jié)，故Cv值小于西朱莊Cv值。具體從1963年及1967年兩次大洪水得到證實(shí)。

2.5 治理河段劃分

治理河段的劃分考慮兩方面因素：①以面積較大的一級(jí)支流作為分段的界線，分別選取源子河、黃水河、渾河、御河；②對(duì)較為特殊河道斷面也作為分界點(diǎn)，如冊(cè)田水庫(kù)壩址、羅莊引水樞紐等。

根據(jù)以上原則將治理段分為7段，自上而下為:①太平窯壩下至源子河匯入前；②源子河匯入后至東榆林水庫(kù)庫(kù)尾；③東榆林水庫(kù)壩下（羅莊）～西朱莊；④西朱莊至新橋；⑤新橋至吉家莊（朔州大同交界）；⑥吉家莊至冊(cè)田水庫(kù)庫(kù)尾；⑦冊(cè)田水庫(kù)壩下至?xí)x冀兩省交界處的尉家小堡。

2.6 防洪標(biāo)準(zhǔn)確定

本次工程治理段從太平窯水庫(kù)壩下至兩省交界處，經(jīng)過(guò)朔城區(qū)、山陰縣、應(yīng)縣、懷仁縣、大同縣、陽(yáng)高縣，防護(hù)對(duì)象為沿河兩岸的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村莊，防護(hù)區(qū)的耕地面積不足2萬(wàn)hm2，防護(hù)區(qū)人口9.2萬(wàn)。根據(jù)本區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和GB50201—94《防洪規(guī)范》及GB50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，防洪標(biāo)準(zhǔn)取為10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

2.7 各段干流設(shè)計(jì)洪水

為計(jì)算各段的設(shè)計(jì)洪水，根據(jù)羅莊（河道）、西朱莊、固定橋水文站的設(shè)計(jì)洪峰流量繪制了Qm～P～F關(guān)系曲線［4］，如圖5。由圖5關(guān)系計(jì)算羅莊以下下游段不同頻率的洪峰流量，計(jì)算成果如表2。

羅莊以上流域基本同屬山區(qū)，其水文特性接近，故將羅莊水文站設(shè)計(jì)洪峰流量按面積比擬法［5］進(jìn)行計(jì)算。

圖5 羅莊（河道）、西朱莊、冊(cè)田水庫(kù)（固定橋水文站）洪峰、面積關(guān)系

表2 羅莊以下各段河道設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果

式中Q設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)斷面洪峰流量（m3/s）；Q水文站為水文站洪峰流量（m3/s）；F設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)斷面控制流域面積；F水文站為水文站控制流域面積；n為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，羅莊—固定橋P=10%～20%，n值0.48，其間流域面積平原區(qū)比重較大，故羅莊以上山區(qū)n取0.5。

經(jīng)計(jì)算羅莊以上設(shè)計(jì)洪峰流量成果如表3。

表3 羅莊以上治理段斷面設(shè)計(jì)洪水成果

3 結(jié)語(yǔ)

闡述了桑干河干流上各段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法及計(jì)算成果，該成果將為桑干河干流河道治理工程中治導(dǎo)線劃分及堤防設(shè)計(jì)提供重要參考依據(jù)。

［1］李英明，潘軍鋒，李力.山西河流［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.

［2］潘軍鋒，裴群，李力，等.山西省水文計(jì)算手冊(cè)［K］.河南：黃河水利出版社，2011.

［3］SL44—2006，水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范［S］.

［4］王燕生.工程水文學(xué)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，1991.

［5］梁忠民.水文水利計(jì)算［M］.北京：水利電力出版社，1993.

Hydrologic analysis of Sanggan River channel regulation

DONG Xia
（ShanxiResearch Institute of Investigation&Design ofWater Conservancy&Hydropower，Taiyuan 030024，China）

Sanggan River in Shanxi Province is located in Datong basin.To stabilize the river regime，dredge waterways and improve the flood control standard，we proposed tomanage the stream of the Sanggan River channel.This paper ex-pounds design flood calculation method and calculation results of the sanggan river trunk stream paragraphs，the results provide reference basis for the Sanggan River channelmanagement.

river regulation；flood control standard；design flood

P33

B

1672-9900（2015）01-0030-04

2014-11-05

董霞（1982-），女（漢族），山西清徐人，工程師，主要從事水文與水資源規(guī)劃工作，（Tel）15834013384。