劉玉龍

（遼寧省水利事務(wù)服務(wù)中心，沈陽 110003）

0 引 言

遼寧省已基本形成由大中型水利樞紐和堤防組成的防洪工程體系和由洪水預(yù)報預(yù)警、調(diào)度等手段組成的非工程措施，在防御大洪水中發(fā)揮了重要作用，但遼寧省主要河流仍存在防洪薄弱環(huán)節(jié)。開展中小河流行洪能力研究，分河段確定河道現(xiàn)狀行洪能力、平灘流量、堤腳流量和警戒水位、保證水位等，識別河流薄弱環(huán)節(jié)，進而聯(lián)合水庫科學(xué)調(diào)度、充分發(fā)揮現(xiàn)有防洪工程體系的作用、形成較完備的防洪減災(zāi)決策體系是十分必要的。本文以遼寧省草河為例，分析其行洪能力，為中小河流流域系統(tǒng)治理和防汛工作提供支撐。

1 基本情況

草河是鴨綠江支流愛河的最大支流，發(fā)源于本溪縣草河掌鎮(zhèn)劉胡嶺，流經(jīng)草河城鎮(zhèn)、弟兄山鎮(zhèn)、劉家河鎮(zhèn)、雞冠山鎮(zhèn)，在鳳山鄉(xiāng)小嶺后附近納金家河，在草河鄉(xiāng)門家堡子附近納南大河后，于草河鄉(xiāng)花家堡子注入愛河，如圖1 所示。草河全長144.0 km，流域面積2 216.01 km2，整個流域形狀呈上寬下窄的扇形。草河干流防洪保護區(qū)保護目標主要包括丹東鳳城城市段、上游農(nóng)村段、下游農(nóng)村段，防洪體系以堤防、現(xiàn)狀高地為主，干流現(xiàn)狀堤防長18.19 km，防洪標準為10 年一遇至30 年一遇。草河流域在鳳城市草河鄉(xiāng)保衛(wèi)村設(shè)有草河水文站，集水面積1 865 km2。

圖1 草河流域示意圖

2 設(shè)計暴雨洪水分析

2.1 設(shè)計暴雨洪水分析思路和主要控制點

本次設(shè)計暴雨洪水分析思路和基本假定。假定計算區(qū)域降水均勻分布；假定面降水與洪水同頻；假定前期影響雨量為定數(shù)。草河流域干流水文站和主要控制點包括：頭道溝匯入前斷面、二道溝匯入前斷面、鄭家堡斷面、張家堡斷面、林東溝匯入前斷面、五道嶺溝匯入前斷面、金家河匯入前斷面、金家河匯入后斷面、南大河匯入前斷面、草河水文站及草河河口。

2.2 設(shè)計面暴雨推求

根據(jù)遼寧省降水特性分析，一次降雨過程持續(xù)時間多數(shù)為1～2 d，最長為3 d，大暴雨歷時一般為24 h，故本次分析草河流域暴雨歷時確定為24 h。

本次設(shè)計面暴雨推求假定雨洪同頻。防洪斷面或區(qū)間24 h 設(shè)計面暴雨采用《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計暴雨洪水計算方法》計算，即由等值線圖查得降水參數(shù)，通過點面折減得到不同重現(xiàn)期的設(shè)計面暴雨。

2.3 設(shè)計洪水推求

草河流域暴雨發(fā)生在6—9 月，大暴雨多在7—8 月，造成草河暴雨的天氣系統(tǒng)有臺風(fēng)、氣旋（江淮、華北、黃海氣旋）、副熱帶高壓邊緣的輻合擾動和高空槽等，特大暴雨往往由2種以上天氣過程遭遇而成。草河為山區(qū)性河流，強烈而集中的暴雨會形成陡漲陡落的洪水過程。

不同斷面設(shè)計洪水推求方法不同，300 km2以下控制斷面的設(shè)計洪水采用《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計暴雨洪水計算方法》及草河水文站面積比的2/3 次方推求并進行對比分析，其他控制斷面采用草河水文站面積比的2/3次方推求。

2.4 不同量級降水對應(yīng)的洪水推求

已知各洪水頻率（P）設(shè)計面暴雨及各重現(xiàn)期設(shè)計洪水成果，依據(jù)暴雨與洪水同頻的假定，若某一量級的面降水在2 個重現(xiàn)期面降水量之間，內(nèi)插相鄰重現(xiàn)期的洪水，得到不同量級降水對應(yīng)的洪水，并記錄不同量級降水對應(yīng)的重現(xiàn)期。草河各斷面設(shè)計洪水及流域設(shè)計面暴雨成果見表1、表2。

表1 草河各斷面設(shè)計洪水流量成果表

表2 草河流域設(shè)計暴雨成果表mm

3 河勢演變分析

3.1 平面演變分析

對2000年、2012年及2020年草河河道進行平面套繪，根據(jù)河道平面變化，分析草河的演變規(guī)律，并定性分析兩河的演變趨勢，如圖2 所示。根據(jù)草河的平面演變特性可將草河自上游至下游大致分為2 段：第1 段為河源至鳳城城區(qū)上邊界，河彎眾多，河道彎曲系數(shù)達1.9，河寬較窄，平均河寬約40 m。河道在山谷中穿行，兩岸受山體約束，平面形態(tài)穩(wěn)定。第2段為鳳城城區(qū)上邊界至河口，河道相對于上游段較順直，河道彎曲系數(shù)為1.2，河道有所拓寬，平均河寬約250 m。受兩岸堤防及山體控制，河道平面擺動較??；2000年和2012年主槽平均寬度均約為150 m，由于在河道內(nèi)取料修建兩岸城區(qū)段堤防，致使主槽拓寬，2020 年主槽平均寬度拓寬至大約250 m。

圖2 草河河道平面套繪圖

3.2 橫向演變分析

由于缺少草河歷年河道大橫斷資料，無法進行河道橫向套繪分析和縱向套繪分析，目前可以借鑒分析的資料僅有草河水文站的多年斷面測量結(jié)果。將草河水文站的歷年橫斷面進行套繪分析，草河水文站橫斷面河道橫向無擺動，演變主要表現(xiàn)在縱向上，如圖3 所示。1985—2010 年，河道主槽演變較小，演變主要為河道灘地的下切，1994 年和2010年河道灘地較1985年下切了約0.6 m。

圖3 草河水文站橫斷面套繪圖

3.3 河道演變趨勢分析

草河為典型的山區(qū)河道，河道在山谷中穿行，受兩岸山體約束，河道平面演變很小。同時由于河床組成顆粒較大，抗沖刷能力強，加之攔河壩、漫水橋等攔跨河建筑物的存在使得草河河道的橫縱向演變會進一步變緩。鳳城城區(qū)段以下由于修建堤防取料造成主槽拓寬，河道演變受人為干擾較大，堤防現(xiàn)已建成，河道將會以緩慢回淤為主?？傮w上，草河河道演變緩慢，河勢較為穩(wěn)定。

4 河道行洪能力分析

4.1 現(xiàn)狀行洪能力復(fù)核

本次草河現(xiàn)狀行洪能力復(fù)核計算范圍為草河河源至河口，河長144.0 km；地形資料采用2020 年實測的河道斷面資料，計算采用橫斷面共146 個；根據(jù)實地查勘，草河現(xiàn)狀如圖4 所示，結(jié)合草河河床形態(tài)、河床組成及河流彎曲情況，參考《水力計算手冊》，河道糙率取綜合糙率0.028～0.032。本次行洪能力復(fù)核2 年一遇、5 年一遇、10 年一遇、20 年一遇、30 年一遇、50 年一遇洪水設(shè)計流量，共計6 個組合，水力計算上邊界來流采用頭道溝斷面相應(yīng)頻率流量，下邊界起點水位采用愛河、草河入?yún)R口水位流量關(guān)系插值水位作為起點水位。計算方法采用一維恒定流數(shù)學(xué)模型計算，即MIKE11 河流模型（水動力學(xué)模型）。

圖4 草河河道現(xiàn)狀圖

4.2 堤防行洪能力現(xiàn)狀分析

河源—鳳城城市段涉及本溪縣和鳳城市農(nóng)村段，僅右岸弟兄山鎮(zhèn)陳家村有一段堤防，堤長2 km，規(guī)劃防洪標準為20年一遇，經(jīng)復(fù)核，現(xiàn)狀防洪標準不到5年一遇。其余無堤段規(guī)劃防洪標準10年一遇，涉及村屯共80個，其中已達標村屯35個，未達標村屯45個。鳳城城市段兩岸現(xiàn)狀均有堤防，主城區(qū)段規(guī)劃防洪標準為30年一遇，其余段為20年一遇，堤防現(xiàn)狀均已達標。鳳城城市段—河口規(guī)劃防洪標準為10年一遇，左岸現(xiàn)狀有連續(xù)堤防，右岸無堤，兩岸均已達到規(guī)劃防洪標準。草河行洪能力現(xiàn)狀基本情況見表3，其中，左岸河源—夏家堡子堤段、右岸河源—陳家村堤段和教家滾水壩—新民砬子溝堤段，因區(qū)間匯入支流較多，設(shè)計流量變化較大。

表3 草河行洪能力現(xiàn)狀基本情況表

4.3 薄弱環(huán)節(jié)段分析

根據(jù)草河行洪能力復(fù)核成果，草河防洪薄弱環(huán)節(jié)主要為草河右岸弟兄山鎮(zhèn)陳家村段堤防。本段堤防堤長2 km，規(guī)劃防洪標準為20年一遇，相應(yīng)設(shè)計流量1 934 m3/s，經(jīng)復(fù)核，由于下游攔河壩阻水，現(xiàn)狀過流能力僅為606 m3/s，防洪標準不到5 年一遇。同時，草河無堤段有45 個村屯位置偏低，受洪水威脅嚴重。

5 特征水位確定

5.1 特征水位確定方法

警戒水位按河段確定，通常不分岸別，主要參照岸灘情況及堤防狀況確定。本次警戒水位綜合考慮灘唇高程、堤腳高程和堤內(nèi)灘地地面高程等因素，河段警戒水位采用80%斷面上灘流量對應(yīng)觀測點的水位為河段警戒水位。

保證水位確定方面，有堤段保證水位應(yīng)為其堤頂高程減掉堤頂超高后的數(shù)值，無堤段保證水位應(yīng)為灘地重要保護目標如居民區(qū)等地面高程減掉0.5 m 波浪爬高后的數(shù)值。堤段保證水位應(yīng)為其代表段堤防能夠安全下泄的最小洪峰流量所對應(yīng)的觀測點處水位，即本堤段所有堤防在觀測點超過此水位前均可保證其防洪安全。如果僅是某個斷面所在位置較短、河段的堤頂高程不足，造成該斷面保證流量小于設(shè)計值，由于可通過堤防養(yǎng)護、汛期搶險等措施提高該段行洪能力，因此不以該斷面的保證流量作為該河段的保證流量。

5.2 特征水位確定結(jié)果

根據(jù)草河水力計算成果，得到各計算斷面水位—流量關(guān)系圖，各觀測點防汛特征水位及相應(yīng)流量確定成果見表4。結(jié)合各斷面實測斷面資料，確定各斷面警戒水位及對應(yīng)流量，根據(jù)控制河段內(nèi)各斷面警戒流量成果，綜合確定河段警戒流量，并利用此警戒流量反查觀測點斷面水位—流量關(guān)系線，最終確定河段警戒水位。保證水位確定方法與警戒水位確定方法基本相同，區(qū)別在于河段保證流量應(yīng)取該河段各計算斷面的最小保證流量，進而反查觀測點斷面水位—流量關(guān)系線，最終確定河段保證水位。

表4 草河特征水位觀測點及其對應(yīng)特征水位成果表

6 結(jié)論與建議

近年來，受氣候變化等不利因素影響，中小河流流域降雨集中，暴雨洪水常發(fā)。應(yīng)及時開展中小河流行洪能力分析，識別流域防洪薄弱環(huán)節(jié)，為流域系統(tǒng)治理和防汛工作提出有效措施。

建議加快實施草河堤防欠高段加高培厚，提高流域防洪能力；補充建設(shè)水文基礎(chǔ)設(shè)施，強化預(yù)報預(yù)警能力；對不達標村屯加強預(yù)警預(yù)報，加大巡查力度，及時組織臨河居民撤離，確保安全。大洪水過后、河段防洪工程和河道地形發(fā)生較大變動后，要組織人員對河道防洪能力進行復(fù)核校正，保證防汛指揮決策數(shù)據(jù)準確。