勃牛川支流河段工程水文分析

郑树明，郑 凯，张会涛，陈泉志

（黄河水利委员会中游水文水资源局，山西晋中030600）

勃牛川支流河段工程水文分析

郑树明，郑 凯，张会涛，陈泉志

（黄河水利委员会中游水文水资源局，山西晋中030600）

窟野河一级支流悖牛川下游，为神府煤矿开发的中心区域，区内经济发展迅速，经济发展对河道整治的要求亦愈迫切。文中依据悖牛川下游王家店至倪家沟段河道整治需要，对悖牛川水文情况进行了探讨。通过分析计算，提出该河段整治措施的标准。

悖牛川支流；河段；水文分析

1 基本概况

1.1 流域概况及工程段河流概况

勃牛川系黄河支流窟野河的一级支流，发源于内蒙古准格尔旗铧尖乡神仙豁子与塔拉壕乡交界处，由陕西省神木县店塔镇的房子塔与乌兰木伦河汇合后成为窟野河。流域面积2 274 km2，干流全长108.6 km，平均比降0.393%，其中新庙以上1 527 km2，河长68.3 km，河床比降0.33%；新庙以下面积747 km2，河长40.3 km，河床比降0.333%。流域地貌类型为黄土丘陵区，地形支离破碎，沟壑纵横，植被差，水土流失严重。

整治河段位于勃牛川下游左岸王家店至倪家沟，整治段河道长8.05 km，工程起点（上游）处流域面积1 857.97 km2，末端（下游）处流域面积1 956.41 km2。该段河段河谷宽为360～900 m，岸坡高60～ 80 m，河谷内地势平坦，河床宽缓呈弯曲状，河床顺水势左右摇摆频繁，主河道宽50～80 m，漫滩宽度一般在50～250 m，最宽处可达500 m，滩面高出河床0.5～3 m。

1.2 河段径流泥沙

根据新庙水文实测资料，采用水文比拟法计算王家店铁路大桥（工程起点）以上、木房沟沟口以上、许家沟沟口以上和小何沟沟口以上的多年平均径流量分别为：0.9685亿m3、0.992 2亿m3、1.005 8亿m3和1.019 8亿m3。多年平均输沙量分别为：1 476.56万t、1 512.71万t、1 533.32万t和1 554.79万t。

2 河堤工程水文分析

2.1 水文分析计算

2.1.1 参证站水文分析

1）统计参数稳定性分析。差积曲线法：差积曲线的形式为Σ（Ki—1）～T，Ki为各年最大洪峰流量的模比系数。新庙站差积曲线为多峰型。可以看出，差积曲线随着历时变化有多个丰枯变化周期，这种系列具有较好的代表性。

最大洪峰流量差积曲线图

2）均值、变差系数与历时关系分析。正时序和逆时序累加计算年最大洪峰流量均值和变差系数值，正时序计算当N大于29年时，均值变化范围在1 357～1 819 m3/s之间，Cv值变化在1.09～1.27之间，统计参数逐渐趋于相对稳定；逆时序计算，当N大于32年时，均值变化范围在1 075～1 376 m3/s之间，Cv值在1.09～1.17之间，统计参数逐渐趋于相对稳定。

2.1.2 参证站峰量计算

洪峰流量计算选样方法采用年最大法，即在每年选取最大一个洪峰流量作为频率分析计算的样本。

最大洪峰流量变差系数Cv与历时关系图

按照（SL44—2006）《水利水电工程设计洪水计算规范》推荐的方法，根据矩法计算出来的统计参数，采用P－Ⅲ型曲线进行适线。求得新庙站不同频率洪水成果及统计参数。结合黄委和陕西省水利厅审查通过的规划和设计计算成果，选择合理安全的计算成果，见表1。

表1 勃牛川流域新庙站洪峰流量频率计算成果表 m3/s

从上表结果《矿区规划》采用的资料系列为1966—2010年，与本次设计采用的资料系列1966—2014年基本接近，计算的成果也差异较小，说明《矿区规划》计算成果也较为合理，介于安全起见，采用《矿区规划》设计洪水计算成果作为工程设计的依据。

2.1.3 防洪工程设计洪水

工程所在区段的设计洪水采用水文面积比拟法计算，计算公式为：

Q设=（F设/F参）n×Q参

经计算，勃牛川东岸王家店至倪家沟河堤工程各段的设计洪水成果，见表2。

3 河堤工程水位计算

3.1 防洪标准

河段内除自然村庄外，有神（木）～准（准格尔旗）地方铁路，属于国家Ⅱ级铁路。根据（GB50201-2014）《防洪标准》规定，Ⅱ级铁路的防洪标准20～50年一遇，确定该工程设计标准为20年一遇洪水，相应的工程级别为4级。

表2 王家店至倪家沟河堤工程各段的设计洪水成果表

3.2 河堤水位计算

3.2.1 计算断面的选择

根据堤防工程堤线布设，根据各段堤距宽度的不同，分别选择12个断面，各断面要素见表3。

表3 水文计算断面要素表

3.2.2 断面水位及水面曲线计算

根据堤防工程各段堤距，采用曼宁公式计算在设计洪水条件下的水力要素，绘制控制断面的水位～流量关系，依据各断面流量查算出控制断面的设计洪水位，然后采用能量守恒方程按全断面计算水面线，其公式为：

推求出神木县悖牛川下游郭家湾大桥～石窑店段防洪工程各段的设计洪水位。

4 堤防冲刷及基础埋深

根据GB50286-2013《堤防工程设计规范》，水流对岸坡的冲刷与近岸流速、水深、水流方向与岸坡的夹角、河床组成等因素有关，冲刷深度按下式计算：

根据上式计算干流堤坊设计河段冲刷深度为2.14～2.88 m。

根据堤防冲刷深度计算成果，结合河岸的地质情况，确定河段河堤基础埋深为0.5～3.5 m。

4 结语

1）该段堤防工程的设防标准20年一遇洪水，符合《防洪标准》要求，河堤堤距为220～300 m，堤防工程建成后，虽然河道洪水位增高了，但有坚固的堤防控制，洪水流路通畅、平顺，避免了天然情况下洪水四处漫溢、河槽忽宽忽窄的现象，对河道行洪更加有利。

2）堤防工程水文分析计算资料系列可靠，计算方法合理，计算结果可靠。

3）防洪工程是国家公益性事业工程，能直接减轻洪水的淹没和毁坏损失，保障沿河两岸居民生产、生活安全。工程的建成将提高两岸的防洪标准，避免洪水灾害。

［1］孙庆财，黄玉臣.吉林省山洪灾害特点及防治措施研究［J］.东北水利水电，2015，（4）：41-44.

[收稿日期]2016-08-03

TV12

B

1002－0624（2016）11－0036－03

2016-05-10

表2 兴城市各流域（水文、水库站）典型频率设计（实测）洪峰流量与流域面积表

典型频率洪峰流量/（m3· s-1）1 % 2 % 5 % 1 0 %白庙子河 流域出口 2 7 . 0 0 4 3 7 3 6 8 2 7 0 2 0 4邓家屯河 流域出口 2 9 8 . 5 7 2 5 4 1 2 0 8 2 1 4 9 2 1 1 1 5花营河 流域出口 1 0 5 . 4 0 1 1 4 9 9 6 0 6 7 7 4 9 8刘河 流域出口 6 . 4 1 1 3 3 1 1 3 8 4 6 4女儿河 流域出口 1 2 2 . 7 8 1 3 0 2 1 0 7 8 7 7 9 5 8 0响水河 流域出口 1 1 2 . 2 7 1 3 4 2 1 1 2 2 8 1 6 5 9 7烟台河 流域出口 1 6 . 8 8 3 2 3 2 7 2 1 9 9 1 4 9杨郊河 流域出口 1 8 0 . 1 9 1 6 2 0 1 3 4 8 9 6 3 7 2 1杨树沟河 流域出口 2 9 . 9 8 4 5 8 3 9 0 2 8 5 2 1 5张发河 流域出口 8 1 . 0 5 9 6 8 7 9 7 5 9 0 4 3 6兴城河 兴城水文站 5 5 5 . 0 0 2 8 0 0 2 2 8 0 1 6 1 0 1 1 2 0流域名称 断面位置 流域面积/ k m2备注2 0 % 1 2 3推理公式法计算结果小凌河 乌金塘水库 9 4 0 . 0 0 4 1 9 0 3 8 7 0 3 3 3 0 2 2 4 0 6 4 7 2 8 6 3 9 3 3 6 3 5 3 8 9 . 2 4 1 9 1 2 7 2 5 6 6 9 0 实测流量资料频率计算结果资料系列：1 9 5 7—2 0 0 6年小凌河《小凌河流域规划》8 3 7

由表2可以看出：这次推理公式计算出的典型频率设计洪水与实测资料频率计算结果，成统一系列，可认为推理公式计算的设计洪峰流量合理。