延安主城區(qū)河道行洪能力分析

宋 兵

延安是中國(guó)革命的圣地和國(guó)家歷史文化名城，是陜北政治、經(jīng)濟(jì)、文化的中心，改革開放以來，經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了令人矚目的成就。經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，為延安的城市建設(shè)注入了活力，延安市區(qū)地處延河之濱，鳳凰山、清涼山、寶塔山三山環(huán)抱，受地理?xiàng)l件限制，城市發(fā)展多沿河流川道進(jìn)行，加之近多年來延河上新建了大量的橋梁、堤防、河濱公園等涉河工程，原有的河床河貌發(fā)生了變化，致使城區(qū)河道行洪能力也相應(yīng)發(fā)生改變。因此，搞清現(xiàn)狀下延安主城區(qū)河道行洪能力是非常必要的。

1 延河概況

延河為黃河右岸一級(jí)支流，發(fā)源于陜西省靖邊縣天賜灣鄉(xiāng)周山南麓，經(jīng)安塞縣鐮刀灣鄉(xiāng)楊石寺村附近進(jìn)入延安境內(nèi)，自西北流向東南，經(jīng)安塞、寶塔、延長(zhǎng)等縣（區(qū)），于延長(zhǎng)南河溝鄉(xiāng)涼水岸匯入黃河。延河全長(zhǎng)286.9 km，流域面積7725 km2，平均比降3.3‰。市內(nèi)河長(zhǎng)248.5 km，市內(nèi)面積7321 km2，主要支流有杏子河、坪橋川、西川河、南川河、蟠龍川等。

根據(jù)河谷發(fā)育形態(tài)，延河可以劃分為三段：上游段，河源至化子坪，河谷狹窄多呈V形，河床最窄處寬度近10 m左右，最寬處不過80 m，河道平均比降6.7‰，河道彎曲度較大；中游段，化子坪至甘谷驛，長(zhǎng)114.8 km，為延河主要河段，河谷明顯展寬，平均寬度達(dá)600 m；下游段，甘谷驛至河口，長(zhǎng)110.4 km，在火焰山至河口的20 km內(nèi)，河谷陡然變窄，河寬僅30～100 m，形成典型的陡壁峽谷。

2 延安城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）、《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）、《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）及《延安市城市防洪總體規(guī)劃》、《延安市城市防洪工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》等有關(guān)規(guī)范和主管部門批復(fù)防洪規(guī)劃成果，延安城區(qū)延河干支流段近期按30年一遇洪水設(shè)防，遠(yuǎn)期于干流上游安塞真武洞修建以防洪為主的龍安水庫(kù)，提高延安城區(qū)段延河干流的防洪標(biāo)準(zhǔn)至100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

3 行洪能力分析范圍

本次延河主城區(qū)河道行洪能力分析范圍涉及延河干流、西川河和南川河，具體范圍為：延河干流楊家灣大橋至羅家坪大橋段，長(zhǎng)約9.27 km；西川河鄧家溝橋至延河入?yún)R口段，長(zhǎng)約2.2 km；南川河干流高苑橋至延河入?yún)R口段，長(zhǎng)約2.5 km。

4 設(shè)計(jì)洪水

延河干流延安城區(qū)段設(shè)有延安水文站，控制流域面積3208 km2，有1959～2015年共57年的洪水資料。支流西川河設(shè)有棗園水文站，控制流域面積719 km2，有自1971～2015年共45年實(shí)測(cè)洪水系列。

延河干流延安城區(qū)段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算工作因規(guī)劃設(shè)計(jì)和工程建設(shè)需要，以往曾進(jìn)行過多次。2003年陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制《延安市城市防洪工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，對(duì)該段設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了詳細(xì)分析論證，并由黃委會(huì)批準(zhǔn)實(shí)施。2013年我院編制的《陜西省重要支流延河防洪治理工程（延安城區(qū)段）初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中，在省院2003年計(jì)算成果的基礎(chǔ)上，再次對(duì)延河干流延安城區(qū)段設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了補(bǔ)充分析，該報(bào)告中計(jì)算成果通過了水利部水規(guī)總院、陜西省水利廳的審查。鑒于延河延安城區(qū)段設(shè)計(jì)洪水涉及延河規(guī)劃、堤防建設(shè)和河道管理等多方面因素，為保持前后時(shí)期設(shè)計(jì)洪水成果的統(tǒng)一，本次計(jì)算該段設(shè)計(jì)洪水仍采用我院2013年“延河防洪治理初設(shè)”成果。延河干流延安城區(qū)段不同頻率設(shè)計(jì)洪水成果詳見表1。

西川河、南川河段設(shè)計(jì)洪水以棗園站為參證站，按面積比擬法計(jì)算，其中南川河集水面積為扣除上游林區(qū)的面積。成果詳見表1。

表1 延安主城區(qū)段延河干支流設(shè)計(jì)洪水成果表

5 水面線計(jì)算

5.1 計(jì)算公式

采用河道恒定非均勻流能量方程式進(jìn)行計(jì)算河道天然水面線。計(jì)算公式為：

式中：Z為斷面水位，m；V為斷面平均流速，m3/s；α為動(dòng)能修正系數(shù)；hf、hj分別為沿程水頭損失和局部水頭損失，m。

5.2 計(jì)算依據(jù)

（1）計(jì)算斷面

計(jì)算斷面采用實(shí)測(cè)的河道橫斷面資料。根據(jù)河道實(shí)際情況，斷面布設(shè)主要遵循：考慮水面線的變化，盡量使分段內(nèi)水面坡度接近一致，避免斷面的大小、形態(tài)發(fā)生急劇變化；布置斷面時(shí)要結(jié)合橋梁的位置和特點(diǎn)，設(shè)置橋前斷面。

（2）河道糙率

河道糙率與河道形態(tài)、河床質(zhì)組成、植被、河道流量、河道中是否有阻水建筑物等有關(guān)。本次計(jì)算河道糙率通過試糙法對(duì)實(shí)測(cè)洪水進(jìn)行擬合得到，經(jīng)分析，延河干流糙率變化在0.024～0.033之間，支流糙率變化在0.03～0.035之間，城區(qū)段河道已基本“渠槽化”，堤線順直，斷面規(guī)則，不存在嚴(yán)重阻水現(xiàn)象，河道糙率延河干流取0.030，支流取0.033。

5.3 水面線成果

本次水面線計(jì)算根據(jù)確定的計(jì)算參數(shù)，利用美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)水文工程中心開發(fā)的HEC-RAS水面線計(jì)算程序，從下游起始斷面逐斷面進(jìn)行推算，得到城區(qū)各河段天然水面線。各分析段水面線成果見表2～4。

表2 延河干流段水面線成果表

表3 西川河段水面線成果表

表4 南川河段水面線成果表

6 河道行洪能力分析

延安市城區(qū)段河道上修建了眾多的橋梁工程，這些橋梁對(duì)河道行洪存在一定程度的影響，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，一般來說橋梁的防洪標(biāo)準(zhǔn)要高于河道堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)，延安市區(qū)跨河道橋梁的防洪設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)一般不低于五十年一遇，發(fā)生三十年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，橋梁會(huì)產(chǎn)生一定壅水，但壅水高度很小，本次行洪能力分析不考慮橋梁壅水的影響。

在進(jìn)行河道行洪能力分析時(shí)，通過點(diǎn)繪三十年一遇洪水水面線和河道左右岸堤頂高程線套圖，對(duì)比分析水面線高程與堤頂高程的高低關(guān)系得出相應(yīng)河段是否能通過三十年一遇洪水的結(jié)論。堤防超高延河干流按1.0 m計(jì)，支流西川河和南川河按0.8 m計(jì)。延河干流、西川河、南川河分析河段30年一遇洪水水面線與河道左右岸堤頂高程線對(duì)比圖詳見圖1～圖3。

圖1 延河干流段水面線與堤頂高程對(duì)比圖

圖2 西川河段水面線與堤頂高程對(duì)比圖

圖3 南川河段水面線與堤頂高程對(duì)比圖

從水面線與堤頂高程線對(duì)比圖中可以看出：

（1）延河干流分析段發(fā)生30年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，左岸約70%的堤段、右岸約60%的堤段可以滿足行洪要求，部分堤段不滿足行洪要求，河道總體防護(hù)能力偏低。

（2）西川河分析段右岸多為天然山體，左岸為堤防工程，本段堤防基本滿足30年一遇設(shè)計(jì)洪水的行洪要求，部分河段堤防安全超高不足。

（3）南川河分析段在發(fā)生30年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，南川河河口處干支流洪水遭遇，干流洪水頂托支流洪水形成一定范圍的回水區(qū)，該段部分堤段的堤頂高程不夠行洪要求。

7 結(jié)語(yǔ)

通過本次計(jì)算，初步了解了延安主城區(qū)河道行洪能力現(xiàn)狀，隨著延安城市建設(shè)的發(fā)展，延安主城區(qū)各類涉河建設(shè)項(xiàng)目逐漸增多，為下一步的城市防汛、河道整治、繪制淹沒圖等都提供了重要參考。本次計(jì)算未考慮城區(qū)河道上眾多橋梁對(duì)行洪的影響，下階段應(yīng)詳細(xì)考慮橋梁等河道建筑物對(duì)于行洪的影響。