府谷縣城段防洪能力與超標準洪水探析

王 鋒

（府谷縣防汛抗旱指揮部辦公室，陜西 榆林 719499）

1 概況

陜西省府谷縣城坐落在黃河與孤山川交匯處，上距黃河天橋水電站8 km。府谷縣城區(qū)面積約28 km2，既是陜西經(jīng)濟十強縣之一，又是黃河流入陜西省的第一縣和全省防汛重點縣。為了確保主城區(qū)和新區(qū)的防洪安全，須對縣城防洪能力進行評估，科學(xué)確定縣城超標準洪水條件，以便科學(xué)制定應(yīng)對預(yù)案。

黃河從府谷縣東部墻頭農(nóng)業(yè)園區(qū)入境，縣內(nèi)流程103 km[1]，府谷縣城段約10 km。黃河府谷段實測最大洪峰流量14 300 m3/s（1989年7月21日府谷站實測），調(diào)查最大洪峰流量為17 500 m3/s（1945 年7月13日）。府谷縣屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降雨量406 mm，年最大降水量829.6 mm，最小降水量199.6 mm。

孤山川自內(nèi)蒙古羊市塔入境，縣內(nèi)河長57.0 km，流域面積1018 km2。孤山川從縣城中部匯入黃河，流經(jīng)城區(qū)7 km。1977 年8 月2 日實測最大洪峰流量10 300 m3/s，調(diào)查最大洪峰流量150 00 m3/s（1946年7月18日）[2]。

2 洪水特性

黃河府谷段洪水主要源于黃河上游和中游兩地區(qū)洪水組合，黃河中游地區(qū)的洪水主要由暴雨形成，黃河中游暴雨多發(fā)生在7、8月份，其特點是強度大、歷時短，加上支流眾多、坡度較陡等有利的匯流條件，故形成尖瘦的洪水過程，一般洪水歷時為1～2 d。府谷縣縣城段黃河洪水受萬家寨水電站和天橋水電站水庫調(diào)節(jié)影響，汛期主流較穩(wěn)定。

孤山川洪水主要源于流域性強降雨，徑流時空變化與降雨分布基本一致，年內(nèi)大部分徑流主要集中于7-9月份，約占全年總量的70%。孤山川流域除河源有小面積蓋沙區(qū)，其余均為黃土丘陵溝壑區(qū)，溝系發(fā)育，產(chǎn)匯條件較好，較大支流有陽灣川、新城川、木瓜川，流域面積分別為119、192、196 km2，孤山川洪水特點為洪峰尖瘦，陡漲陡落，洪水具有強度大、洪峰高、歷時短、含沙量大的特點[3]。

3 防洪工程

3.1 庫壩工程

對府谷縣縣城防洪有影響的水庫有黃河天橋水電站和后河川水庫，淤地壩有大紅溝骨干壩，其防洪情況見表1。

3.2 堤防工程

府谷縣城區(qū)的防洪工程有主城區(qū)黃河大堤、孤山川左岸大堤、孤山川右岸大堤、新區(qū)黃河大堤總長17.8 km，現(xiàn)有各類穿堤建筑物38處，整體防洪能力為50 a一遇。其中主城區(qū)黃河大堤全長2961 m，保護面積3.4 km2，保護人口約4.5萬人；孤山川左岸大堤全長4817 m，保護居民住戶約6萬人；孤山川右岸大堤全長3 216.3 m，保護孤山川右岸人口約3 萬人，堤頂寬8 m。新區(qū)黃河大堤寬8 m；長6800 m，保護人口1.5萬人。

表1 庫壩防洪基本情況表

4 縣城防洪能力評估

府谷縣縣城多次遭受黃河及孤山川洪水襲擊，造成了嚴重損失，縣城遭遇典型洪水有1977 年、2003年洪水。

4.1 縣城及新區(qū)黃河段防洪能力評估

府谷縣黃河干流洪水受上游萬家寨水電站、龍口水電站、天橋水電站控制，府谷縣及周邊本地暴雨不足以造成黃河干流超標洪水。根據(jù)《黃河萬家寨、龍口水庫防洪搶險應(yīng)急預(yù)案》分析，天橋水電站設(shè)計標準洪水為100 a一遇洪水，校核洪水為1000 a一遇洪水，洪峰流量分別為15 900 m3/s和22 400 m3/s，根據(jù)龍口水庫下游河道洪水演進計算結(jié)果，洪峰流量較為接近或大于天橋水庫設(shè)計洪水時，僅有發(fā)生萬年一遇洪水龍口水庫漫壩和萬年一遇洪水萬家寨水庫、龍口水庫潰壩兩種情況，此情況發(fā)生時，洪水到達天橋水庫庫尾皇甫川溝口的最大流量分別為10 898 m3/s 和19 974 m3/s，在不考慮皇甫川來水情況下，兩種情況的洪峰流量均小于天橋水庫的設(shè)計洪峰流量和校核洪峰流量，因此天橋水庫可按特大洪水入庫進行防洪調(diào)度。當出現(xiàn)百年一遇洪水時，天橋水庫調(diào)度最大下泄流量15 200 m3/s；當出現(xiàn)千年一遇洪水時，天橋水庫調(diào)度最大下泄流量19 200 m3/s。

府谷縣河濱公園建在黃河大堤外黃河灘地上，地面高程為813.3～814.6 m。洪水位高于此高程時，城區(qū)排洪渠出口容易被倒灌、堵塞，城區(qū)積水無法外排，城區(qū)將發(fā)生內(nèi)澇，黃河城區(qū)段防洪警戒水位設(shè)為813.0 m，相應(yīng)流量為11 600 m3/s。

黃河縣城段堤防防洪標準為50 a一遇洪水，相應(yīng)洪峰流量為13 900 m3/s，超過此流量即為超標洪水，主城區(qū)低洼區(qū)將全部受淹，城區(qū)將受外洪內(nèi)澇雙重威脅。

4.2 孤山川縣城段防洪能力評估

孤山川流域河道現(xiàn)狀與孤山川流域1977 年8月2 日發(fā)生洪水時河道相比，孤山川城區(qū)段兩岸商住區(qū)、公路等侵占河道嚴重，岸線也有一定變化，修建河堤后，孤山川城區(qū)段局部河段河寬由500 m 左右，縮窄至130 m 左右，最窄處為高石崖水文站，河寬130 m。根據(jù)孤山川堤防資料，該河段防洪標準為50 a 一遇洪水，相應(yīng)洪峰流量為6450 m3/s，但現(xiàn)狀部分河段防洪能力達不到50 a一遇防洪標準，其中：孤山川華建橋至孤山川入黃口段防洪能力能夠達到50 a一遇洪水標準，華建橋段至華龍橋段實際防洪能力不足50 a一遇，尤其是華建橋斷面50 a一遇洪水水位為823.40 m，而大橋橋梁底高程僅為822.88 m，低于50 a一遇洪水水位，嚴重阻礙行洪。

4.3 黃河、孤山川洪水遭遇時縣城防洪能力分析

當黃河與孤山川洪峰不相遇時，或者孤山川產(chǎn)生的洪水量級小、時間短時，對府谷縣城的防洪影響不會太大，也不會造成危害。如果黃河與孤山川同時產(chǎn)生大洪水，或者孤山川洪水超過黃河洪水，且持續(xù)時間長時，就會在孤山川入黃口產(chǎn)生阻滯，并在匯合處以上形成很高的雍水，造成洪水倒灌侵入縣城，威脅縣城防洪安全。雖然上述兩河洪水遭遇的概率非常低，但是鑒于1977 年曾經(jīng)發(fā)生過，考慮這種特殊洪水組合情形也是必要的。

4.4 后河川水庫對縣城防洪能力影響

4.4.1 水庫泄洪流量

后河川水庫位于府谷縣孤山川下游左岸支溝后河川，距溝口2.7 km，是一座以攔泥、防洪為主的?、判退畮?。水庫總庫容812.33 萬m3，興利庫容7.80 萬m3，調(diào)洪庫容255.73 萬m3，死庫容548.80 萬m3，目前已淤積535.63 萬m3。溢洪道設(shè)在大壩左岸，為開敞式平底寬頂堰，無閘門控制，輸水建筑物為豎井式放水塔結(jié)構(gòu)，輸水流量0.2 m3/s，設(shè)計最大泄洪量78.25 m3/s。后河川水庫發(fā)生50 a 一遇設(shè)計洪水時，設(shè)計泄洪流量525 m3/s；500 a一遇校核洪水時，設(shè)計泄洪流量930 m3/s。

4.4.2 潰壩洪水分析

根據(jù)2013年水庫測淤成果，后河川水庫剩余總庫容W=276.7萬m3，水庫壩頂長（B）212.5 m，最大壩高（H）52 m，壩頂高程148.60 m，淤泥面高程134.20 m。

當潰壩時，壩前上游水深H0=壩頂高程-淤泥面高程=148.6-134.2=14.4 m。

潰壩決口寬度估算采用黃河水利委員會經(jīng)驗公式b=0.1 KW1/4B1/4H1/2，式中：b為潰口寬度，m；W為剩余總庫容，276.7 萬m3；B 為壩頂長度，212.5 m；H為壩高，52 m；K 為經(jīng)驗系數(shù)，粘土取0.65，壤土取1.3[4]。

則：b=0.1×1.3×276.71/4×212.51/4×521/2=14.6 m

潰口壩址最大流量估算采用肖克列奇經(jīng)驗公式Qm=8/27g1/2（B/b）1/4bH03/2進行估算，式中：Qm 為潰口壩址最大流量，m3/s；g 為重力加速度，9.8（m3/s）；b為潰口寬度，m；H0為潰壩前上游水深，14.4 m。

則：Qm=8/27×9.81/2×（212.5/14.6）1/4×14.6×14.43/2=1 445.23 m3/s

4.4.3 水庫工況對縣城防洪能力影響

后河川水庫從2010年除險加固后，水庫基本干涸，蓄水量少，10 年來沒有通過溢洪道進行泄洪。水庫下游后河川河道內(nèi)民房、商鋪林立，主要有沙后河中心小學(xué)、府谷縣恒捷汽貿(mào)有限公司、府谷縣汽車站、榮聯(lián)生態(tài)園等。目前水庫下游后河川河道行洪通道斷面狹小，不能滿足標準內(nèi)洪水泄流，發(fā)生超標洪水甚至水庫潰壩后，將嚴重威脅水庫下游后河川河道內(nèi)人民生命財產(chǎn)安全。若孤山川河道內(nèi)無洪水，進入孤山川河道內(nèi)的潰壩洪水低于孤山川河道安全泄量，對孤山川左、右岸防洪無影響；若孤山川河道內(nèi)有較大洪水產(chǎn)生，潰壩洪水將與河道內(nèi)洪水疊加，嚴重威脅孤山川河道兩岸人民生命財產(chǎn)安全。

4.5 大紅溝骨干壩潰壩對縣城防洪能力影響

4.5.1 大紅溝骨干壩泄洪流量

大紅溝骨干壩位于府谷鎮(zhèn)高石崖村，孤山川一級支流沙川溝溝口，是一座以攔蓄洪水徑流和泥沙為主的控制性工程。剩余攔泥庫容145.28萬m3，滯洪庫容97.92萬m3，總庫容346.45萬m3，設(shè)計洪水下泄流量為23.08 m3/s，校核洪水時下泄流量為48.54 m3/s。其50 年一遇洪峰流量為262.12 m3/s，校核洪水500 a 一遇洪峰流量為404.93 m3/s。設(shè)計淤積年限為19.31年。淤地壩下游有沙川溝村、高石崖村、沙川溝電廠、加氣站、醫(yī)院、學(xué)校、市場、商鋪等各種重要設(shè)施。

4.5.2 潰壩洪水分析

根據(jù)2016年大紅溝骨干壩除險加固設(shè)計資料，大紅溝骨干壩總庫容346.45 萬m3，已淤積庫容103.25 萬m3，剩余總庫容W=243.20 萬m3，壩頂長（B）210.0 m，最大壩高（H）36 m，壩頂高程865.00 m，淤泥面高程853.00 m。當潰壩時，壩前上游水深H0=壩頂高程-淤泥面高程=12.0 m。

潰壩決口寬度估算與壩址最大流量估算同后河川水庫。

潰口寬度：b=0.1×1.3×243.21/4×2101/4×361/2=11.73 m

潰口壩址最大流量：Qm=8/27×9.81/2×（210/11.73）1/4×11.73×123/2=983.08 m3/s

4.5.3 淤地壩工況對縣城防洪能力影響

大紅溝骨干壩常年基本干涸，蓄水少，沒有通過溢洪道進行泄洪。大紅溝骨干壩下游沙川溝溝道內(nèi)民房、商鋪林立，主要村莊有沙川溝村、高石崖村，主要企業(yè)有陜西府谷發(fā)電公司、信實建材城、百安美居建材城、前石畔家居建材城等。因沙川溝內(nèi)人口密集，建筑物林立，嚴重擠占溝道，且沙川溝前段蓋板封閉，嚴重降低了過洪能力，淤地壩泄流可能造成較嚴重內(nèi)澇災(zāi)害，發(fā)生超標洪水甚至潰壩后，將嚴重威脅壩下游溝道內(nèi)人民生命財產(chǎn)安全。若孤山川河道內(nèi)無洪水，進入孤山川河道內(nèi)的潰壩洪水低于孤山川河道安全泄量，對孤山川左右岸防洪無影響；若孤山川河道內(nèi)有較大洪水產(chǎn)生，潰壩洪水將與河道內(nèi)洪水疊加，嚴重威脅孤山川河道兩岸人民生命財產(chǎn)安全。

5 結(jié)語

經(jīng)過對府谷縣城水利設(shè)施及堤防、庫壩工程的防洪能力評估分析可知，當府谷水文站預(yù)報黃河流量將超過13 900 m3/s 或高石崖水文站預(yù)報孤山川流量將超過5000 m3/s時，預(yù)示著洪水超過府谷縣城防洪能力，將出現(xiàn)超標準洪水。因為在短期內(nèi)無法進行工程搶險，應(yīng)該立即啟動應(yīng)急預(yù)案，撤離危險區(qū)域群眾。