［摘要］周河为北洛河源头左岸较大的一级支流，志丹县北洛河水环境综合治理项目一期工程位于周河中游。为研究该工程所在区域洪水特征，将位于周河流域的志丹水文站作为参证站，在收集整编水文站１９６４－２０１０年共４７ａ的实测洪水资料的基础上，对工程区洪水特性进行分析，并基于水文比拟法、地区经验公式法和综合参数法分别进行设计洪水推算，最终选择合理的设计洪水成果。分析结果显示：工程区年最大洪水一般发生７－８月，１０月偶尔也有洪水发生，志丹水文站历史实测最大洪峰流量为２６１０ｍ３／ｓ（１９７７年７月６日），最小洪峰流量为１２３ｍ３／ｓ（１９５２年７月３１日）；对设计洪水成果比选后，认为采用水文比拟法计算的工程区设计洪水成果比较合理。分析结论对保证该工程的安全实施提供了科学准确的决策依据。
［关键词］水环境治理；工程区；洪水特性；设计洪水；计算成果；周河
１流域概况
周河为北洛河源头左岸较大的一级支流，位于东经１０８°３１′～１０８°５０′，北纬３６°３５′～３７°１０′之间，发源于白于山南麓靖边县周家嘴，从志丹县顺宁乡的大摆沟入县境，由西北流向东南，经周河乡、志丹县城后转向南流，过双河乡，于永宁乡川口汇入洛河。河流全长８５．１ｋｍ，流域面积１３３４ｋｍ２，河道平均比降３．７‰。流域呈羽型，较大支流有驸马沟、孙岔沟、麻子沟等。周河流域地貌类型主要分为黄土梁峁丘陵沟壑区和河谷阶地区。梁峁沟壑区地貌以梁为主，梁顶间或有大型的孤立峁，沟谷密度大，侵蚀强烈，河沟深切，滑坡、泻溜、崩塌普遍。梁、峁、坡已多辟为梯田。河谷阶地区冲积阶地发育，一级阶地相对高出河床３～１０ｍ，面积较大而连片，阶地堆积物下多石砾层。二级阶地一般高出河床１５～２５ｍ，由于深切侵蚀，二级阶地被分割成块状。该县优良农田多集中在二级阶地上。本次主要以拟建的志丹县北洛河水环境综合治理项目一期工程为例，对该工程治理项目区的暴雨洪水特性、设计洪水计算分析过程及成果合理性比选方法进行总结，也为掌握周河流域水文气象特征有参考价值。流域水系分布见图１。
２研究区参证水文站选取
拟建的志丹县北洛河水环境综合治理项目一期工程位于周河中游，流域内没有较大水利水电工程，选择距离工程项目区最近的为志丹县水文站为参证站进行分析计算最为合适。该水文站距离工程区大约５ｋｍ，由陕西省水利厅于１９６０年８月设立，为专用水文站，资料未勘印；１９６１年１２月１１日停测，１９６４年７月交由陕西省水文总站管理，将断面下迁１．５ｋｍ，开始恢复测验工作，１９６５年５月断面上迁１００ｍ，更名为志丹水文（二）站，位于陕西省志丹县城关镇，地处东经１０８°４６′、北纬３６°４９′，控制流域面积７７４ｋｍ２，距河口距离３１ｋｍ，观测项目齐全，连续观测至今。本次收集志丹水文站１９６４－２０１０年共４７ａ的实测洪水资料对暴雨洪水特性进行分析。水文站概况见表１．
３洪水分析
３．１暴雨洪水特性
周河流域的洪水均系暴雨所致，暴雨多为雷暴雨。周河流域一次暴雨历时最大暴雨期为２４ｈ左右，其主雨峰均为１２ｈ，次洪水历时一般１～２ｄ左右，单峰居多，该流域呈暴雨多发生地，志丹附近有暴雨中心，主要原因是该地区的地形主要属于黄土丘陵沟壑区，植物匮乏、山大沟深、坡度比较陡，加之周河流域的河床比降较大，造成河槽的调蓄洪水的能力不佳，该流域的洪水经常携带着大量的泥沙和石块，洪水具有来势迅猛、历时短、暴涨暴落，峰高量小，峰型尖瘦，洪峰过程与沙峰过程基本同步或沙峰稍滞后及含沙量大的特点。通过分析志丹水文站１９６４－２０１０年４７ａ实测洪水资料来看，洪水通常下最早发生在每年４月份，年最大洪水一般在７－８月发生，偶然个别年份，１０月份如果有连阴雨影响的话，也会有洪水发生。志丹水文站历史实测的最大洪峰流量为发生在１９７７年７月６日的洪水，最大洪峰流量为２６１０ｍ３／ｓ；最小洪峰流量则发生在１９５２年７月３１日，最小洪峰流量为１２３ｍ３／ｓ。
３．２历史洪水及重现期
依据陕西省水文水资源勘测局（原陕西省水文总站）１９８５年汇编的《陕西省洪水调查资料》和《延安市实用水文手册》，周河在入洛河口上游的川口洼断面共进行洪水调查６次，较可靠的成果４次，即１９１７年２３６０ｍ３／ｓ，１９５６年２３５０ｍ３／ｓ，１９３９年１７３０ｍ３／ｓ，１９３３年１４５０ｍ３／ｓ。当时调查历时特大洪水主要来源于志丹至周河入洛河口区间暴雨。目前志丹站实测系列中大洪水值已大于或相当于调查成果，为安全考虑，本次洪水计算直接采用志丹站实测系列进行分析。
３．３资料选用
由于志丹水文站位于工程区河段上游，其间没有支流加入，本次评价采用志丹水文站资料为依据，进行洪水频率分析计算，作为各工程断面的设计洪水。３．３．１选样方法采用年最大值法选样。选取洪峰流量资料系列进行频率计算，即每年选取一个年最大洪峰流量，ｎ年资料可选出ｎ个年极值，组成一个计算样本。３．３．２实测洪水资料系列周河流域设有志丹水文站，观测项目齐全，连续观测至今，断面位置虽发生迁移，但迁移范围极小，不影响资料的连续性。根据本次水文计算任务，收集周河志丹水文站１９６４－２０１０年的实测洪水资料。１）资料“三性”分析（１）资料可靠性分析支流周河志丹水文站１９６４－２０１０年洪水实测系列，均来源于陕西省水文数据库及《水文年鉴》，并进行了核对，调查洪水资料来源于《陕西省洪水调查资料》。该站测验河段顺直，断面稳定，连续观测至今，经对测验情况进行了解，中低水采用流速仪测流，高水采用均匀浮标或中泓浮标测流，洪水过程控制完整，浮标投放符合规范要求，浮标和流速系数为本站分析试验值，并经陕西省水文水资源勘测局（原陕西省水文总站）审查批准后使用，流量资料计算方法正确，成果可靠。因此，周河志丹水文站年最大洪峰流量资料系列可靠性好，数据准确可靠。（２）系列一致性分析资料一致性是指一个系列不同时期的资料成因是否相同。水文频率计算洪水资料必须具有一致性，也就是各年洪水的流域产流、汇流条件应保持基本相同。当流域内修建水库、跨流域引水、分洪等工程及水文站迁移都会影响洪水资料的一致性。周河志丹水文站以上未建大中型水利工程，人类活动对志丹水文站的洪水影响较小，从志丹水文站累积年最大洪峰流量－历时曲线图（图２）可以看出，曲线总趋势呈直线，虽有周期性摆动，但曲线斜率没有发生变化，说明资料的一致性好。（３）系列代表性分析周河志丹水文站站具有从１９６４－２０１０年４７年洪峰流量系列。点绘年最大洪峰流量历时过程线图和差积过程线，进行周期分析可知，志丹水文站４５ａ洪水系列中包含有大、中、小水和丰、平、枯时段的各种来水组合，其中洪水系列中包括了一个丰水和枯水时段，丰水时段为１９６７－１９７７，枯水时段为１９７８－２０１０。其中丰水年８年，平水年２０ａ，枯水年１９ａ。从点绘的年最大洪峰流量历时过程线（图３）和年最大洪峰流量差积曲线（图４）以及逆序累加洪峰流量均值模比系数图（图５）可以看出，随着系列的增加，洪峰流量的均值趋于稳定。因此，志丹水文站实测洪水系列资料，代表性较好，能满足本次洪水频率计算的需要。２）设计洪水成果的合理性分析本次计算采用资料系列长，资料的可靠性、一致性和代８８２表性好。并考虑了历史调查洪水，洪峰流量均值模系数Ｃ值与原陕西省水文总站编制的《陕西省水文图集》和《延安市水文手册》基本一致，但本次的Ｃｖ值由于采用资料系列长，地区分布更合理。说明本次洪峰流量（天然）计算资料详实，分析全面，成果合理可靠。
３．４工程区设计洪水计算
本工程设计洪水按照多种方法、综合分析、合理选用的原则确定。采用水文比拟法、地区经验公式法和综合参数法进行洪水推算。３．４．１水文比拟法采用志丹水文站洪峰流量计算成果，按照水文比拟法计算工程区设计洪峰流量。计算公式如下：Ｑ工＝（Ｆ工／Ｆ参）２／３Ｑ参（１）式中：Ｑ工、Ｑ参分别为工程区和参证站设计洪峰流量（ｍ３／ｓ）；Ｆ工、Ｆ参分别为工程区和参证站流域面积（ｋｍ２），Ｆ参＝７７４。以志丹水文站为参证站，按照水文比拟法推算的工程区设计断面处洪水成果见表２。３．４．２地区经验公式法经验公式为：Ｑｍｐ＝Ｋｐ×Ｆｎ（２）式中：Ｑｍｐ为设计频率为Ｐ的洪峰流量（ｍ３／ｓ）；Ｆ为设计流域面积（ｋｍ２）；Ｋｐ、ｎ为设计频率为Ｐ的经验参数和指数。查《延安地区实用水文手册》知，指数ｎ为０．６１，查出不同频率的Ｋｐ值后，将Ｆ工代入，即可求得不同频率的设计洪峰流量，计算成果见表３。３．４．３综合参数法按照《延安地区实用水文手册》以流域内设计暴雨量和流域特征参数为基础建立的多因素经验公式推算工程设计洪水。计算公式如下：ＱｍＮ＝Ｃ×Ｎα×Ｆβ×ψγ×Ｈη３Ｎ（３）式中：ＱｍＮ为重现期为Ｎ的设计洪峰流量（ｍ３／ｓ）；Ｆ为设计流域面积（ｋｍ２）；ψ为流域形状系数，ψ＝Ｆ／Ｌ２；Ｈ３Ｎ为设计重现期３小时面雨量；其它为经验参数，Ｃ＝２．５４，α＝０．１７，β＝０．５８，γ＝０．１１η＝０．４９。通过计算，不同频率设计洪峰流量见表４。３．４．４设计洪水的确定根据多种方法计算的工程区设计洪水及工程区历史大洪水调查成果见表见表５。从表５中可以看出，几种方法计算的工程区设计洪水成果相差较大，水文比拟法计算的洪水成果最大，地区经验公式法和综合参数法计算结果比较接近。综合参数法和洪峰面积相关法建立时间较早，基础参数极为有限，按这两种方法计算的洪水成果误差依然较大。由于工程区流域面积最大为工程末端９２７．５ｋｍ２，与志丹水文站流域面积７７４ｋｍ２仅相差１９．８％，以志丹水文站为参政站，采用水文比拟法计算的工程区设计洪水，成果比较合理。
４结语
志丹县北洛河水环境综合治理项目一期工程具有显著的社会效益和环境效益，可促进县域社会可持续发展，对水环境和生态平衡具有十分有利的影响。通过对志丹县北洛河水环境综合治理项目一期工程区进行洪水分析，可摸清工程区内的暴雨洪水特征，同时确定的准确设计洪水成果，对施工期制定安全合理的分洪避洪措施、保证施工工期进行具有关键作用，能保证整个工程的安全顺利实施。
参考文献
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［３］余琳．给水网管的优化布置研究［Ｊ］．地下水．２０１９（２）：６６－６７．
作者：赵田文 徐海燕 单位：陕西省志丹县河长制领导小组办公室 陕西省延安市志丹县水利工作队