梁 曦，惠 蕾，常 青

（1.陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001；2.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710001）

0 前言

延河是黃河右岸一級(jí)支流，發(fā)源于榆林靖邊縣邊境白于山南麓，由西北流向東南，納入坪橋川后經(jīng)安塞縣城，在碟子溝納入杏子河，至棗園鄉(xiāng)納入西川，在寶塔山納入南川，折向東北，至姚店北納入潘龍川，過(guò)甘谷驛再折向東南，從延川縣西河溝鄉(xiāng)注入黃河。延河全流域面積7725 km2，河長(zhǎng)286.9 km，流域呈羽毛狀，支流如葉脈分布，主要支流有坪橋川、杏子河、西川河、南川河、潘龍川等。以安塞縣化子坪、延安甘谷驛為界，將延河劃分為上、中、下游河段。河源至化子坪為上游段，河谷狹窄多呈V形，河川最窄處寬度僅10 m左右，最寬處不過(guò)80 m，河道平均比降6.7‰，河道彎曲度較大；化子坪至甘谷驛為中游，長(zhǎng)114.8 km，河谷明顯展寬，平均寬度達(dá)600 m；甘谷驛至河口為下游段，長(zhǎng)110.4 km，在火焰山至河口的20 km內(nèi)，河谷狹窄，河寬僅30～100 m，形成典型的陡壁峽谷。

龍安水庫(kù)位于延河干流安塞水文站上游約11 km處。龍安水庫(kù)壩址以上流域地形西北高、東南低，為黃土丘陵溝壑，控制流域面積1198 km2，河長(zhǎng)75.5 km，河道平均比降3.12‰。龍安水庫(kù)是一座以防洪為主，兼顧供水、減淤，結(jié)合發(fā)電的水庫(kù)工程，研究水庫(kù)洪水對(duì)于大壩安全有著重要意義，同時(shí)對(duì)確保下游安塞縣及延安市城市防洪保安有重要作用。

1 洪水特性

流域洪水主要由暴雨形成。暴雨最早發(fā)生在5月，最遲出現(xiàn)在9月，但量級(jí)和強(qiáng)度較大的暴雨一般發(fā)生在7～8月。

暴雨分為兩種類型：一種是鋒面雨，其特點(diǎn)是歷時(shí)長(zhǎng)，強(qiáng)度均勻，籠罩面積大；另一種是雷暴雨，其特點(diǎn)是雨量集中，歷時(shí)短，強(qiáng)度大，籠罩面積小。延河流域暴雨以雷暴雨出現(xiàn)機(jī)率較多。

洪水最早出現(xiàn)在5月，最遲到9月，但量級(jí)較大洪水一般均發(fā)生在7~8月。由于流域內(nèi)山高坡陡，墾植指數(shù)高，植被稀疏，同時(shí)河槽調(diào)蓄能力較差，故洪水一般歷時(shí)短，暴漲暴落，峰高量小，峰型尖瘦，一次大洪水歷時(shí)約1~2天，主峰一般在12小時(shí)以內(nèi)。

2 設(shè)計(jì)洪水

2.1 安塞站設(shè)計(jì)洪水

安塞站具有1981~2016年共36年實(shí)測(cè)洪水資料，選樣方法采用年最大值法，即每年只選取最大一個(gè)瞬時(shí)洪峰流量，作為頻率計(jì)算的樣本；洪量采用固定時(shí)段獨(dú)立選取年最大值法，即在年內(nèi)各次洪水中，分別獨(dú)立選取其年最大值，設(shè)計(jì)時(shí)段采用 24 h、3日。

②歷史洪水及重現(xiàn)期

1977年，陜西省水文總站陜北分站為摸清“77.7”雨洪規(guī)律，對(duì)延河真武洞河段進(jìn)行了洪水調(diào)查。1978年陜西省水電設(shè)計(jì)院為龍安水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水提供洪水資料，在延河李家溝河段進(jìn)行過(guò)洪水調(diào)查。根據(jù)《陜西省洪水調(diào)查資料》整編成果，延河李家溝河段歷史上發(fā)生過(guò)三次大洪水，即1917年、1977年、1969年，洪峰流量分別為 3040 m3/s、2390 m3/s、1820 m3/s；延河真武洞河段在1977年發(fā)生大洪水為2710 m3/s。真武洞河段1917、1969年歷史洪水以1977年真武洞段與李家溝段倍比放大，分別為3447 m3/s、2064 m3/s。1917年洪水距今100年，故1917年洪水重現(xiàn)期確定為100年一遇，1977年洪水重現(xiàn)期確定為50年一遇，1969年洪水量級(jí)不大按連序系列處理。

以安塞站同場(chǎng)次洪峰、洪量資料進(jìn)行相關(guān)分析，相關(guān)方程為 W24h=2.2975Q0.9093(r=0.87)、W3日=7.2261Q0.7869(r=0.84)。由此可以推求1917年、1977年、1969年W24h洪量分別為：3783萬(wàn) m3、3040 萬(wàn) m3、2373 萬(wàn) m3，3 日洪量分別為：4391 萬(wàn) m3、3630 萬(wàn) m3、2932 萬(wàn) m3。

③安塞站洪水頻率計(jì)算

根據(jù)1981~2016年36年實(shí)測(cè)資料系列，加入1917年、1977年歷史洪水，按不連序系列處理，用矩法計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)作為初試值，采用皮—Ⅲ型曲線目估適線，適線時(shí)著重考慮曲線中、上部較大點(diǎn)據(jù)，頻率曲線見圖1～2，統(tǒng)計(jì)參數(shù)及不同頻率洪峰流量和洪水總量見表1。

圖1 安塞站年最大洪峰流量及W24h洪量頻率曲線圖

圖2 安塞站年最大3日洪量頻率曲線圖

表1 安塞站設(shè)計(jì)洪水成果表 單位：洪峰：m3/s;洪量：萬(wàn)m3

2.2 壩址設(shè)計(jì)洪水

壩址斷面洪水計(jì)算以安塞站為參證站，采用下式計(jì)算：

式中：Q設(shè)、Q參分別為壩址斷面和參證站洪峰流量；W設(shè)、W參分別為壩址斷面和參證站洪水總量；F設(shè)、F參分別為壩址斷面和參證站流域面積；n、m為面積比指數(shù)。

根據(jù)《陜西省延安市王瑤水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》（2002年），延河干流延安站、安塞站及支流西川棗園站，北洛河上游吳旗站及支流周水志丹站，清澗河子長(zhǎng)站及杏子河王瑤水庫(kù)等7個(gè)水文站設(shè)計(jì)洪水，其洪峰流量面積比指數(shù)n值為0.58，24 h洪量面積比指數(shù)m值為0.76，三日洪量面積比指數(shù)m值為0.86，面積比指數(shù)直接采用該成果。

根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》（SL44-2006），對(duì)于大型工程或重要的中型工程，用頻率分析法計(jì)算的校核標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水，應(yīng)對(duì)資料條件、參數(shù)選用、抽樣誤差等進(jìn)行綜合分析檢查，成果可能偏小時(shí)，應(yīng)加安全修正值。鑒于本工程為大（Ⅱ）型工程，同時(shí)承擔(dān)了對(duì)革命圣地延安的防洪保護(hù)的重要任務(wù)，通過(guò)抽樣誤差分析計(jì)算，本次將龍安水庫(kù)校核洪水的峰量均增加13%的安全修正值。

以工程5000年一遇修正后的校核洪水成果與鄰近流域延安、安塞、棗園、吳旗、志丹、子長(zhǎng)等水文站設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行比較分析：采用洪峰流量、洪量設(shè)計(jì)值與流域面積建立地區(qū)綜合關(guān)系式，見圖 3～圖 4。當(dāng) P=0.02%時(shí)：Qm=146F0.58、W24h=41F0.76、W3日=22F0.86，成果見表2。設(shè)計(jì)頻率下洪峰流量、24 h洪量、3日洪量頻率計(jì)算成果相比地區(qū)綜合公式成果偏小約13%左右，分析原因主要是由于安塞站實(shí)測(cè)洪水系列樣本相對(duì)總體略偏枯所致。鑒于此，龍安水庫(kù)校核洪水加入安全修正值抬高13%是合理的。

圖3 鄰近流域水文站Qm～F和W24h～F關(guān)系圖

圖4 鄰近流域水文站W(wǎng)3日～F關(guān)系圖

表2 龍安水庫(kù)校核洪水成果分析表

表3 龍安壩址設(shè)計(jì)洪水成果表 單位：洪峰：m3/s;洪量：萬(wàn)m3

2.3 成果采用及合理性分析

（1）洪峰流量及不同時(shí)段洪量統(tǒng)計(jì)參數(shù)比較

比較安塞站洪峰流量、年最大24小時(shí)洪量、3日洪量的平均流量可以看出：洪峰流量（491 m3/s)大于24小時(shí)洪量的平均流量（76.6 m3/s），24小時(shí)洪量的平均流量大于3日洪量的平均流量（31.9 m3/s），說(shuō)明洪水特征量的均值是合理的。變差系數(shù)Cv隨著歷時(shí)的增加而減小，即洪峰流量的Cv（1.18）大于24小時(shí)洪量的Cv（1.08），24小時(shí)洪量的Cv大于3日洪量的Cv（1.01），可見Cv符合延河流域水文變化規(guī)律。偏態(tài)系數(shù)Cs隨歷時(shí)增長(zhǎng)而減少，洪峰流量Cs/Cv為3.0，24小時(shí)洪量和3日洪量Cs/Cv均為2.5，符合該地區(qū)規(guī)律。

（2）用峰量關(guān)系合軸相關(guān)圖檢查

把安塞站同次洪水的洪峰流量、24小時(shí)洪量、3日洪量點(diǎn)繪在合軸相關(guān)圖上，其關(guān)系較好，且時(shí)段愈近，相關(guān)關(guān)系愈密切。分別在第一象限、第四象限、第三象限，定出Qm~W3日，W24h~W3日，W24h~Qm關(guān)系線，把洪峰流量及洪水總量的設(shè)計(jì)值，點(diǎn)繪在相關(guān)圖上，與實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)尚能協(xié)調(diào)，見圖5。

以上分析說(shuō)明，安塞站的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果是合理的。龍安水庫(kù)控制流域面積1198 km2占安塞站流域面積1334 km2的90%，采用水文比擬法計(jì)算的龍安水庫(kù)壩址洪水較合理。

圖5 安塞站峰量關(guān)系合軸相關(guān)圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文以安塞水文站為參證站對(duì)龍安水庫(kù)洪水進(jìn)行分析與計(jì)算，最終推求得到合理洪水成果。通過(guò)對(duì)龍安水庫(kù)洪水研究，不僅對(duì)于大壩安全有著重要作用，同時(shí)對(duì)確保下游安塞縣及延安市城市防洪保安有重要意義，并為下一步在確保水庫(kù)自身安全的前提下與支流杏子河上王瑤水庫(kù)兩庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用發(fā)揮最大防洪效益提供了技術(shù)依據(jù)。