張亞軍

（陜西省府谷縣防汛辦，陜西 府谷 719499）

清水川屬黃河右岸一級支流，發(fā)源于內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗烏拉烏素溝，在府谷縣哈鎮(zhèn)進(jìn)入陜西省境內(nèi)，流經(jīng)趙五灣、哈鎮(zhèn)、清水、黃甫、海則廟5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，由西北向東南在沙堯則匯入黃河，河道全長77 km，全流域面積882.5 km2，在陜西境內(nèi)面積為566.8 km2，河長47.0 km，河道比降4.96‰，流域內(nèi)人口約4萬人。隨著近年來流域內(nèi)的開發(fā)建設(shè)，涉河項(xiàng)目逐年增多，為了研究項(xiàng)目建設(shè)與河流的關(guān)系，確保項(xiàng)目順利建設(shè)，保護(hù)好生態(tài)河流，對清水川洪水特性與河道演變情況進(jìn)行分析。

1 概況

1.1 工程概況

清水川流域內(nèi)有小型庫壩147座，井216眼。目前設(shè)有兩段堤防。一段位于清水鎮(zhèn)的張市溝，長約100 m，為土石混合堤，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇；另一段位于清水鎮(zhèn)清水川工業(yè)園區(qū)，長4.0 km。結(jié)構(gòu)形式為土石堤防，鋼筋混凝土防護(hù)，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。其余河段無堤防。

1.2 水文資料

清水川流域只有設(shè)立于1976年6月的清水水文站，位于清水鎮(zhèn)清水村，控制流域面積735 km2，距河口16.0 km，為黃河水利委員會水文局設(shè)立的基本水文站；1996年基本站撤銷，變更為專用站，現(xiàn)有1986年～1999年、2003年～2009年21年實(shí)測徑流資料，1995年以后僅觀測7、8、9三個月流量；有1978年～1995年18年實(shí)測泥沙資料，1995年以后泥沙觀測停測；有1977年～2011年35年實(shí)測洪水資料。

清水水文站以上未建大中型水利工程，人類活動對清水水文站的洪水影響較小，點(diǎn)繪清水水文站1977年～2012年36年年最大洪峰流量歷時過程線圖和差積過程線，進(jìn)行周期分析可知，清水水文站36年洪水系列中包含有大、中、小水和豐、平、枯時段的各種來水組合，其中洪水系列中包括了一個豐水和枯水時段，豐水時段為1977年～1982年、1988年～1989年，平水段為1990年～1998年，枯水時段為1999年～2011年，2012年又為豐水年，豐平枯交替出現(xiàn)。從點(diǎn)繪的年最大洪峰流量歷時過程線（圖1）可以看出，隨著系列的增加，洪峰流量的均值趨于穩(wěn)定。因此，清水水文站實(shí)測洪水系列資料，代表性較好，水文資料滿足流域內(nèi)涉水工程建設(shè)使用。

圖1 清水站逐年最大洪峰流量過程線

2 暴雨洪水特性分析

2.1 暴雨形成原因及特征

清水川位于黃河中游地區(qū)，處于青藏高原東部的西風(fēng)帶內(nèi)，影響本區(qū)域的大尺度天氣系統(tǒng)主要有西風(fēng)帶系統(tǒng)和副熱帶高壓系統(tǒng)，夏季副熱帶高壓是最主要的影響因素，其強(qiáng)弱變化直接影響和控制著大范圍雨區(qū)的位置、走向、強(qiáng)度及范圍大小。而清水川恰是局部暴雨的中心。暴雨具有強(qiáng)度大、力時短、易產(chǎn)流等特征。

2.2 洪水特性

分析清水水文站1976年～1995年20年實(shí)測洪水資料，1996年～2012年為清水專用站報汛曲線推求洪水資料。洪水最早發(fā)生在5月，年最大洪水一般發(fā)生7月～8月,10月由于受連陰雨的影響，也有洪水發(fā)生，該站實(shí)測最大洪峰流量為2610 m3/s(1989年7月21日)；1996年變?yōu)閷Ｓ谜疽詠?，?shí)測最大洪峰流量1740 m3/s，發(fā)生在1996年。清水川為典型降水補(bǔ)給型河流，洪水由流域超滲產(chǎn)流暴雨形成，再加上黃土高原植被稀少，洪枯水流量懸殊較大，具有陡漲陡落的特點(diǎn)，從時間上看，一般發(fā)生在7月～9月，以7月～8月最為常見。由于流域地形破碎，溝壑縱橫、植被稀少，一遇暴雨極有利于產(chǎn)流、匯流，故常形成瘦尖洪峰。

2.3 歷史洪水調(diào)查

2012年，陜西省水文局對清水川歷史洪水進(jìn)行了調(diào)查，從1976年設(shè)站以來的實(shí)測資料分析，發(fā)生2012年洪水以上量級的次數(shù)共5次。清水川流域洪水歷史洪水調(diào)查成果詳見表1。

表1 清水川流域洪水調(diào)查成果統(tǒng)計表

根據(jù)實(shí)地考察，在1989年清水川出現(xiàn)洪峰流量2610 m3/s，約為20年一遇的洪水，直接造成經(jīng)濟(jì)損失約7000萬元；1996年清水川出現(xiàn)洪峰流量1790 m3/s，直接造成經(jīng)濟(jì)損失約2100萬元。

2.4 洪水頻率分析

采用經(jīng)驗(yàn)公式法和皮爾遜Ⅲ型曲線法對清水川洪水頻率進(jìn)行分析計算。

（1）經(jīng)驗(yàn)公式法

首先需要確定“特大洪水”及其重現(xiàn)期。經(jīng)驗(yàn)頻率采用連序樣本公式計算，即特大洪水

式中，a和b分別表示歷史洪水和實(shí)測系列中特大洪水的項(xiàng)數(shù)。多年平均最大洪峰流量由下式計算

由于抽樣誤差的存在，各參數(shù)的最終值尚要通過理論頻率曲線配線來確定。適線后，清水川洪水頻率分析成果見表2。

（2）皮爾遜Ⅲ型曲線法

清水水文站有1977年～2011年35年實(shí)測洪水資料，根據(jù)《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》（SL44—2006）推薦的方法，以年最大值法選樣，采用清水站1977年～2011年35年實(shí)測最大洪峰流量，采用獨(dú)立樣本法用數(shù)學(xué)期望公式計算經(jīng)驗(yàn)頻率，按矩法計算統(tǒng)計參數(shù)，采用皮爾遜Ⅲ型曲線線型，調(diào)整統(tǒng)計參數(shù)，目估適線。最后選取統(tǒng)計參數(shù)為（Cv=1.30，Cs/Cv=1.5，均值671 m3/s）的曲線頻率，計算成果見表2。

表2 清水站洪水不同頻率計算成果表

對兩種計算方法進(jìn)行比較。經(jīng)驗(yàn)公式法在分析計算時將資料系列延長至2012年，客觀反映了該區(qū)域近十幾年枯水時期的實(shí)情，延長后的資料更具有代表性。出于安全考慮，采用經(jīng)驗(yàn)頻率公式法計算成果，作為清水水文站涉水工程不同頻率洪峰計算成果。

3 河道演變分析

3.1 水沙特性

清水川流域是一個多沙粗沙區(qū)，河道沖刷劇烈，水土流失嚴(yán)重，7月～8月輸沙量占全年輸沙量的89.77%，6月～9月為92.95%。輸沙量年際變化大，實(shí)測年最大輸沙量與最小輸沙量之比為18.79，含沙量高，多年平均含沙量為195.5 kg/m3，汛期含沙量更大，多年平均7月～8月含沙量為231kg/m3，最大可達(dá)1120kg/m3。年來沙量隨來水量的增加而加大，水沙比例不一致，一般沙峰與水峰同步。

3.2 河道歷史演變

從漫長的歷史過程來看，任何一條古老的河流都曾經(jīng)經(jīng)歷過多次巨大的變化，造成這種變動的一是地殼變動，二是全球性的氣候波動。清水川位于鄂爾多斯盆地外圍斷褶帶與盆地內(nèi)部西傾大單斜構(gòu)造的過渡地帶，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，未見活動性斷裂發(fā)育跡象：據(jù)調(diào)查本河段所在地質(zhì)屬長期穩(wěn)定地塊，河道歷史上未發(fā)生大的變遷。

3.3 河道近期演變

根據(jù)清水水文站多年洪水期斷面和流量資料，套繪清水水文站1979年、1981年6月30日、1981年7月21日、1989年、2012年5個典型洪水大斷面圖，從洪水中泓位置情況分析，1979年中泓位置在起點(diǎn)距47 m處，即主流偏左岸，1979至1981年6月期間沒有發(fā)生大的洪水，河床逐漸淤高但主流仍在左岸，1981年7月21日發(fā)生洪峰流量1560 m3/s大洪水后，中泓位置變到起點(diǎn)距145處，即主流變到右岸，與原河床比較沖刷1.3 m左右。1989年7月21日發(fā)生洪峰流量2610 m3/s實(shí)測最大大洪水后，左岸沖刷，右岸淤積，中泓位置又變回起點(diǎn)距36.1 m處，即主流又變到左岸。2012年右岸新修河堤后，主流偏向河道中間。從以上清水水文站大斷面變化情況分析，清水川下游河道洪水過后斷面均發(fā)生沖刷，從縱向上具有洪水沖刷、平水淤積，洪峰越大，沖刷深度越大的特點(diǎn)，但多年的沖淤情況趨于平衡。從橫向上主流具有左右擺動的特點(diǎn)，為游蕩性河床。縱觀本段河勢可以看出，主槽在平面上，在造床流量下基本上是穩(wěn)定的。

3.4 河道演變趨勢

從河道演變的一般規(guī)律分析，山溪性河段總體演變趨勢是沖刷趨勢。從分析清水水文站斷面變化情況，基本能夠代表流域河道的變化發(fā)展趨勢。清水水文站觀測1976年以后連續(xù)觀測今，斷面位置沒有遷移，資料系列連續(xù)。根據(jù)清水水文站1977年～2012年的實(shí)測洪水資料，可以看出清水站斷面沖淤變化比較頻繁，在統(tǒng)計的26年里，較大的沖淤變化有5次。斷面沖淤變化的規(guī)律基本上是大水沖、小水淤，河床沖淤變化周期為2年～3年。根據(jù)清水水文站斷面近20年來河道主槽沖淤變化情況分析，該河段多年的沖淤情況趨于平衡。隨著新修河堤的建成，河道沖淤變化將越來越小，左右游蕩受到兩岸河堤的約束，平面形態(tài)相對更加穩(wěn)定。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

經(jīng)過分析可知，清水河暴雨洪水陡漲陡落，變化相差懸殊。特殊的地質(zhì)地貌和急劇的沖刷，使得清水河河道泥沙沖淤隨著洪水量級變化而變化，從長遠(yuǎn)趨勢來看，基本趨于平橫，變化不大。

4.2 建議

（1）完善防洪工程建設(shè)，哈鎮(zhèn)到鳳凰塔河段設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇堤防建設(shè)；鳳凰塔到入河口（即清水川工業(yè)園區(qū)段）按100年一遇進(jìn)行建設(shè)。

（2）通過建壩和修建泄洪渠道，將清水川水直接從鳳凰塔附近導(dǎo)入黃甫川，該方案實(shí)施后，基本解除下游清水川工業(yè)園區(qū)防洪壓力，同時可增加灘地近萬畝，對缺少耕地的府谷縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展是有利的。