黑河蓄滯洪區規劃研究

梁蓉蓉

（晉中市水利勘測設計院有限公司 山西晉中 030600）

1 規劃研究背景

受西太平洋副熱帶高壓和孟加拉灣水汽的影響，疊加山西呂梁山、太行山復雜地形對偏東氣流降水增幅作用，2021年10月2日20 時至7日08 時，山西出現有氣象記錄以來最強秋汛，多地遭遇時間久、范圍廣、強度大的降雨天氣，強降雨主要集中在10月4日—10月5日，呂梁、臨汾、晉中三市交界處一帶為降雨中心。山西省平均降水量達119.5 mm，是10月常年月均降水量（31.1 mm）的3 倍以上，有18 個縣（市、區）降水超過200 mm，降水量最大達285.2 mm，59 個國家氣象觀測站日降水量突破建站以來同期歷史極值，63 個國家氣象觀測站過程累計降水量超過同期歷史極值。

去年入汛以來，山西省平均累計降水量達581.8 mm，較常年同期（342.6 mm）偏多7 成，受持續性強降雨影響，汾河干支流多處河段發生超警戒水位，局部河段出現漫堤、沖刷和土體飽和松軟現象，部分堤防局部出現潰口、縱橫向裂縫等問題，部分支流入河口段溢堤發生內澇災害等現象。

針對此次洪災，山西省水利廳安排對汾河流域防洪工程及水毀設施開展調查，實施多項汾河流域防洪能力提升工程。本次規劃的黑河蓄滯洪區為根據河道防洪標準、下游河道實際過流能力及下游防護對象的重要性等，在現狀河道防洪能力不滿足河道防洪標準的區段且地形適宜洪水蓄滯區域，為保護下游大學城的安全規劃建設蓄滯洪區，并對不同容積的蓄滯洪區實施不同的運行調度方式，以便發生相應標準的洪水時啟用不同的蓄滯洪區，蓄滯相應的洪水，以保護下游人民生命財產安全。

2 河流概況

本次研究的河流為黑河，黑河屬于黃河流域汾河水系，是澗河的一級支流，發源于榆次區北部罕山，流經烏金山鎮，終點為太原師范學院入澗河口，全長18.3 km，流域面積50.74 km2。

3 蓄滯洪區選址

黑河下游為大學城，大學城容納師生約15 萬人，由于現有河道防洪能力有限，發生超標洪水時將造成不可估量的損失。通過實地勘查及綜合考慮地形高差、居民、工礦企業分布情況等，大學城段上游格盟能源附近為一低洼地段且沒有村莊、企業，通過修建圍堤及進、泄洪節制閘，發生洪災時可以有效蓄滯洪水，因此在格盟能源附近規劃黑河蓄滯洪區。黑河蓄滯洪區規劃圖見圖1。

圖1 黑河蓄滯洪區規劃圖

4 設計洪水分析

1）防洪標準

依據《防洪標準》（GB50201-2014）[1]，同時考慮城鄉長期發展規劃，著眼長遠，維護河湖健康生命、實現河湖功能永續利用，綜合分析確定黑河防洪標準。

黑河蓄滯洪區規劃建設在格盟能源附近，本次在格盟能源下游設格盟能源斷面進行設計洪水分析，格盟能源斷面上游為鄉鎮及鄉村河段，人口小于20 萬人，依據《防洪標準》（GB50201-2014），防護區等級為Ⅳ等，防洪標準為10～20年一遇洪水，本次上游段防洪標準為20年一遇；下游為高校新校區段，防護區等級為Ⅲ等，防洪標準為50年一遇洪水。

2）設計洪水

黑河流域內未設水文測站，本次計算洪水采用《山西省水文計算手冊》[2][3]（2011年出版）（以下簡稱《手冊》）中提供的方法進行。本次在格盟能源設一個計算斷面。流域特征值見表1。

表1 計算斷面以上黑河流域特征值參數表

格盟能源斷面設計洪水依據《手冊》采用3 種方法進行計算，分別為：綜合瞬時單位線法，推理公式法、經驗公式法，綜合分析比較后選用合理成果。本次洪水計算結果分析對照成果見表2。

表2 設計洪水計算結果比較表

3）洪水成果合理性分析及采用

格盟能源斷面的設計洪水采用《手冊》進行，三種方法各有一套完整的計算方法，且各種參數均通過大量的實測水文資料率定與驗證，從上表計算成果來看，三種計算方法計算結果均比較接近，但經驗公式法為一種估算方法僅作參考，綜合瞬時單位線法比推理公式法的理論計算更完善、可靠且綜合瞬時單位線法計算結果略大，出于工程安全考慮，本次洪峰流量、24 h 洪量采用綜合瞬時單位線法的計算成果。

《榆次區黑河河道治導線規劃》[4]（2019.3）中設計洪水已批復，采用《手冊》流域模型法計算成果，第一段黑河源頭至平地泉村（樁號0+000-5+200），20年一遇洪峰流量81.2 m3/s；第二段平地泉村到格盟能源（樁號5+200-13+800），20年一遇洪峰流量148 m3/s；第三段是格盟能源到澗河匯入口（樁號13+800-18+276），50年一遇洪峰流量198 m3/s。本次計算設計洪水成果格盟能源斷面綜合瞬時單位線法20年一遇與批復成果相近，說明本次設計洪水采用參數合理。

格盟能源斷面不同頻率的采用設計洪峰、洪量成果見表3，格盟能源斷面采用洪水過程線見表4。

表3 格盟能源斷面設計洪峰、洪量成果表

表4 格盟能源斷面洪水過程線

洪水過程時段20.002%流量3.33%流量5%流量0.350.140.14 20.250.280.110.11 20.500.220.080.09 20.750.180.070.07 21.000.140.050.05 21.250.110.040.04 21.500.090.030.03 21.750.070.020.03 22.000.060.020.02 22.250.050.010.02 22.500.040.010.01 22.750.030.010.01 23.000.020.010.01 23.250.020.010.01 23.500.020.000.00 23.750.010.000.00 24.000.010.000.00 24.250.010.000.00 24.500.010.000.00 24.750.000.000.00 25.000.000.000.00

5 洪水調節計算

1）洪水調度運用原則

黑河蓄滯洪區在黑河超過下游河道過流能力或河道發生險情、防汛特別緊張時，向黑河蓄滯洪區分洪，承擔黑河流域防洪任務。據分析，在現狀情況下，當黑河來水量超過104 m3/s 時，應充分利用黑河蓄滯洪區2 行洪，加強防守；當河道發生險情或防汛特別緊張時，利用黑河蓄滯洪區1、2 蓄洪。其運用機遇相當于50年一遇。

2）蓄滯洪區緩洪庫容計算

規劃黑河蓄滯洪區分1、2 兩區，實行分區聯合運用。秋郭線以北為黑河蓄滯洪區2，秋郭線以南為黑河蓄滯洪區1，當黑河發生20年一遇洪水時，使用黑河蓄滯洪區2 滯洪；當黑河發生30年一遇洪水時，使用黑河蓄滯洪區1 滯洪；當黑河發生50年一遇洪水時，同時啟用黑河蓄滯洪區1、2 滯洪。

結合以上水文成果，蓄滯洪區上游20年一遇洪峰流量為148 m3/s，30年一遇洪峰流量為178 m3/s，50年一遇洪峰流量為192.4 m3/s，下游河道最大過流能力為104 m3/s，即通過項目實施，發生標準洪水時，黑河20年一遇入蓄滯洪區流量148 m3/s，30年一遇入蓄滯洪區流量178 m3/s，50年一遇入蓄滯洪區流量192.4 m3/s，出蓄滯洪區流量為104 m3/s。根據洪水過程線、下游下泄最大流量計算，20年一遇所需容納的最大24 h 洪量為8 萬m3，蓄滯洪區最小庫容為8 萬m3；30年一遇所需容納的最大24 h 洪量為17 萬m3，蓄滯洪區最小庫容為17 萬m3；50年一遇所需容納的最大24 h 洪量為24 萬m3，蓄滯洪區最小庫容為24 萬m3。

綜上所述，當發生20年一遇洪水時，啟用黑河蓄滯洪區2 行洪；當發生30年一遇洪水時，啟用黑河蓄滯洪區1 行洪；當發生50年一遇洪水時，共同啟用黑河蓄滯洪區1、2 行洪。洪水蓄滯洪區最小庫容計算曲線見圖1、2、3。

圖1 20年一遇洪水蓄滯洪區最小庫容計算曲線

圖2 30年一遇洪水蓄滯洪區最小庫容計算曲線

圖3 50年一遇洪水蓄滯洪區最小庫容計算曲線

6 結論

黑河下游高校新校區段防洪標準為50年一遇，但現狀河道過流能力不滿足50年一遇，在下游城區河道堤防加高也不能滿足要求，故需要在洪水匯入高校新校區前蓄滯部分洪水。

通過在荒地、耕地等洼地規劃建設蓄滯洪區，待發生相應標準的洪水時可人為消減洪峰或短期阻滯洪水，以保護下游人民生命財產安全，或在發生超標準洪水時為下游人員轉移提供充足的時間保障。