黄壁庄水库下游河道洪水分析

门广惠

（河北省水利水电勘测设计研究院，石家庄 300250）

1 问题的提出

流域上游已建大中型水库后，下游地区的洪水受上游水库调节下泄和区间来水的共同影响，水库下泄洪水是否与区间洪水遭遇，洪水在河道的水量损失、坦化削峰，都将影响各河段的洪峰流量。因此，充分考虑水库与区间洪水遭遇状况、河道内洪水损失等因素，做好水库下游的设计洪水分析计算，直接关系到下游的防洪安全及上游水库的运行调度。本文对黄壁庄水库下游河道洪水进行分析。

2 水库与区间洪水遭遇分析

1956年和1963年8月的大暴雨强度大、范围广，暴雨中心自南向北移动，1956年暴雨中心位置较1963年位置偏西50～60km，1956年黄壁庄上下游暴雨均集中在8月2～4日，过程相遭遇，1963年黄壁庄上、下游暴雨集中在8月2～8日连续7d时间内，上游主暴雨出现在8月4日，下游出现在8月4日和6日，下游主雨峰略滞后于上游，遭遇情况更为严重。

1996年8月暴雨过程强度大、历时短，3d暴雨主要集中在一天的时间，如黄壁庄站最大24h雨量占3d雨量的98.7%，其短历时暴雨为有资料记载的第1位。

黄壁庄上、下游站雨峰均集中在8月4日，上、下游暴雨同时发生。根据实测资料分析，区间最大洪峰流量发生在4日21时左右，而黄壁庄水库泄量大于3300m3/s起始时间是4日20时，因此，1996年8月洪水区间洪水过程与黄壁庄水库泄流过程相遭遇。

根据上述几场大暴雨和洪水的资料分析，由于黄壁庄水库在遇50年一遇标准洪水时的限泄时间长达50～70h，因此与区间洪峰相遭遇的可能性非常大，因此在计算洪水时应按不利组合进行叠加考虑。

3 洪水损失分析

滹沱河设计洪水应由黄壁庄水库下泄及黄壁庄至北中山区间洪水两部分组成，但几十年来北中山的实测洪水量都小于黄壁庄的下泄量，主要是由于滹沱河黄壁庄水库以下为沙质河床，河床渗透性强，洪水传播过程中的损失水量较为明显，同时河道的调蓄作用也是水量损失的原因之一。

3.1 河道渗漏损失条件分析

根据不同时期河北省地下水埋深等值线图，黄壁庄水库下游区域地下水埋深从20世纪60年代以来一直处于逐年下降趋势。黄壁庄水库下游区域地下水埋深变化如图1。

图1 地下水埋深变化图

根据1980，1985，1990，1995年浅层地下水低水位期水位埋深及等值水位线图分析，对于黄壁庄水库下游滹沱河区域，1980年正定以上地下水埋深2m，正定～藁城段地下水埋深4～6m，藁城以下地下水埋深6～8m；1985年正定以上地下水埋深6～8m，正定附近地下水埋深15～20m，正定以下地下水埋深10～15m；1990年正定以上地下水埋深5～10m，正定附近地下水埋深20～30m，正定以下地下水埋深15～20m；1995年正定以上地下水埋深10～25m，正定附近地下水埋深25～35m，正定以下地下水埋深20～25m。随着时间推移，地下水下降速度逐年增加，20年间，正定以上地下水埋深下降8～20m，正定附近受石家庄地下水漏斗影响，地下水埋深已发展到40m，正定以下下降14～20m。

据相关资料，黄壁庄下游存在一完整的地下水库，水库边界清晰，北部边界为滹沱河冲洪积扇与磁河冲洪积扇的扇间地带，包气带以黏土为主；东界为地下水分水岭；东南界以储水沙层明显变薄的交错沉积带为界；西南边界包气带以黏土为主；西北边界为黄壁庄水库主、副坝，面积400km2。滹沱河石家庄以上可形成11亿m3的地下调蓄水库。

滹沱河河床附近，自上而下为连续砂、砾石、卵石层，局部夹黏性土透镜体，上部以细砂、中粗砂为主，厚度5～22m，之下以砾石、卵石为主，厚度3～8m，入渗条件较好。

地下水埋深增加，特殊的区域水文地质条件，为滹沱河河道洪水损失提供了有利条件。

3.2 实际洪水损失分析

滹沱河设计洪水由黄壁庄水库下泄及黄壁庄至北中山区间洪水两部分组成，但几十年来北中山的实测洪水都小于黄壁庄的事实表明，该河道的调蓄作用和输水损失不容忽视。因此，从实测大洪水年份洪水损失情况，对滹沱河河道洪水损失进行分析。

在黄壁庄、北中山水文站同步观测系列中，1955，1956，1963，1996年4场大洪水，1988年为近年来黄壁庄水库正常溢洪道泄洪时间较长的一次较小洪水（约相当于10年一遇），为了分析黄壁庄水库下泄洪水与黄壁庄～北中山区间洪水的遭遇情况，以及洪水在滹沱河河道中的损失和洪峰坦化情况，选择上述年份逐年进行分析。

1955年丰水期唯一没有跑水的一年，黄壁庄水库未建，资料较完整。上游黄壁庄站7日13时出现洪峰流量3820m3/s，2.5h后正定测得洪峰3620m3/s，尽管有4条小河汇入，但洪峰仍减小200m3/s，11h后北中山站出现洪峰流量1830m3/s。考虑区间入流，黄壁庄～北中山洪峰削减52%；3d洪量黄壁庄4.06亿m3，正定4.22亿m3，北中山3.03亿m3。 考虑区间入流，正定～北中山3d洪量削减28%，不考虑区间入流，黄壁庄～北中山3d洪量削减25%。

1956年黄壁庄未建库，8月4日10时出现洪峰13100m3/s，3h后正定出现洪峰12500m3/s（虽然有区间小河入流，但仍减少600m3/s），考虑区间入流洪峰584m3/s，黄壁庄～正定区间洪峰减少1184m3/s，削减9%；3d洪量黄壁庄为17.43亿m3，正定为17.72亿m3（增加了0.29亿m3），考虑区间入流0.68亿m3，黄壁庄～正定区间纯损失水量为0.39亿m3，削减量为2%。正定～北中山之间决口跑水较为严重，8月3日北堤在藁城、无极县庄里漫决，6日封堵，部分水经磁河入潴龙河，4日北堤又在深泽西赵庄决口，8月14日堵闭，部分水入清南平原，由于决口地方较多，各单位虽进行了一些调查工作，但都无法准确还原水量。北中山8月5日1时出现洪峰6150m3/s，3d洪量为10.5亿m3， 黄壁庄～北中山洪峰削减53%，3d洪量削减41%。但由于未考虑区间入流及决口漫溢损失，该成果偏大。

1963年黄壁庄水库已投入运用，根据实测资料黄壁庄3d下泄水量为12.13亿m3，北中山实测3d水量为9.95亿m3，经过计算，区间产流量为2.31亿m3，由于滹沱河北岸无极县牛辛庄决口漫溢，过水日期为8月6～9日，漫溢水流经磁河入潴龙河，据1964年水利电力部水文局编制的《海河流域南运河、子牙河、大清河水系1963年8月洪水调查报告》估算4d漫溢量2.49亿m3。据此分析3d总漫溢量约2.33亿m3。由此计算3d洪量由黄壁庄到北中山削减15%。

1988年水不算大，但没有跑水，资料较完整。黄壁庄最大下泄流量700m3/s，黄壁庄6d下泄水量加区间产流量为4.22亿m3。北中山站实测洪峰流量为400m3/s，6d洪量为2.23亿m3。由此可见洪峰削减43%，6d洪量削减47%。

1996年8月洪水，采用调整后的黄壁庄水库下泄过程及北中山实测流量进行分析，1996年洪水黄壁庄水库最大下泄流量为5700m3/s，最大3d下泄水量为10.22亿m3，北中山水文站实测洪峰流量为4240m3/s，最大3d洪量为5.94亿m3，经计算，正定以上区间产峰为1500m3/s，黄壁庄～北中山区间相应3d产流量为1.09亿m3。考虑1996年黄壁庄至北中山区间决口16处，其中藁城12处，无极4处，过流时间为8月5～10日，省水文局估算漫溢水量约2.49亿m3。相应最大3d还原水量为2.0亿m3。由此分析可得3d洪量黄壁庄～北中山削减30%；洪峰流量削减35%（未考虑决口洪峰值）。

综上分析表明，从20世纪50～90年代，几场大中洪水典型中，尽管洪水特性的丰枯不同，地下水位亦有较大变化，在考虑黄壁庄～北中山区间决口漫溢还原后，北中山的实测洪水都小于黄壁庄水库下泄量。各典型年洪量损失幅度为15%～47%，其中1963年最小为15%。实测大洪水年中，1963年和1996年区间洪水都大于50年一遇洪水，洪水标准越高，损失比例相应越小。同时考虑到1963，1996年洪水黄壁庄水库下泄3300m3/s情况下，在河道中行洪时间加长，损失必定增加的因素，以及现状下垫面地下水漏斗越演越烈的事实，设计情况下（50年一遇）选用1963年损失量势必偏小，而取1963，1996年实际损失的中间值20%～25%比较安全可信。

设计条件下黄壁庄～北中山区间流量损失是分析的重要环节。在典型年中，黄北区间洪峰流量损失系数比较可靠的是1955，1988年，分别为52%、43%。由于分析洪峰损失年份较少，且量的损失比峰的损失小，因此借用量的损失计算的设计洪水成果偏于安全。综合分析，50年一遇洪水过程按入流总水量的20%～30%计算是合理的。

4 分段设计流量

分段流量的推求采用改进的马斯京根法，即加入洪水损失的演进方法。其计算方法是在常规演进方法基础上根据地形条件按河段加入损失水量。常规马斯京根法计算公式为：

式中 I为河段上段面入流量；O为河段下段面出流量；W为河段的槽蓄量；K为槽蓄系数，具有时间因次；x为流量比重因子，无因次；Q′为示储流量；t为时间。

黄壁庄水库至滹沱河控制站北中山的设计洪水按区间洪水汇入情况和演进、损失情况进行分析。

黄壁庄至北中山河段设计洪水复核成果如表3。

表3 分河段设计洪水成果 单位：m3/s

5 结语

黄壁庄水库下游河道的设计洪水，是确定下游滹沱河河道治理工程规模的主要依据，如果计算偏小，不利于防洪安全；偏大会导致工程规模加大，造成浪费。在分析水库下游洪水与区间洪水遭遇的基础上，充分考虑了洪水入渗及拦蓄削峰等因素，提出了黄壁庄水库下游河道各段设计洪水流量，可作为河道参考依据，设计洪水分析思路对类似建库河道下游设计洪水分析也具有一定借鉴作用。

［1］詹道江，叶守泽.工程水文学［M］.北京：中国水利电力出版社，2000.

［2］邱大洪.工程水文学［M］.北京：人民交通出版社，1999.

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［4］费永法.历史特大洪水对设计洪水频率曲线参数及设计值的影响［J］.水力发电学报，1999（4）.

［5］石家庄城市水资源规划领导小组.河北省石家庄市南水北调城市水资源规划报告［R］.2001.