延安主城区河道行洪能力分析

宋 兵

延安是中国革命的圣地和国家历史文化名城，是陕北政治、经济、文化的中心，改革开放以来，经济建设取得了令人瞩目的成就。经济的飞速发展，为延安的城市建设注入了活力，延安市区地处延河之滨，凤凰山、清凉山、宝塔山三山环抱，受地理条件限制，城市发展多沿河流川道进行，加之近多年来延河上新建了大量的桥梁、堤防、河滨公园等涉河工程，原有的河床河貌发生了变化，致使城区河道行洪能力也相应发生改变。因此，搞清现状下延安主城区河道行洪能力是非常必要的。

1 延河概况

延河为黄河右岸一级支流，发源于陕西省靖边县天赐湾乡周山南麓，经安塞县镰刀湾乡杨石寺村附近进入延安境内，自西北流向东南，经安塞、宝塔、延长等县（区），于延长南河沟乡凉水岸汇入黄河。延河全长286.9 km，流域面积7725 km2，平均比降3.3‰。市内河长248.5 km，市内面积7321 km2，主要支流有杏子河、坪桥川、西川河、南川河、蟠龙川等。

根据河谷发育形态，延河可以划分为三段：上游段，河源至化子坪，河谷狭窄多呈V形，河床最窄处宽度近10 m左右，最宽处不过80 m，河道平均比降6.7‰，河道弯曲度较大；中游段，化子坪至甘谷驿，长114.8 km，为延河主要河段，河谷明显展宽，平均宽度达600 m；下游段，甘谷驿至河口，长110.4 km，在火焰山至河口的20 km内，河谷陡然变窄，河宽仅30～100 m，形成典型的陡壁峡谷。

2 延安城区防洪标准

依据《防洪标准》（GB50201-2014）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）、《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）及《延安市城市防洪总体规划》、《延安市城市防洪工程初步设计报告》等有关规范和主管部门批复防洪规划成果，延安城区延河干支流段近期按30年一遇洪水设防，远期于干流上游安塞真武洞修建以防洪为主的龙安水库，提高延安城区段延河干流的防洪标准至100年一遇洪水标准。

3 行洪能力分析范围

本次延河主城区河道行洪能力分析范围涉及延河干流、西川河和南川河，具体范围为：延河干流杨家湾大桥至罗家坪大桥段，长约9.27 km；西川河邓家沟桥至延河入汇口段，长约2.2 km；南川河干流高苑桥至延河入汇口段，长约2.5 km。

4 设计洪水

延河干流延安城区段设有延安水文站，控制流域面积3208 km2，有1959～2015年共57年的洪水资料。支流西川河设有枣园水文站，控制流域面积719 km2，有自1971～2015年共45年实测洪水系列。

延河干流延安城区段设计洪水计算工作因规划设计和工程建设需要，以往曾进行过多次。2003年陕西省水利电力勘测设计研究院编制《延安市城市防洪工程初步设计报告》，对该段设计洪水进行了详细分析论证，并由黄委会批准实施。2013年我院编制的《陕西省重要支流延河防洪治理工程（延安城区段）初步设计报告》中，在省院2003年计算成果的基础上，再次对延河干流延安城区段设计洪水进行了补充分析，该报告中计算成果通过了水利部水规总院、陕西省水利厅的审查。鉴于延河延安城区段设计洪水涉及延河规划、堤防建设和河道管理等多方面因素，为保持前后时期设计洪水成果的统一，本次计算该段设计洪水仍采用我院2013年“延河防洪治理初设”成果。延河干流延安城区段不同频率设计洪水成果详见表1。

西川河、南川河段设计洪水以枣园站为参证站，按面积比拟法计算，其中南川河集水面积为扣除上游林区的面积。成果详见表1。

表1 延安主城区段延河干支流设计洪水成果表

5 水面线计算

5.1 计算公式

采用河道恒定非均匀流能量方程式进行计算河道天然水面线。计算公式为：

式中：Z为断面水位，m；V为断面平均流速，m3/s；α为动能修正系数；hf、hj分别为沿程水头损失和局部水头损失，m。

5.2 计算依据

（1）计算断面

计算断面采用实测的河道横断面资料。根据河道实际情况，断面布设主要遵循：考虑水面线的变化，尽量使分段内水面坡度接近一致，避免断面的大小、形态发生急剧变化；布置断面时要结合桥梁的位置和特点，设置桥前断面。

（2）河道糙率

河道糙率与河道形态、河床质组成、植被、河道流量、河道中是否有阻水建筑物等有关。本次计算河道糙率通过试糙法对实测洪水进行拟合得到，经分析，延河干流糙率变化在0.024～0.033之间，支流糙率变化在0.03～0.035之间，城区段河道已基本“渠槽化”，堤线顺直，断面规则，不存在严重阻水现象，河道糙率延河干流取0.030，支流取0.033。

5.3 水面线成果

本次水面线计算根据确定的计算参数，利用美国陆军工程兵团水文工程中心开发的HEC-RAS水面线计算程序，从下游起始断面逐断面进行推算，得到城区各河段天然水面线。各分析段水面线成果见表2～4。

表2 延河干流段水面线成果表

表3 西川河段水面线成果表

表4 南川河段水面线成果表

6 河道行洪能力分析

延安市城区段河道上修建了众多的桥梁工程，这些桥梁对河道行洪存在一定程度的影响，根据相关规范，一般来说桥梁的防洪标准要高于河道堤防的防洪标准，延安市区跨河道桥梁的防洪设防标准一般不低于五十年一遇，发生三十年一遇设计标准洪水时，桥梁会产生一定壅水，但壅水高度很小，本次行洪能力分析不考虑桥梁壅水的影响。

在进行河道行洪能力分析时，通过点绘三十年一遇洪水水面线和河道左右岸堤顶高程线套图，对比分析水面线高程与堤顶高程的高低关系得出相应河段是否能通过三十年一遇洪水的结论。堤防超高延河干流按1.0 m计，支流西川河和南川河按0.8 m计。延河干流、西川河、南川河分析河段30年一遇洪水水面线与河道左右岸堤顶高程线对比图详见图1～图3。

图1 延河干流段水面线与堤顶高程对比图

图2 西川河段水面线与堤顶高程对比图

图3 南川河段水面线与堤顶高程对比图

从水面线与堤顶高程线对比图中可以看出：

（1）延河干流分析段发生30年一遇设计洪水时，左岸约70%的堤段、右岸约60%的堤段可以满足行洪要求，部分堤段不满足行洪要求，河道总体防护能力偏低。

（2）西川河分析段右岸多为天然山体，左岸为堤防工程，本段堤防基本满足30年一遇设计洪水的行洪要求，部分河段堤防安全超高不足。

（3）南川河分析段在发生30年一遇设计洪水时，南川河河口处干支流洪水遭遇，干流洪水顶托支流洪水形成一定范围的回水区，该段部分堤段的堤顶高程不够行洪要求。

7 结语

通过本次计算，初步了解了延安主城区河道行洪能力现状，随着延安城市建设的发展，延安主城区各类涉河建设项目逐渐增多，为下一步的城市防汛、河道整治、绘制淹没图等都提供了重要参考。本次计算未考虑城区河道上众多桥梁对行洪的影响，下阶段应详细考虑桥梁等河道建筑物对于行洪的影响。