府谷縣城段防洪能力與超標準洪水探析

王 鋒

（府谷縣防汛抗旱指揮部辦公室，陜西 榆林 719499）

1 概況

陜西省府谷縣城坐落在黃河與孤山川交匯處，上距黃河天橋水電站8 km。府谷縣城區面積約28 km2，既是陜西經濟十強縣之一，又是黃河流入陜西省的第一縣和全省防汛重點縣。為了確保主城區和新區的防洪安全，須對縣城防洪能力進行評估，科學確定縣城超標準洪水條件，以便科學制定應對預案。

黃河從府谷縣東部墻頭農業園區入境，縣內流程103 km[1]，府谷縣城段約10 km。黃河府谷段實測最大洪峰流量14 300 m3/s（1989年7月21日府谷站實測），調查最大洪峰流量為17 500 m3/s（1945 年7月13日）。府谷縣屬于中溫帶半干旱大陸性季風氣候，多年平均降雨量406 mm，年最大降水量829.6 mm，最小降水量199.6 mm。

孤山川自內蒙古羊市塔入境，縣內河長57.0 km，流域面積1018 km2。孤山川從縣城中部匯入黃河，流經城區7 km。1977 年8 月2 日實測最大洪峰流量10 300 m3/s，調查最大洪峰流量150 00 m3/s（1946年7月18日）[2]。

2 洪水特性

黃河府谷段洪水主要源于黃河上游和中游兩地區洪水組合，黃河中游地區的洪水主要由暴雨形成，黃河中游暴雨多發生在7、8月份，其特點是強度大、歷時短，加上支流眾多、坡度較陡等有利的匯流條件，故形成尖瘦的洪水過程，一般洪水歷時為1～2 d。府谷縣縣城段黃河洪水受萬家寨水電站和天橋水電站水庫調節影響，汛期主流較穩定。

孤山川洪水主要源于流域性強降雨，徑流時空變化與降雨分布基本一致，年內大部分徑流主要集中于7-9月份，約占全年總量的70%。孤山川流域除河源有小面積蓋沙區，其余均為黃土丘陵溝壑區，溝系發育，產匯條件較好，較大支流有陽灣川、新城川、木瓜川，流域面積分別為119、192、196 km2，孤山川洪水特點為洪峰尖瘦，陡漲陡落，洪水具有強度大、洪峰高、歷時短、含沙量大的特點[3]。

3 防洪工程

3.1 庫壩工程

對府谷縣縣城防洪有影響的水庫有黃河天橋水電站和后河川水庫，淤地壩有大紅溝骨干壩，其防洪情況見表1。

3.2 堤防工程

府谷縣城區的防洪工程有主城區黃河大堤、孤山川左岸大堤、孤山川右岸大堤、新區黃河大堤總長17.8 km，現有各類穿堤建筑物38處，整體防洪能力為50 a一遇。其中主城區黃河大堤全長2961 m，保護面積3.4 km2，保護人口約4.5萬人；孤山川左岸大堤全長4817 m，保護居民住戶約6萬人；孤山川右岸大堤全長3 216.3 m，保護孤山川右岸人口約3 萬人，堤頂寬8 m。新區黃河大堤寬8 m；長6800 m，保護人口1.5萬人。

表1 庫壩防洪基本情況表

4 縣城防洪能力評估

府谷縣縣城多次遭受黃河及孤山川洪水襲擊，造成了嚴重損失，縣城遭遇典型洪水有1977 年、2003年洪水。

4.1 縣城及新區黃河段防洪能力評估

府谷縣黃河干流洪水受上游萬家寨水電站、龍口水電站、天橋水電站控制，府谷縣及周邊本地暴雨不足以造成黃河干流超標洪水。根據《黃河萬家寨、龍口水庫防洪搶險應急預案》分析，天橋水電站設計標準洪水為100 a一遇洪水，校核洪水為1000 a一遇洪水，洪峰流量分別為15 900 m3/s和22 400 m3/s，根據龍口水庫下游河道洪水演進計算結果，洪峰流量較為接近或大于天橋水庫設計洪水時，僅有發生萬年一遇洪水龍口水庫漫壩和萬年一遇洪水萬家寨水庫、龍口水庫潰壩兩種情況，此情況發生時，洪水到達天橋水庫庫尾皇甫川溝口的最大流量分別為10 898 m3/s 和19 974 m3/s，在不考慮皇甫川來水情況下，兩種情況的洪峰流量均小于天橋水庫的設計洪峰流量和校核洪峰流量，因此天橋水庫可按特大洪水入庫進行防洪調度。當出現百年一遇洪水時，天橋水庫調度最大下泄流量15 200 m3/s；當出現千年一遇洪水時，天橋水庫調度最大下泄流量19 200 m3/s。

府谷縣河濱公園建在黃河大堤外黃河灘地上，地面高程為813.3～814.6 m。洪水位高于此高程時，城區排洪渠出口容易被倒灌、堵塞，城區積水無法外排，城區將發生內澇，黃河城區段防洪警戒水位設為813.0 m，相應流量為11 600 m3/s。

黃河縣城段堤防防洪標準為50 a一遇洪水，相應洪峰流量為13 900 m3/s，超過此流量即為超標洪水，主城區低洼區將全部受淹，城區將受外洪內澇雙重威脅。

4.2 孤山川縣城段防洪能力評估

孤山川流域河道現狀與孤山川流域1977 年8月2 日發生洪水時河道相比，孤山川城區段兩岸商住區、公路等侵占河道嚴重，岸線也有一定變化，修建河堤后，孤山川城區段局部河段河寬由500 m 左右，縮窄至130 m 左右，最窄處為高石崖水文站，河寬130 m。根據孤山川堤防資料，該河段防洪標準為50 a 一遇洪水，相應洪峰流量為6450 m3/s，但現狀部分河段防洪能力達不到50 a一遇防洪標準，其中：孤山川華建橋至孤山川入黃口段防洪能力能夠達到50 a一遇洪水標準，華建橋段至華龍橋段實際防洪能力不足50 a一遇，尤其是華建橋斷面50 a一遇洪水水位為823.40 m，而大橋橋梁底高程僅為822.88 m，低于50 a一遇洪水水位，嚴重阻礙行洪。

4.3 黃河、孤山川洪水遭遇時縣城防洪能力分析

當黃河與孤山川洪峰不相遇時，或者孤山川產生的洪水量級小、時間短時，對府谷縣城的防洪影響不會太大，也不會造成危害。如果黃河與孤山川同時產生大洪水，或者孤山川洪水超過黃河洪水，且持續時間長時，就會在孤山川入黃口產生阻滯，并在匯合處以上形成很高的雍水，造成洪水倒灌侵入縣城，威脅縣城防洪安全。雖然上述兩河洪水遭遇的概率非常低，但是鑒于1977 年曾經發生過，考慮這種特殊洪水組合情形也是必要的。

4.4 后河川水庫對縣城防洪能力影響

4.4.1 水庫泄洪流量

后河川水庫位于府谷縣孤山川下游左岸支溝后河川，距溝口2.7 km，是一座以攔泥、防洪為主的小⑴型水庫。水庫總庫容812.33 萬m3，興利庫容7.80 萬m3，調洪庫容255.73 萬m3，死庫容548.80 萬m3，目前已淤積535.63 萬m3。溢洪道設在大壩左岸，為開敞式平底寬頂堰，無閘門控制，輸水建筑物為豎井式放水塔結構，輸水流量0.2 m3/s，設計最大泄洪量78.25 m3/s。后河川水庫發生50 a 一遇設計洪水時，設計泄洪流量525 m3/s；500 a一遇校核洪水時，設計泄洪流量930 m3/s。

4.4.2 潰壩洪水分析

根據2013年水庫測淤成果，后河川水庫剩余總庫容W=276.7萬m3，水庫壩頂長（B）212.5 m，最大壩高（H）52 m，壩頂高程148.60 m，淤泥面高程134.20 m。

當潰壩時，壩前上游水深H0=壩頂高程-淤泥面高程=148.6-134.2=14.4 m。

潰壩決口寬度估算采用黃河水利委員會經驗公式b=0.1 KW1/4B1/4H1/2，式中：b為潰口寬度，m；W為剩余總庫容，276.7 萬m3；B 為壩頂長度，212.5 m；H為壩高，52 m；K 為經驗系數，粘土取0.65，壤土取1.3[4]。

則：b=0.1×1.3×276.71/4×212.51/4×521/2=14.6 m

潰口壩址最大流量估算采用肖克列奇經驗公式Qm=8/27g1/2（B/b）1/4bH03/2進行估算，式中：Qm 為潰口壩址最大流量，m3/s；g 為重力加速度，9.8（m3/s）；b為潰口寬度，m；H0為潰壩前上游水深，14.4 m。

則：Qm=8/27×9.81/2×（212.5/14.6）1/4×14.6×14.43/2=1 445.23 m3/s

4.4.3 水庫工況對縣城防洪能力影響

后河川水庫從2010年除險加固后，水庫基本干涸，蓄水量少，10 年來沒有通過溢洪道進行泄洪。水庫下游后河川河道內民房、商鋪林立，主要有沙后河中心小學、府谷縣恒捷汽貿有限公司、府谷縣汽車站、榮聯生態園等。目前水庫下游后河川河道行洪通道斷面狹小，不能滿足標準內洪水泄流，發生超標洪水甚至水庫潰壩后，將嚴重威脅水庫下游后河川河道內人民生命財產安全。若孤山川河道內無洪水，進入孤山川河道內的潰壩洪水低于孤山川河道安全泄量，對孤山川左、右岸防洪無影響；若孤山川河道內有較大洪水產生，潰壩洪水將與河道內洪水疊加，嚴重威脅孤山川河道兩岸人民生命財產安全。

4.5 大紅溝骨干壩潰壩對縣城防洪能力影響

4.5.1 大紅溝骨干壩泄洪流量

大紅溝骨干壩位于府谷鎮高石崖村，孤山川一級支流沙川溝溝口，是一座以攔蓄洪水徑流和泥沙為主的控制性工程。剩余攔泥庫容145.28萬m3，滯洪庫容97.92萬m3，總庫容346.45萬m3，設計洪水下泄流量為23.08 m3/s，校核洪水時下泄流量為48.54 m3/s。其50 年一遇洪峰流量為262.12 m3/s，校核洪水500 a 一遇洪峰流量為404.93 m3/s。設計淤積年限為19.31年。淤地壩下游有沙川溝村、高石崖村、沙川溝電廠、加氣站、醫院、學校、市場、商鋪等各種重要設施。

4.5.2 潰壩洪水分析

根據2016年大紅溝骨干壩除險加固設計資料，大紅溝骨干壩總庫容346.45 萬m3，已淤積庫容103.25 萬m3，剩余總庫容W=243.20 萬m3，壩頂長（B）210.0 m，最大壩高（H）36 m，壩頂高程865.00 m，淤泥面高程853.00 m。當潰壩時，壩前上游水深H0=壩頂高程-淤泥面高程=12.0 m。

潰壩決口寬度估算與壩址最大流量估算同后河川水庫。

潰口寬度：b=0.1×1.3×243.21/4×2101/4×361/2=11.73 m

潰口壩址最大流量：Qm=8/27×9.81/2×（210/11.73）1/4×11.73×123/2=983.08 m3/s

4.5.3 淤地壩工況對縣城防洪能力影響

大紅溝骨干壩常年基本干涸，蓄水少，沒有通過溢洪道進行泄洪。大紅溝骨干壩下游沙川溝溝道內民房、商鋪林立，主要村莊有沙川溝村、高石崖村，主要企業有陜西府谷發電公司、信實建材城、百安美居建材城、前石畔家居建材城等。因沙川溝內人口密集，建筑物林立，嚴重擠占溝道，且沙川溝前段蓋板封閉，嚴重降低了過洪能力，淤地壩泄流可能造成較嚴重內澇災害，發生超標洪水甚至潰壩后，將嚴重威脅壩下游溝道內人民生命財產安全。若孤山川河道內無洪水，進入孤山川河道內的潰壩洪水低于孤山川河道安全泄量，對孤山川左右岸防洪無影響；若孤山川河道內有較大洪水產生，潰壩洪水將與河道內洪水疊加，嚴重威脅孤山川河道兩岸人民生命財產安全。

5 結語

經過對府谷縣城水利設施及堤防、庫壩工程的防洪能力評估分析可知，當府谷水文站預報黃河流量將超過13 900 m3/s 或高石崖水文站預報孤山川流量將超過5000 m3/s時，預示著洪水超過府谷縣城防洪能力，將出現超標準洪水。因為在短期內無法進行工程搶險，應該立即啟動應急預案，撤離危險區域群眾。