龙安水库洪水分析研究

梁 曦，惠 蕾，常 青

（1.陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001；2.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710001）

0 前言

延河是黄河右岸一级支流，发源于榆林靖边县边境白于山南麓，由西北流向东南，纳入坪桥川后经安塞县城，在碟子沟纳入杏子河，至枣园乡纳入西川，在宝塔山纳入南川，折向东北，至姚店北纳入潘龙川，过甘谷驿再折向东南，从延川县西河沟乡注入黄河。延河全流域面积7725 km2，河长286.9 km，流域呈羽毛状，支流如叶脉分布，主要支流有坪桥川、杏子河、西川河、南川河、潘龙川等。以安塞县化子坪、延安甘谷驿为界，将延河划分为上、中、下游河段。河源至化子坪为上游段，河谷狭窄多呈V形，河川最窄处宽度仅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；化子坪至甘谷驿为中游，长114.8 km，河谷明显展宽，平均宽度达600 m；甘谷驿至河口为下游段，长110.4 km，在火焰山至河口的20 km内，河谷狭窄，河宽仅30～100 m，形成典型的陡壁峡谷。

龙安水库位于延河干流安塞水文站上游约11 km处。龙安水库坝址以上流域地形西北高、东南低，为黄土丘陵沟壑，控制流域面积1198 km2，河长75.5 km，河道平均比降3.12‰。龙安水库是一座以防洪为主，兼顾供水、减淤，结合发电的水库工程，研究水库洪水对于大坝安全有着重要意义，同时对确保下游安塞县及延安市城市防洪保安有重要作用。

1 洪水特性

流域洪水主要由暴雨形成。暴雨最早发生在5月，最迟出现在9月，但量级和强度较大的暴雨一般发生在7～8月。

暴雨分为两种类型：一种是锋面雨，其特点是历时长，强度均匀，笼罩面积大；另一种是雷暴雨，其特点是雨量集中，历时短，强度大，笼罩面积小。延河流域暴雨以雷暴雨出现机率较多。

洪水最早出现在5月，最迟到9月，但量级较大洪水一般均发生在7~8月。由于流域内山高坡陡，垦植指数高，植被稀疏，同时河槽调蓄能力较差，故洪水一般历时短，暴涨暴落，峰高量小，峰型尖瘦，一次大洪水历时约1~2天，主峰一般在12小时以内。

2 设计洪水

2.1 安塞站设计洪水

安塞站具有1981~2016年共36年实测洪水资料，选样方法采用年最大值法，即每年只选取最大一个瞬时洪峰流量，作为频率计算的样本；洪量采用固定时段独立选取年最大值法，即在年内各次洪水中，分别独立选取其年最大值，设计时段采用 24 h、3日。

②历史洪水及重现期

1977年，陕西省水文总站陕北分站为摸清“77.7”雨洪规律，对延河真武洞河段进行了洪水调查。1978年陕西省水电设计院为龙安水库设计洪水提供洪水资料，在延河李家沟河段进行过洪水调查。根据《陕西省洪水调查资料》整编成果，延河李家沟河段历史上发生过三次大洪水，即1917年、1977年、1969年，洪峰流量分别为 3040 m3/s、2390 m3/s、1820 m3/s；延河真武洞河段在1977年发生大洪水为2710 m3/s。真武洞河段1917、1969年历史洪水以1977年真武洞段与李家沟段倍比放大，分别为3447 m3/s、2064 m3/s。1917年洪水距今100年，故1917年洪水重现期确定为100年一遇，1977年洪水重现期确定为50年一遇，1969年洪水量级不大按连序系列处理。

以安塞站同场次洪峰、洪量资料进行相关分析，相关方程为 W24h=2.2975Q0.9093(r=0.87)、W3日=7.2261Q0.7869(r=0.84)。由此可以推求1917年、1977年、1969年W24h洪量分别为：3783万 m3、3040 万 m3、2373 万 m3，3 日洪量分别为：4391 万 m3、3630 万 m3、2932 万 m3。

③安塞站洪水频率计算

根据1981~2016年36年实测资料系列，加入1917年、1977年历史洪水，按不连序系列处理，用矩法计算统计参数作为初试值，采用皮—Ⅲ型曲线目估适线，适线时着重考虑曲线中、上部较大点据，频率曲线见图1～2，统计参数及不同频率洪峰流量和洪水总量见表1。

图1 安塞站年最大洪峰流量及W24h洪量频率曲线图

图2 安塞站年最大3日洪量频率曲线图

表1 安塞站设计洪水成果表 单位：洪峰：m3/s;洪量：万m3

2.2 坝址设计洪水

坝址断面洪水计算以安塞站为参证站，采用下式计算：

式中：Q设、Q参分别为坝址断面和参证站洪峰流量；W设、W参分别为坝址断面和参证站洪水总量；F设、F参分别为坝址断面和参证站流域面积；n、m为面积比指数。

根据《陕西省延安市王瑶水库除险加固工程初步设计报告》（2002年），延河干流延安站、安塞站及支流西川枣园站，北洛河上游吴旗站及支流周水志丹站，清涧河子长站及杏子河王瑶水库等7个水文站设计洪水，其洪峰流量面积比指数n值为0.58，24 h洪量面积比指数m值为0.76，三日洪量面积比指数m值为0.86，面积比指数直接采用该成果。

根据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006），对于大型工程或重要的中型工程，用频率分析法计算的校核标准设计洪水，应对资料条件、参数选用、抽样误差等进行综合分析检查，成果可能偏小时，应加安全修正值。鉴于本工程为大（Ⅱ）型工程，同时承担了对革命圣地延安的防洪保护的重要任务，通过抽样误差分析计算，本次将龙安水库校核洪水的峰量均增加13%的安全修正值。

以工程5000年一遇修正后的校核洪水成果与邻近流域延安、安塞、枣园、吴旗、志丹、子长等水文站设计洪水进行比较分析：采用洪峰流量、洪量设计值与流域面积建立地区综合关系式，见图 3～图 4。当 P=0.02%时：Qm=146F0.58、W24h=41F0.76、W3日=22F0.86，成果见表2。设计频率下洪峰流量、24 h洪量、3日洪量频率计算成果相比地区综合公式成果偏小约13%左右，分析原因主要是由于安塞站实测洪水系列样本相对总体略偏枯所致。鉴于此，龙安水库校核洪水加入安全修正值抬高13%是合理的。

图3 邻近流域水文站Qm～F和W24h～F关系图

图4 邻近流域水文站W3日～F关系图

表2 龙安水库校核洪水成果分析表

表3 龙安坝址设计洪水成果表 单位：洪峰：m3/s;洪量：万m3

2.3 成果采用及合理性分析

（1）洪峰流量及不同时段洪量统计参数比较

比较安塞站洪峰流量、年最大24小时洪量、3日洪量的平均流量可以看出：洪峰流量（491 m3/s)大于24小时洪量的平均流量（76.6 m3/s），24小时洪量的平均流量大于3日洪量的平均流量（31.9 m3/s），说明洪水特征量的均值是合理的。变差系数Cv随着历时的增加而减小，即洪峰流量的Cv（1.18）大于24小时洪量的Cv（1.08），24小时洪量的Cv大于3日洪量的Cv（1.01），可见Cv符合延河流域水文变化规律。偏态系数Cs随历时增长而减少，洪峰流量Cs/Cv为3.0，24小时洪量和3日洪量Cs/Cv均为2.5，符合该地区规律。

（2）用峰量关系合轴相关图检查

把安塞站同次洪水的洪峰流量、24小时洪量、3日洪量点绘在合轴相关图上，其关系较好，且时段愈近，相关关系愈密切。分别在第一象限、第四象限、第三象限，定出Qm~W3日，W24h~W3日，W24h~Qm关系线，把洪峰流量及洪水总量的设计值，点绘在相关图上，与实测点据尚能协调，见图5。

以上分析说明，安塞站的设计洪水计算成果是合理的。龙安水库控制流域面积1198 km2占安塞站流域面积1334 km2的90%，采用水文比拟法计算的龙安水库坝址洪水较合理。

图5 安塞站峰量关系合轴相关图

3 结语

本文以安塞水文站为参证站对龙安水库洪水进行分析与计算，最终推求得到合理洪水成果。通过对龙安水库洪水研究，不仅对于大坝安全有着重要作用，同时对确保下游安塞县及延安市城市防洪保安有重要意义，并为下一步在确保水库自身安全的前提下与支流杏子河上王瑶水库两库联合运用发挥最大防洪效益提供了技术依据。