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【摘 要】本文通过介绍清水沟的流域概况，分析区域水文气象、河流水系水利工程及水文站点等实测水文资料，设计洪水分析计算和洪水位分析计算，为城市防洪、流域治理、水资源保护提供技术支持。
【关键词】清水沟; 水文特性;技术支持
1、流域概况
清水沟为宁夏河东灌区吴忠市利通区较大的行洪排水沟道，发源于牛首山东麓东干渠北边。上游有黄羊子沟、扁旦沟洪水经东干渠排入其中，由南向北经利通区高闸乡、巴浪湖农场由吴忠市区穿过，至吴忠市利通区古城镇新华桥村入黄河，全长26.5km。[1]主要排水支沟有左岸的清一至清七沟、牛毛湖沟，右岸的尹桥大沟、周闸大沟、贡碑沟、中档子沟、闸板子湖沟及十五支沟等。清水沟主要接纳31.4万亩农田灌溉排水、渠道退水、灌区内暴雨产生的洪水、上游黄羊子沟、扁担沟的洪水以及分布在沿清水沟两岸中小企业和城镇居民生活污水。
2、区域水文气象
清水沟流域地处青铜峡河东灌区，为牛首山北麓，属典型的大陆性气候，干旱少雨，多年平均降水量不足200mm，多年平均水面蒸发量1200mm，干旱指数6.0。主要特点是：春旱多风，升温快，蒸发量大;夏季炎热，雨量集中;秋季短暂，降温快;冬季干冷少雪;
全年日照时间长。太阳辐射强烈，多年平均日照时数2800～3200小时。年平均气温8.℃，无霜期平均167天，风大沙多是该流域主要灾害性天气，全年大风天数（超过八级大风）平均为3.5天，年平均沙暴日数为3.2天。大风多集中在1～4月份，占全年大风天数的63%，沙尘暴多发生在4、5月份，平均风速为2.4m/s，最大风速达18m/s。冬春季多盛行西北风和东北风，夏秋季多东南风。[2]
2.1降水
清水沟流域多年平均降水量185.7mm（侯家桥雨量站），降水量年内分配很不均匀，主要集中在汛期6～9月，其降水量占年降水量的70%左右。
2.2径流
清水沟（新华桥水文站）实测多年平均（1958～2010年）排水量（包括天然径流量）2.85亿m3，实测多年平均流量9.04m3/s，实测最大流量（包括排水流量）88.0m3/s（2002年6月8日），最小流量为0（1976年4月1日）;最大年平均流量13.7m3/s（1970年），最小年平均流量4.84m3/s（2003年）。1975～2010年平均流量9.12m3/s，平均年排水量2.88亿m3，2000～2010年平均流量6.6m3/s，平均年排水量2.08亿m3。
2.3水面蒸发
水面蒸发与日照、气温、湿度、风速及下垫面条件有关，它是反映蒸发能力的指标。流域多年平均水面蒸发量1200mm（E601型蒸发器），11月至次年3月为结冰期，水面蒸发量小，最小月出现在气温最低月的1、12月份，春季风大，气温回升，蒸发量增大，最大月蒸发量一般出现在5、6月份。区域干旱指数为6.3，为干旱区。
2.4泥沙
清水沟排水中泥沙来源为山洪和渠道退水所携带泥沙，当有山洪加入时泥沙较大，灌溉期排水时泥沙较小，非灌溉期水清，含沙量为零。新华桥（清水沟）水文站实测多年平均含沙量月分配见表2-1。
表2-1 新华桥（清水沟）站实测多年平均含沙量表
单位：kg/m3
2.5水质
清水沟除承担排洪及农田排水外，同时也接纳沿岸相关企业和城镇生活综合污水，这些废污水的排入使清水沟的水质受到严重污染。
清水沟排水主要污染指标为氨氮、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、挥发酚和总磷。pH值年平均为7.7，电导天然水化学指标中氯化物年平均904mg/L，硫酸盐年平均939mg/L，矿化度年平均3940mg/L，总硬度年平均1160mg/L。水质综合评价为劣Ⅴ类，灌溉期水质明显好于非灌溉期水质。
3、 河流水系、水利工程及水文站点
3.1河流水系及水利工程
黄羊子沟流域建有黄羊子沟、涝池子沟、小洪沟滞洪水库。黄羊子沟水库位于牛首山东麓，始建于1971年，是一座防洪、保护流域生态平衡的综合性小（2）型水库。属吴忠市利通区高闸镇辖区，距乡镇府约15km。库区控制流域面积21. 34km2，目前，由于库区淤积严重，库容不足62万m3。坝体为均质土坝，坝体长度600m，坝顶高程1242.6m，最大坝高10.5m。坝体上设置一座
现浇钢筋混凝土结构泄洪建筑物，泄洪建筑物由泄洪闸和单孔圆形输水涵洞组成。涵管直径尺寸为1m，闸底高程为1237.6m。坝址以上无其它水利水保工程，水库现状防洪能力为20年，小于部颁的200年防洪标准。
小洪沟水库位于牛首山东麓，始建于1971年，属青銅峡市峡口镇辖区，距乡镇府约25km。库区控制流域面积8.12km2，是一座防洪、保护流域生态平衡的综合性小（2）型水库。由于库区淤积严重，库容不足30万m3。坝体为均质土坝，坝体长度800m，坝顶高程1245.6m，最大坝高10.5m。坝体上设置一座现浇钢筋混凝土结构泄洪建筑物，泄洪建筑物由泄洪闸和单孔矩形输水涵洞组成。涵洞断面尺寸2 m×2 m，闸底高程为1237.6m。坝址以上无其它水利水保工程，水库现状防洪能力为20年，小于部颁的200年防洪标准。
涝池子水库位于牛首山东麓，始建于1971年，属青铜峡市峡口镇辖区，距乡镇府约25km。库区控制流域面积16.18km2，是一座防洪、保护流域生态平衡的综合性小（2）型水库。由于库区淤积严重，库容不足34万m3。坝体为均质土坝，坝体长度1000m，坝顶高程1241.6m，最大坝高10m。坝体上设置一座现浇钢筋混凝土结构泄洪建筑物，泄洪建筑物由泄洪闸和单孔矩形输水涵洞组成。涵洞断面尺寸2 m×2 m，闸底高程为1235.9m。坝址以上无其它水利水保工程，水库现状防洪能力为20年，小于部颁的200年防洪标准。 扁擔沟水库位于牛首山东麓，始建于1975年，属吴忠市利通区扁担沟乡辖区，距乡镇府约20km。库区控制流域面积48.4km2，是一座防洪、保护流域生态平衡的综合性小（2）型水库。由于库区淤积严重，库容不足95万m3。坝体为均质土坝，坝体长度800m，坝顶高程1244.6m，最大坝高13m。坝体上设置一座现浇钢筋混凝土结构泄洪建筑物，泄洪建筑物由泄洪闸和单孔矩形输水涵洞组成。涵洞断面尺寸2 m×2 m，闸底高程为1238.6m。坝址以上无其它水利水保工程，水库现状防洪能力为20年，小于部颁的200年防洪标准。
3.2水文站点
宁夏水文水资源勘测局在清水沟设有新华桥水文站，自1958年设站观测至今，测验项目主要有水位、流量、泥沙、水质等，至今共有55年实测水文资料，该站距入黄口约8.0km。在区域设有侯家桥（1976年设立）、郭家桥（1956年设立）雨量站，观测资料均在30年以上。
4、暴雨洪水特性
清水沟上游有黄羊子沟和扁担沟，属牛首山东麓。牛首山东麓山脉呈南北向，南高北低，山势较缓，为黄土丘陵区，土层薄，植被稀少，多年平均降水量不足200mm，沟道汇水区域暴雨集中，山洪沟属季节性河流，风化强烈，水土流失严重。
4.1暴雨特性
区域局地暴雨频繁，暴雨持续时间短、强度大，点面折减快。各年发生暴雨次数不等，暴雨一般集中在每年的6至9月，洪水随暴雨而出现。暴雨7、8两个月发生次数占全年的比重较大。
4.2洪水特性
洪峰流量随流域面积的增大而缓慢增加，反映出干旱地区暴雨洪水不均匀的特性。一般为单峰，复式洪峰较少。由于暴雨集中，产流面积小，历时短，洪峰陡涨陡落，峰高量小，峰型尖瘦，洪水历时一般在6h左右。
4.3历史洪水
清水沟新华桥站自1958年设站至今实测最大洪峰流量88.0 m3/s（2002年6月8日），次大87.3 m3/s（1970年8月1日）[3]。
5、设计洪水分析计算
清水沟新华桥站已有55年实测资料，根据实测资料用年最大流量进行频率计算，根据黄羊沟滞洪区（1971年）、扁旦沟滞洪区（1971年）和山水沟退水闸（1975年）的建库时间，按照3个资料系列进行计算，即1958～2010年、1971～2010年、1975～2010年，计算得相应频率的洪峰流量见表5-1[4]。
表5-1 新华桥水文站设计洪峰流量
资料系列 P=5% P=3.3% P=2%
1958-2010 86.5 94.0 102
1971-2010 91.2 98.5 107
1975-2010 90.2 97.5 106
从表5-1可以看出，不同资料系列，新华桥站P=5%、P=3.3% 、P=2%的设计洪峰流量差别不大，考虑到上游沟道拦洪工程的建设时间， 1975年以来实测资料系列能够代表工程建成后的情况，实测资料已超过30年，也满足水文计算的要求，因此，本次采用1975～2010年资料系列计算成果。
6、设计洪水位分析计算
新华桥水文站水位流量关系为单一曲线，实测最大流量为88.0m3/s，相应水位9.79m（2002年），中低水水位流量关系曲线采用实测水位流量点绘制，高水水位流量关系曲线采用曼宁公式进行复核延长，最终确定新华桥水文站断面处的水位流量关系。
高水水位在采用相同的水面比降前提下，采用如下公式计算不同水位级的的面积、流速及流量。即：
式中：i ── 表示沟道不同部位;V ── 断面平均流速（m/s）;
Q ── 流量（m3/s）;J ── 水面比降（‰）;h ── 水深（m）;
n── 糙率; B──断面面积（m2）[5-6]
采用上述公式计算全断面流量，主要是糙率n和比降J两个关键因子的选取，本次计算比降根据实测断面处上下500m水面比降为5.7/10000，糙率根据宁夏天然河流糙率表选为0.032。
根据实测断面资料，计算10.00m、10.50 m水位下的面积、平均水深，用曼宁公式计算两水位下流量分别是102 m3/s、126 m3/s。作为延长新华桥水文站水位流量关系的依据。
通过分析计算，不同重现期相应设计水位见表6-1
表6-1 新华桥水文站断面相应设计成果表
重现期（年） 5% 3.3% 2%
流量（m3/s） 90.2 97.5 106
水位（m） 9.85 10.03 10.23
7、黄河水位对清水沟的影响
跨清水沟新渠渡槽据黄河入口2.7km，现状情况下新渠渡槽处清水沟水位1114.85m，黄河水位1114.54m，水位落差0.31m，当黄河水位达到1114.85m时，受回水影响，新渠渡槽至入黄口河段就发生黄河水倒流，黄河泥沙对河段造成淤积，影响行洪能力。
8、结论
通过分析计算，得出不同重现期设计流量及相应设计水位等水文特性参数，为吴忠市城市防洪、沟道治理设计、水资源合理利用、水环境监测、水土保持研究以及社会经济建设提供了有力的技术支持。
表8-1 新华桥水文站断面相应设计成果表
重现期（年） 20 30 50
流量（m3/s） 90.2 97.5 106
水位（m） 9.85 10.03 10.23
参考文献：
[1]冯平，李硕，刘赛光.宁夏回族自治区水文特性[J].水文，2001，21（3）：53-55.
[2]宁夏水文手册.宁夏回族自治区水文总站1979.8
[3]宁夏回族自治区洪水调查汇编.宁夏回族自治区水文总站1980.6.
[4]章四龙.洪水预报系统关键技术研究与实践[M].第1版.中国水利水电出版社，2006.
[5]陈元芳，钟平安，李国芳，王栋.工程水文及水利计算[M].北京：中国水利水电出版社.
[6]詹道江，叶守泽.工程水文学[M]. 北京：中国水利水电出版社.
【关键词】清水沟; 水文特性;技术支持
1、流域概况
清水沟为宁夏河东灌区吴忠市利通区较大的行洪排水沟道，发源于牛首山东麓东干渠北边。上游有黄羊子沟、扁旦沟洪水经东干渠排入其中，由南向北经利通区高闸乡、巴浪湖农场由吴忠市区穿过，至吴忠市利通区古城镇新华桥村入黄河，全长26.5km。[1]主要排水支沟有左岸的清一至清七沟、牛毛湖沟，右岸的尹桥大沟、周闸大沟、贡碑沟、中档子沟、闸板子湖沟及十五支沟等。清水沟主要接纳31.4万亩农田灌溉排水、渠道退水、灌区内暴雨产生的洪水、上游黄羊子沟、扁担沟的洪水以及分布在沿清水沟两岸中小企业和城镇居民生活污水。
2、区域水文气象
清水沟流域地处青铜峡河东灌区，为牛首山北麓，属典型的大陆性气候，干旱少雨，多年平均降水量不足200mm，多年平均水面蒸发量1200mm，干旱指数6.0。主要特点是：春旱多风，升温快，蒸发量大;夏季炎热，雨量集中;秋季短暂，降温快;冬季干冷少雪;
全年日照时间长。太阳辐射强烈，多年平均日照时数2800～3200小时。年平均气温8.℃，无霜期平均167天，风大沙多是该流域主要灾害性天气，全年大风天数（超过八级大风）平均为3.5天，年平均沙暴日数为3.2天。大风多集中在1～4月份，占全年大风天数的63%，沙尘暴多发生在4、5月份，平均风速为2.4m/s，最大风速达18m/s。冬春季多盛行西北风和东北风，夏秋季多东南风。[2]
2.1降水
清水沟流域多年平均降水量185.7mm（侯家桥雨量站），降水量年内分配很不均匀，主要集中在汛期6～9月，其降水量占年降水量的70%左右。
2.2径流
清水沟（新华桥水文站）实测多年平均（1958～2010年）排水量（包括天然径流量）2.85亿m3，实测多年平均流量9.04m3/s，实测最大流量（包括排水流量）88.0m3/s（2002年6月8日），最小流量为0（1976年4月1日）;最大年平均流量13.7m3/s（1970年），最小年平均流量4.84m3/s（2003年）。1975～2010年平均流量9.12m3/s，平均年排水量2.88亿m3，2000～2010年平均流量6.6m3/s，平均年排水量2.08亿m3。
2.3水面蒸发
水面蒸发与日照、气温、湿度、风速及下垫面条件有关，它是反映蒸发能力的指标。流域多年平均水面蒸发量1200mm（E601型蒸发器），11月至次年3月为结冰期，水面蒸发量小，最小月出现在气温最低月的1、12月份，春季风大，气温回升，蒸发量增大，最大月蒸发量一般出现在5、6月份。区域干旱指数为6.3，为干旱区。
2.4泥沙
清水沟排水中泥沙来源为山洪和渠道退水所携带泥沙，当有山洪加入时泥沙较大，灌溉期排水时泥沙较小，非灌溉期水清，含沙量为零。新华桥（清水沟）水文站实测多年平均含沙量月分配见表2-1。
表2-1 新华桥（清水沟）站实测多年平均含沙量表
单位：kg/m3
2.5水质
清水沟除承担排洪及农田排水外，同时也接纳沿岸相关企业和城镇生活综合污水，这些废污水的排入使清水沟的水质受到严重污染。
清水沟排水主要污染指标为氨氮、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、挥发酚和总磷。pH值年平均为7.7，电导天然水化学指标中氯化物年平均904mg/L，硫酸盐年平均939mg/L，矿化度年平均3940mg/L，总硬度年平均1160mg/L。水质综合评价为劣Ⅴ类，灌溉期水质明显好于非灌溉期水质。
3、 河流水系、水利工程及水文站点
3.1河流水系及水利工程
黄羊子沟流域建有黄羊子沟、涝池子沟、小洪沟滞洪水库。黄羊子沟水库位于牛首山东麓，始建于1971年，是一座防洪、保护流域生态平衡的综合性小（2）型水库。属吴忠市利通区高闸镇辖区，距乡镇府约15km。库区控制流域面积21. 34km2，目前，由于库区淤积严重，库容不足62万m3。坝体为均质土坝，坝体长度600m，坝顶高程1242.6m，最大坝高10.5m。坝体上设置一座
现浇钢筋混凝土结构泄洪建筑物，泄洪建筑物由泄洪闸和单孔圆形输水涵洞组成。涵管直径尺寸为1m，闸底高程为1237.6m。坝址以上无其它水利水保工程，水库现状防洪能力为20年，小于部颁的200年防洪标准。
小洪沟水库位于牛首山东麓，始建于1971年，属青銅峡市峡口镇辖区，距乡镇府约25km。库区控制流域面积8.12km2，是一座防洪、保护流域生态平衡的综合性小（2）型水库。由于库区淤积严重，库容不足30万m3。坝体为均质土坝，坝体长度800m，坝顶高程1245.6m，最大坝高10.5m。坝体上设置一座现浇钢筋混凝土结构泄洪建筑物，泄洪建筑物由泄洪闸和单孔矩形输水涵洞组成。涵洞断面尺寸2 m×2 m，闸底高程为1237.6m。坝址以上无其它水利水保工程，水库现状防洪能力为20年，小于部颁的200年防洪标准。
涝池子水库位于牛首山东麓，始建于1971年，属青铜峡市峡口镇辖区，距乡镇府约25km。库区控制流域面积16.18km2，是一座防洪、保护流域生态平衡的综合性小（2）型水库。由于库区淤积严重，库容不足34万m3。坝体为均质土坝，坝体长度1000m，坝顶高程1241.6m，最大坝高10m。坝体上设置一座现浇钢筋混凝土结构泄洪建筑物，泄洪建筑物由泄洪闸和单孔矩形输水涵洞组成。涵洞断面尺寸2 m×2 m，闸底高程为1235.9m。坝址以上无其它水利水保工程，水库现状防洪能力为20年，小于部颁的200年防洪标准。 扁擔沟水库位于牛首山东麓，始建于1975年，属吴忠市利通区扁担沟乡辖区，距乡镇府约20km。库区控制流域面积48.4km2，是一座防洪、保护流域生态平衡的综合性小（2）型水库。由于库区淤积严重，库容不足95万m3。坝体为均质土坝，坝体长度800m，坝顶高程1244.6m，最大坝高13m。坝体上设置一座现浇钢筋混凝土结构泄洪建筑物，泄洪建筑物由泄洪闸和单孔矩形输水涵洞组成。涵洞断面尺寸2 m×2 m，闸底高程为1238.6m。坝址以上无其它水利水保工程，水库现状防洪能力为20年，小于部颁的200年防洪标准。
3.2水文站点
宁夏水文水资源勘测局在清水沟设有新华桥水文站，自1958年设站观测至今，测验项目主要有水位、流量、泥沙、水质等，至今共有55年实测水文资料，该站距入黄口约8.0km。在区域设有侯家桥（1976年设立）、郭家桥（1956年设立）雨量站，观测资料均在30年以上。
4、暴雨洪水特性
清水沟上游有黄羊子沟和扁担沟，属牛首山东麓。牛首山东麓山脉呈南北向，南高北低，山势较缓，为黄土丘陵区，土层薄，植被稀少，多年平均降水量不足200mm，沟道汇水区域暴雨集中，山洪沟属季节性河流，风化强烈，水土流失严重。
4.1暴雨特性
区域局地暴雨频繁，暴雨持续时间短、强度大，点面折减快。各年发生暴雨次数不等，暴雨一般集中在每年的6至9月，洪水随暴雨而出现。暴雨7、8两个月发生次数占全年的比重较大。
4.2洪水特性
洪峰流量随流域面积的增大而缓慢增加，反映出干旱地区暴雨洪水不均匀的特性。一般为单峰，复式洪峰较少。由于暴雨集中，产流面积小，历时短，洪峰陡涨陡落，峰高量小，峰型尖瘦，洪水历时一般在6h左右。
4.3历史洪水
清水沟新华桥站自1958年设站至今实测最大洪峰流量88.0 m3/s（2002年6月8日），次大87.3 m3/s（1970年8月1日）[3]。
5、设计洪水分析计算
清水沟新华桥站已有55年实测资料，根据实测资料用年最大流量进行频率计算，根据黄羊沟滞洪区（1971年）、扁旦沟滞洪区（1971年）和山水沟退水闸（1975年）的建库时间，按照3个资料系列进行计算，即1958～2010年、1971～2010年、1975～2010年，计算得相应频率的洪峰流量见表5-1[4]。
表5-1 新华桥水文站设计洪峰流量
资料系列 P=5% P=3.3% P=2%
1958-2010 86.5 94.0 102
1971-2010 91.2 98.5 107
1975-2010 90.2 97.5 106
从表5-1可以看出，不同资料系列，新华桥站P=5%、P=3.3% 、P=2%的设计洪峰流量差别不大，考虑到上游沟道拦洪工程的建设时间， 1975年以来实测资料系列能够代表工程建成后的情况，实测资料已超过30年，也满足水文计算的要求，因此，本次采用1975～2010年资料系列计算成果。
6、设计洪水位分析计算
新华桥水文站水位流量关系为单一曲线，实测最大流量为88.0m3/s，相应水位9.79m（2002年），中低水水位流量关系曲线采用实测水位流量点绘制，高水水位流量关系曲线采用曼宁公式进行复核延长，最终确定新华桥水文站断面处的水位流量关系。
高水水位在采用相同的水面比降前提下，采用如下公式计算不同水位级的的面积、流速及流量。即：
式中：i ── 表示沟道不同部位;V ── 断面平均流速（m/s）;
Q ── 流量（m3/s）;J ── 水面比降（‰）;h ── 水深（m）;
n── 糙率; B──断面面积（m2）[5-6]
采用上述公式计算全断面流量，主要是糙率n和比降J两个关键因子的选取，本次计算比降根据实测断面处上下500m水面比降为5.7/10000，糙率根据宁夏天然河流糙率表选为0.032。
根据实测断面资料，计算10.00m、10.50 m水位下的面积、平均水深，用曼宁公式计算两水位下流量分别是102 m3/s、126 m3/s。作为延长新华桥水文站水位流量关系的依据。
通过分析计算，不同重现期相应设计水位见表6-1
表6-1 新华桥水文站断面相应设计成果表
重现期（年） 5% 3.3% 2%
流量（m3/s） 90.2 97.5 106
水位（m） 9.85 10.03 10.23
7、黄河水位对清水沟的影响
跨清水沟新渠渡槽据黄河入口2.7km，现状情况下新渠渡槽处清水沟水位1114.85m，黄河水位1114.54m，水位落差0.31m，当黄河水位达到1114.85m时，受回水影响，新渠渡槽至入黄口河段就发生黄河水倒流，黄河泥沙对河段造成淤积，影响行洪能力。
8、结论
通过分析计算，得出不同重现期设计流量及相应设计水位等水文特性参数，为吴忠市城市防洪、沟道治理设计、水资源合理利用、水环境监测、水土保持研究以及社会经济建设提供了有力的技术支持。
表8-1 新华桥水文站断面相应设计成果表
重现期（年） 20 30 50
流量（m3/s） 90.2 97.5 106
水位（m） 9.85 10.03 10.23
参考文献：
[1]冯平，李硕，刘赛光.宁夏回族自治区水文特性[J].水文，2001，21（3）：53-55.
[2]宁夏水文手册.宁夏回族自治区水文总站1979.8
[3]宁夏回族自治区洪水调查汇编.宁夏回族自治区水文总站1980.6.
[4]章四龙.洪水预报系统关键技术研究与实践[M].第1版.中国水利水电出版社，2006.
[5]陈元芳，钟平安，李国芳，王栋.工程水文及水利计算[M].北京：中国水利水电出版社.
[6]詹道江，叶守泽.工程水文学[M]. 北京：中国水利水电出版社.