大黑汀水庫(kù)洪水資源調(diào)度初探——以2012年“7·21”洪水為例

高云明，溫立成，聞立蕓

（1.海河水利委員會(huì)水文局，天津 300170；2.海河水利委員會(huì)引灤工程管理局，河北遷西 064309）

1 引言

為緩解津、唐兩市用水緊張的局面，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)于1975年開(kāi)始修建引灤工程，分別于1980年5月、1983年7月、1984年12月實(shí)現(xiàn)灤河下游農(nóng)業(yè)供水和入津、入唐供水。引灤工程主要包括引灤樞紐工程、引灤入津工程、引灤入唐工程以及灤河下游農(nóng)業(yè)輸水工程。引灤樞紐工程作為引灤工程的龍頭由潘家口水利樞紐、大黑汀水利樞紐和引灤樞紐閘三部分組成，潘家口、大黑汀水庫(kù)作為津、唐兩市的供水水源地在水資源配置中起主要作用。截止到2011年年底已累計(jì)完成供水354億m3，其中向天津市供水157億m3、向唐山市及灤河下游農(nóng)業(yè)供水197億m3,為津、唐兩市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了保障。

大黑汀水庫(kù)位于潘家口水庫(kù)下游30 km灤河干流上，總庫(kù)容為3.37億m3。大黑汀水庫(kù)的主要作用是調(diào)節(jié)潘家口水庫(kù)水量，抬高水庫(kù)水位，為跨流域引水創(chuàng)造條件，同時(shí)汛期攔蓄潘家口、大黑汀水庫(kù)區(qū)間來(lái)水，并結(jié)合供水發(fā)電。引灤樞紐閘是引灤入津和引灤入唐工程的咽喉，位于大黑汀下游500 m處，通過(guò)引灤總干渠與大黑汀水庫(kù)相接，其作用是控制調(diào)節(jié)引灤入唐和入津的流量。引灤樞紐閘右側(cè)設(shè)有入津閘、設(shè)計(jì)流量60 m3/s，引灤樞紐閘左側(cè)設(shè)有入唐閘、設(shè)計(jì)流量80 m3/s，引灤樞紐閘以下分別與引灤入唐隧洞和引灤入津明渠相接。

大黑汀水庫(kù)設(shè)計(jì)上沒(méi)有防洪庫(kù)容，汛期在避免人造洪峰的前提下沒(méi)有限泄要求，當(dāng)水庫(kù)水位達(dá)到133.00 m時(shí)，本著來(lái)多少泄多少的原則泄洪。

潵河是潘家口、大黑汀水庫(kù)區(qū)間的最大支流。潵河流域是華北地區(qū)著名的暴雨中心，流域面積1 400 km2，河長(zhǎng)72 km，坡降5.3‰。潵河洪水具有峰高流急的特點(diǎn)，從主雨峰到洪峰入庫(kù)約5～6 h。由于大黑汀水庫(kù)沒(méi)有防洪庫(kù)容，能否利用引灤入津、引灤入唐工程實(shí)現(xiàn)跨流域調(diào)配洪水資源、達(dá)到充分利用大黑汀水庫(kù)洪水資源的目的，是本文研究的內(nèi)容。

2 洪水資源利用的必要性

2.1 潵河雨洪特性

潵河流域冬季受內(nèi)蒙高壓控制，雨雪稀少；夏季受大陸低壓和副熱帶高壓控制，氣溫偏高，蒸發(fā)劇烈，東南濕潤(rùn)氣流受高山抬升，形成夏季豐沛的降水，年平均降水量500～800 mm。降水量年際分布和年內(nèi)分配都極不均勻。年內(nèi)降水，80%左右的降水量集中在汛期，特別是豐水年份汛期所占比重更大。降水集中和暴雨頻多量大是本地區(qū)氣候的顯著特點(diǎn)。暴雨多發(fā)生在7月下旬至8月上旬，由于雨量集中，加之中上游河道坡降較大，使得汛期洪水峰高流急，易造成洪澇災(zāi)害。該流域地處燕山山脈西側(cè)的暴雨中心地帶，洪峰模數(shù)達(dá) 4.07～4.17 m3/（s·km2）。 據(jù)藍(lán)旗營(yíng)水文站調(diào)查資料，1894年洪水為歷史之最，洪峰流量為 6 590 m3/s，洪峰模數(shù) 10.2 m3/（s·km2）。由于流域內(nèi)植被較好，水土流失不甚嚴(yán)重，每年除7、8月以外，河水清澈見(jiàn)底，枯季最小流量一般在 0.6～1.0 m3/s。

潵河洪水由暴雨形成，降水的年際變化大導(dǎo)致了洪水年際變化也大。而北方河流的特點(diǎn)就是每年只有1～2場(chǎng)洪水，洪水調(diào)度是否得當(dāng)決定了洪水資源利用的科學(xué)性，洪水的稀缺性決定了實(shí)施洪水資源調(diào)度的緊迫性。

2.2 引灤受水區(qū)的缺水形勢(shì)

目前，天津?yàn)榱司S持海河市區(qū)段水質(zhì)，每年約利用0.5億m3的引灤指標(biāo)，市區(qū)周邊河道水質(zhì)較差，基本上沒(méi)有合適水源維持其自凈。根據(jù)《天津市中長(zhǎng)期供水規(guī)劃》，預(yù)計(jì)到2020年天津市生態(tài)需水14.88億m3，僅城市環(huán)境需水就達(dá)3.99億m3，所以未來(lái)天津市生態(tài)水缺口較大。

由于陡河水庫(kù)多年不泄洪，流經(jīng)唐山市內(nèi)的陡河基本干涸，僅有一些生活污水，只有每年春季結(jié)合豐南農(nóng)業(yè)供水，供水河道才有部分流量；邱莊水庫(kù)為平原水庫(kù)，水位較低、加之近幾年網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)的影響，水質(zhì)較差，已經(jīng)不具備城市供水條件，如沒(méi)有大的洪水，邱莊水庫(kù)以下河道基本長(zhǎng)年斷流。唐山市水環(huán)境形勢(shì)也相當(dāng)嚴(yán)峻。

由于潘家口、大黑汀水庫(kù)的修建，灤河下游河流已為季節(jié)性河流，加之遷西、遷安、樂(lè)亭等縣修建了大量的攔蓄水工程和引水工程，如沒(méi)有較大洪水，汛期大黑汀、桃林口水庫(kù)以下區(qū)域產(chǎn)生的徑流幾乎全部被攔蓄，導(dǎo)致多年來(lái)灤河基本沒(méi)有入海水量。同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化步伐加快，灤河下游地區(qū)城鎮(zhèn)生活、生產(chǎn)和環(huán)境用水大多直接抽取地下水，導(dǎo)致灤河下游地下水位普遍下降，目前已經(jīng)形成了2個(gè)較大的漏斗區(qū)。

針對(duì)嚴(yán)峻的缺水形勢(shì)，依托引灤工程實(shí)施大黑汀水庫(kù)洪水資源調(diào)度，改善津、唐兩市以及灤河下游水環(huán)境是十分必要的。

3 洪水資源調(diào)度的基本思路

3.1 實(shí)施原則及條件

3.1.1 實(shí)施原則

（1）在保障于橋、邱莊、陡河水庫(kù)以及相關(guān)河道的防洪安全、不增加淹沒(méi)損失的前提下，通過(guò)引灤入津、引灤入唐以及引灤沿線水庫(kù)、濕地、洼淀和湖泊等充分?jǐn)r蓄洪水資源。

（2）以洪水調(diào)度方案為基礎(chǔ)，根據(jù)天氣形勢(shì)和水情預(yù)報(bào)，合理攔蓄洪水，兼顧上下游、左右岸，公平分配水量，實(shí)現(xiàn)洪水資源的和諧利用。

（3）充分結(jié)合工程現(xiàn)狀，利用現(xiàn)有水庫(kù)、河道、輸水工程，不新建工程。

（4）遵循“風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)，利益共享”的原則。

3.1.2 實(shí)施條件

（1）當(dāng)潘、大區(qū)間發(fā)生洪水時(shí)，根據(jù)洪水預(yù)報(bào)成果分析，大黑汀水庫(kù)即將達(dá)到132.00 m面臨泄洪時(shí)。

（2）于橋水庫(kù)控制流域無(wú)洪水發(fā)生，在未來(lái)可預(yù)見(jiàn)期內(nèi)也沒(méi)有大的降雨天氣過(guò)程，尚有防洪庫(kù)容，可以直接存蓄引灤洪水；或于橋水庫(kù)沒(méi)有防洪庫(kù)容，但于橋水庫(kù)以下引灤入津沿線沒(méi)有降雨發(fā)生，具備向下游河道、濕地供水條件時(shí)。

（3）邱莊、陡河2座水庫(kù)控制流域無(wú)洪水發(fā)生，在未來(lái)可預(yù)見(jiàn)期內(nèi)也沒(méi)有大的降雨天氣過(guò)程，尚有防洪庫(kù)容，可以直接存蓄引灤洪水；或邱莊、陡河兩水庫(kù)沒(méi)有防洪庫(kù)容，且兩水庫(kù)以下河道沒(méi)有降雨發(fā)生，具備向下游河道供水條件時(shí)。

（4）灤河下游沒(méi)有大的降雨，具備利用河道、洼地儲(chǔ)備洪水資源、維持灤河下游生態(tài)流量，改善灤河下游環(huán)境的條件時(shí)。

3.2 實(shí)施方案

3.2.1 總體方案

首先滿足津、唐兩市城市及環(huán)境用水流量，其次考慮灤河河道的環(huán)境改善以及地下水的補(bǔ)給，最后考慮沖洗還鄉(xiāng)河流量及于橋水庫(kù)下游河道的流量。

3.2.2 天津部分

根據(jù)于橋水庫(kù)的當(dāng)前水位、汛期限制水位，結(jié)合目前的天氣周報(bào)情況，考慮7 d來(lái)水，計(jì)算于橋水庫(kù)可存蓄引灤洪水量。同時(shí)，考慮于橋水庫(kù)先行向薊運(yùn)河、海河或七里海濕地補(bǔ)水，降低庫(kù)水位（州河最大允許安全泄量150 m3/s），然后由潘家口、大黑汀水庫(kù)以60 m3/s向于橋水庫(kù)補(bǔ)水，核算可利用洪水資源量。

根據(jù)于橋水庫(kù)、引灤入津沿線的需水情況，上述2種情況有時(shí)需要統(tǒng)籌考慮。

3.2.3 唐山部分

根據(jù)邱莊、陡河水庫(kù)的當(dāng)前水位、汛期限制水位，結(jié)合目前的天氣周報(bào)情況，考慮7 d來(lái)水，計(jì)算2座水庫(kù)可存蓄引灤洪水量。

考慮邱莊水庫(kù)先行向還鄉(xiāng)河補(bǔ)水，降低庫(kù)水位（最大允許安全泄量230 m3/s），然后大黑汀水庫(kù)以40 m3/s向邱莊水庫(kù)補(bǔ)水，核算可利用洪水資源量。

考慮陡河水庫(kù)先行向陡河補(bǔ)水，降低庫(kù)水位（最大允許安全泄量130 m3/s），然后邱莊水庫(kù)以35 m3/s向陡河水庫(kù)補(bǔ)水，核算可利用洪水資源量。

根據(jù)邱莊水庫(kù)、陡河水庫(kù)、引灤入唐沿線的需水情況，上述3種情況有時(shí)需要統(tǒng)籌考慮。

3.2.4 灤河下游部分

（1）利用灤河下游橡膠壩存蓄洪水資源，根據(jù)大黑汀水庫(kù)出庫(kù)水量確定洪水資源量。

（2）利用巖山渠首和灤河下游灌區(qū)河渠、洼地存蓄部分洪水資源，核算可利用洪水資源量。

4 實(shí)例分析

2012年7月21日，潘家口、大黑汀區(qū)間的潵河流域發(fā)生洪水，在本次洪水調(diào)度中，利用引灤輸水工程，大黑汀水庫(kù)實(shí)現(xiàn)了洪水資源調(diào)度，具體情況如下：

4.1 雨水情

7月20—21日，受河套地區(qū)的高空槽影響，同時(shí)配合副熱帶高壓穩(wěn)定維持形成的阻擋作用，潵河流域普降大到暴雨，局地特大暴雨，面平均雨量224.3 mm，降雨主要集中在流域中、上游，最大點(diǎn)雨量為石廟子站266.1 mm。各站次降雨量，見(jiàn)表1。

表1 各站次降雨量統(tǒng)計(jì)

潵河上游控制站藍(lán)旗營(yíng)22日1時(shí)開(kāi)始起漲，22日3時(shí)12分洪峰流量1 890 m3/s，流量列1959年有實(shí)測(cè)記錄以來(lái)第4位 （歷史最大流量2 180 m3/s，1962年7月），次洪量0.96億m3。大黑汀水庫(kù)22日8時(shí)入庫(kù)洪峰流量2 130 m3/s，次洪量1.13億m3，僅次于 1994 年“7·13”洪水（洪峰流量 2 150 m3/s）。 大黑汀水庫(kù)入庫(kù)洪水過(guò)程，如圖1所示。

圖1 大黑汀水庫(kù)入庫(kù)洪水過(guò)程

4.2 調(diào)度過(guò)程

本次洪水調(diào)度依靠中短期降雨預(yù)報(bào)和大黑汀水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了洪水資源調(diào)度，根據(jù)大黑汀水庫(kù)的入庫(kù)洪水過(guò)程，本次洪水資源調(diào)度的終止時(shí)間為7月26日8時(shí)。

7月19日8時(shí)，大黑汀水庫(kù)水位128.11 m，距汛限水位133.00 m相差4.89 m，汛限水位以下防洪庫(kù)容為1.04億m3，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，未來(lái)3 d將有1次較大的降雨過(guò)程?？紤]到剛進(jìn)入主汛期，大黑汀水庫(kù)又沒(méi)有防洪庫(kù)容，為確保水庫(kù)安全，避免汛期大流量泄洪，水庫(kù)不能高水位運(yùn)行，加之引灤沿線的于橋、陡河水庫(kù)汛限水位以下分別有1.1億、0.39億m3的蓄水能力，具備實(shí)施洪水資源調(diào)度的條件，決定實(shí)施洪水資源調(diào)度。

7月19日9時(shí)，在降雨前24 h利用引灤入津工程向天津?qū)嵤┖樗Y源調(diào)度，由于潵河流域和于橋水庫(kù)產(chǎn)流區(qū)基本處于同一雨區(qū)，為確保于橋水庫(kù)安全，錯(cuò)開(kāi)于橋水庫(kù)入庫(kù)洪峰，在于橋水庫(kù)洪峰入庫(kù)前停止供水33 h，待于橋水庫(kù)入庫(kù)洪水情況明朗后恢復(fù)供水。

7月22日17時(shí)，利用引灤入唐工程向陡河水庫(kù)供水，一直持續(xù)到7月26日8時(shí)。

7月25日11時(shí)，根據(jù)入庫(kù)洪水情況，向?yàn)春酉掠魏拥佬顾恢背掷m(xù)到7月26日8時(shí)。

調(diào)度具體過(guò)程，如圖2所示。

圖2 大黑汀水庫(kù)洪水資源調(diào)度過(guò)程

圖3 常規(guī)調(diào)度和洪水資源調(diào)度過(guò)程對(duì)比

按照常規(guī)調(diào)度，大黑汀水庫(kù)水位超過(guò)133.00 m的水量全部通過(guò)灤河河道下泄，則最大下泄流量279 m3/s，總下泄水量0.2億m3。考慮到洪水資源利用，大黑汀水庫(kù)在洪峰入庫(kù)72 h前即通過(guò)引灤工程實(shí)施洪水資源調(diào)度，避免了水庫(kù)大流量向河道泄洪，最大限度地利用了洪水資源。利用引灤工程分別向天津、唐山供水0.21億、0.1億m3，向?yàn)春酉掠魏拥老滦?.08億m3，最大流量109 m3/s。常規(guī)調(diào)度和洪水資源調(diào)度過(guò)程如圖3所示，具體成果對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 常規(guī)調(diào)度和洪水資源調(diào)度對(duì)比成果

從表2可以看出，本次洪水依托引灤工程實(shí)現(xiàn)洪水資源利用0.31億m3，利用引灤渠首電站多發(fā)電77.5萬(wàn)kW·h，創(chuàng)造發(fā)電效益31萬(wàn)元。灤河河道最大下泄流量由279 m3/s減至109 m3/s，有利于下游防洪。

5 結(jié)論與建議

（1）通過(guò)“7·21”洪水的調(diào)度實(shí)例分析，依托引灤工程，應(yīng)對(duì)潵河洪水，在大黑汀水庫(kù)實(shí)施洪水資源調(diào)度是可行的。

（2）實(shí)施洪水資源調(diào)度過(guò)程中，密切關(guān)注引灤沿線雨情、工情變化，在風(fēng)險(xiǎn)控制的基礎(chǔ)上制定完備的應(yīng)急預(yù)案，確保安全輸水。

（3）進(jìn)一步加強(qiáng)氣象降水和洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)耦合研究，在延長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期的前提下提高耦合預(yù)報(bào)成果的精度，為更好地實(shí)施洪水資源調(diào)度提供技術(shù)支撐。