遼河干流石佛寺至盤山閘段河道安全度汛分析

孫成強(qiáng)

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110006)

遼河石佛寺至盤山閘段河道全長271.6km，河道行洪寬度1060～4720m。兩岸河灘地均為遼河沖積而成，土地肥沃。從二十世紀(jì)五六十年代開始，遼河河灘地農(nóng)業(yè)耕種便已形成規(guī)模，逐步建成大批民堤和圍堤。二十世紀(jì)八十年代遼河整治對全河開展了清障，但實施效果不佳，主行洪區(qū)至大堤間套堤依然存在，嚴(yán)重影響行洪[1-4]。

目前主行洪通道內(nèi)所有高于灘面的套堤已全部拆除；遠(yuǎn)期清障目標(biāo)為清除河道范圍內(nèi)所有套堤，考慮到遼河主行洪通道以外至堤防間套堤基本均為封閉的套堤，套堤內(nèi)除林地為護(hù)堤防浪林權(quán)屬為水利以外，其余全部為兩岸居民耕地，耕地多數(shù)為集體耕地，部分為基本農(nóng)田，地方政府和群眾對套堤較為依賴，致使歷次清障均難以達(dá)到效果[5-8]。從當(dāng)下實際情況看，盡管清障從法律和政策層面是合理合法的，但是實際實施可行性很低?？紤]到近期完成河道清障難度較大，在河道清障完成前，通過河道安全度汛分析，為下游群眾做好預(yù)警預(yù)報，指導(dǎo)當(dāng)?shù)馗骷壵M織好逃避險工作，具有較大的現(xiàn)實意義，也為遼河干流防汛工作提供可靠的技術(shù)支撐。

本次研究首先通過河道洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型分析河段套堤的保證流量，得出確保絕大部分套堤安全的保證流量；再通過石佛寺水庫調(diào)洪演算，分析在保證石佛寺水庫下泄流量不大于此套堤保證流量的情況下水庫的最大入庫流量。對小于此流量的洪水進(jìn)行調(diào)節(jié)，在近期洪水調(diào)度中盡量降低套堤內(nèi)耕地?fù)p失，為遼河干流安全度汛提供參考。

1 分析方法

本次分析計算采用MIKE11數(shù)學(xué)模型，遼河干流除河口局部段受潮水影響比較大，其余段均為洪水控制區(qū)域，遼河河道較寬，發(fā)生洪水時流心線比較單一順直，水流橫向運動較少，因此計算模型可采用一維數(shù)學(xué)模型[9-10]。采用2010年實測洪水位校正后的數(shù)學(xué)模型以及2013年灘地高程(大斷面位置)成果，根據(jù)本次現(xiàn)場調(diào)查及測量結(jié)果，對于數(shù)學(xué)模型地形進(jìn)行率定，推算不同流量級下(恒定流)各河道斷面洪水位。

遼河套堤從二十世紀(jì)五六十年代開始建設(shè)，逐漸形成大大小小的民堤和圍堤，但由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)，通過現(xiàn)場踏勘大部分套堤存在破堤現(xiàn)象，當(dāng)?shù)匕傩諡榱吮阌谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在套堤多處破堤形成道口，另外由于近年對遼河套堤開展了1050線內(nèi)清障任務(wù)，線外則保留原有套堤，因此出現(xiàn)部分套堤斷堤現(xiàn)象，套堤封閉區(qū)域被打開，線內(nèi)保護(hù)區(qū)域采取了封育措施，將其做為河灘地，納入主行洪區(qū)。本次分析過程中，為客觀評價套堤保證水位及相應(yīng)保證流量，設(shè)定將穿越套堤的道口及缺口在防汛期間采取緊急措施，進(jìn)行臨時封堵，以右岸55#套堤(R131/后皮屯)為例，套堤全長7.3km，實測成果中有1處43.5m斷堤，10處穿堤道口，高差約2m，該種情況濾除10個道口高程點及1處斷堤高程點，選取其余處最低點做為套堤的堤頂高程；對于現(xiàn)狀套堤出現(xiàn)大段堤頂高差1～2m，以右岸58#套堤(R122/季家房)為例，套堤全長1.7km，實測套堤中1+164-1+700處套堤高差約2.0m，長度500m，該種情況下堤頂高程以較低段套堤頂高程為準(zhǔn)。

結(jié)合歷次洪水套堤破壞情況，綜合分析套堤筑堤土料、尺寸、建設(shè)年代等影響套堤安全的因素，選定套堤安全加高為0.3m，推算出各套堤保證水位，利用上述建立完成的河道數(shù)據(jù)模型，確定各套堤保證流量。

2 成果分析

2.1 現(xiàn)狀套堤保證流量分析

石佛寺水庫至盤山閘段套堤保證流量多集中在1000～2000m3/s，其中1000m3/s以下河段占比8.5%；1000～2000m3/s河段占比51.7%；2000～3000m3/s河段占比23.7%；3000m3/s以上河段占比16.1%。

石佛寺壩下-柳河口段區(qū)間保證流量為975～6200m3/s，左、右兩岸均存在5處卡點；柳河口-卡力馬段區(qū)間保證流量為1156～3300m3/s，左、右兩岸各存在1處卡點；卡力馬-盤山閘段區(qū)間保證流量為673～2600m3/s，左、右兩岸均存在5處卡點。區(qū)間保證流量呈遞減趨勢，與區(qū)間沿程洪峰折減規(guī)律相一致，說明本段區(qū)間保證流量較為合理。石佛寺水庫至盤山閘段不同河段保證流量成果見表1。

本次分析過程中，兼顧上下游、左右岸，結(jié)合實際地形，綜合考慮在卡點內(nèi)選取適當(dāng)?shù)谋ＷC流量做為安全泄量值。根據(jù)上述22處卡點的保證流量分布，篩選出保證流量小于1000m3/s的卡點，按照保證流量由小到大的順序進(jìn)行排列，排序結(jié)果見表2。結(jié)合實測地形圖得出，前6處套堤均處于1050線內(nèi)，本次分析可將該部分區(qū)域視為灘地行洪區(qū)，暫不列入保護(hù)范圍，而54-1#套堤位于最上游斷面，且不在1050線內(nèi)，屬于封閉完好套堤，因此將其保證流量975m3/s做為本次分析的安全泄量值。

表1 石佛寺水庫至盤山閘段不同河段保證流量成果表 單位：m3/s

表2 石佛寺水庫至盤山閘段套堤(保證流量小于1000m3/s)成果表

2.2 石佛寺水庫安全度汛調(diào)度分析

調(diào)洪邊界條件：①空庫迎洪，水庫最大下泄量不超過本次分析的套堤安全泄量值975m3/s。②水庫最高洪水位不超過50.22m。(此水位為水庫100a一遇設(shè)計洪水位，決定水庫的壩頂高程。)

通過調(diào)洪計算，石佛寺水庫壩址4a一遇洪水(洪峰流量為1310m3/s)剛好滿足上述邊界條件要求；5a一遇以上洪水不滿足上述邊界要求。4a一遇洪水最高庫水位50.08m，小于100a一遇設(shè)計洪水位50.22m，滿足壩體自身安全要求，調(diào)洪成果見表3，水庫閘門控制運用方式見表4。

表3 石佛寺水庫不同頻率洪水調(diào)節(jié)成果

表4 2018年度石佛寺水庫汛期調(diào)度運行方式

3 結(jié)論

(1)本次分析利用2011年實測河道大橫斷及2013年實測套堤測量成果，對2010年洪水進(jìn)行復(fù)核，建立河道數(shù)學(xué)模型，推算各套堤最大安全泄流量，在兼顧上下游、左右岸套堤的前提下，結(jié)合實際地形，綜合考慮提出安全泄量建議值為975m3/s。

(2)根據(jù)水文預(yù)報，當(dāng)預(yù)報洪水頻率為4a一遇及以下洪水時，按照表4的石佛寺水庫閘門運用方式下泄洪水，在保證壩體自身安全的前提下，可保證下游套堤安全；當(dāng)預(yù)報洪水為5a一遇及以上洪水時，無法保證下游套堤安全。

(3)在水庫泄洪過程中由于洪水具有不確定性，為保證水庫壩體自身安全，當(dāng)庫水位上升到50.10m，必須加大泄流量，適當(dāng)多開泄洪閘門，使下泄流量等于或略大于此時入庫流量，保證水庫水位不再升高。

(4)本次采用一維數(shù)學(xué)模型MIKE11模擬計算套堤影響下的河道過流能力，對局部段地形復(fù)雜，套堤分布較多河段考慮不足。今后可進(jìn)一步細(xì)化方案，采用MIKE FLOOD一二維耦合分析計算。