新開河-金鐘河防洪工程控制運用原則分析

張民升，秦 茜

（1.天津市永定河管理處，天津 300131；2.海河水利委員會信息中心，天津 300170）

新開河-金鐘河是連結海河干流與永定新河的重要一級河道，擔負著從海河干流向永定新河相機分洪以及部分中心城區(qū)、環(huán)外重要功能區(qū)和兩岸農田排澇的任務，具有減輕天津市區(qū)防洪壓力、橡膠壩以上水環(huán)境保護和排澇任務的功能，排澇安全保證程度要求較高。為充分發(fā)揮新開河-金鐘河在防汛調度、水環(huán)境換水中的水利工程效益，加強新開河-金鐘河上下游各閘站、橡膠壩的協(xié)調調度，對河系內各水利工程的運用進行系統(tǒng)分析研究，具有很強的指導意義。

1 工程概況

新開河-金鐘河流經(jīng)天津市河北區(qū)、北辰區(qū)、東麗區(qū)，全長35.5 km。根據(jù)《天津城市防洪規(guī)劃》規(guī)定，現(xiàn)河道設計行洪能力200 m3/s，左岸有永金引河（樁號14+000處）和津唐運河（樁號22+000處）匯入，永金引河河口以上河段稱新開河、長約16.1 km，以下河段稱金鐘河、長約19.4 km。新開河-金鐘河上游首端建有耳閘，尾閭建有金鐘河閘，于2013年開工新建了排水能力58 m3/s的金鐘河泵站。

2 工程存在問題

2.1 防洪排澇規(guī)模受下游限制

因地勢和地面連年沉降影響，金鐘河閘只有當永定新河低水位時才能實現(xiàn)自排，即上游水位高于下游水位時方可啟閉閘門，防洪排澇規(guī)模受下游永定新河水位制約嚴重。

（1）天津市在2012年7月份連續(xù)遭遇強降雨，其中7月25—26日市區(qū)平均降雨量147 mm，略低于10 a一遇最大24 h設計暴雨量（10 a一遇176 mm，20 a一遇220 mm）。根據(jù)金鐘河閘水文站統(tǒng)計，金鐘河閘閘下（永定新河7月26日）最高水位為4.14 m（大沽凍結高程，下同），接近永定新河5 a一遇水位4.51 m；金鐘河閘閘上（新開河-金鐘河7月26日）最高水位為3.60 m，閘下水位高于閘上水位0.56 m，難以實現(xiàn)自流；耳閘閘上最高水位為3.50 m，距京山鐵路橋梁底（4.30 m）僅余0.80 m凈空。按天津市防汛抗旱指揮部辦公室調度安排，新開河于7月24日—8月6日共14 d連續(xù)反向運用通過耳閘向海河干流泄水，最大流量達321 m3/s。

（2）據(jù)統(tǒng)計，金鐘河閘閘下水位常年高于閘上水位，甚至2014、2018年提閉閘0孔次。由于提閘次數(shù)相當有限，下泄水量不能滿足水位要求，主要通過金鐘河泵站進行強排，以保證新開河-金鐘河的運行安全。

2.2 水環(huán)境保護形勢嚴峻

新開河橡膠壩位于新開河樁號5+780處，主要作用為保持上游新開河景觀水位，實現(xiàn)與金鐘河水體的隔離效果。而金鐘河段水體多為雨污合流，若金鐘河下泄不暢，則易導致金鐘河水位長時間與橡膠壩運行水位持平或高于運行水位，造成漫壩倒灌污染上游景觀水體。

2.3 水資源調度難度大

一是每月月底新開河段經(jīng)由新開河橡膠壩通過金鐘河進行定期水體置換；金鐘河段需提前降低水位0.4～0.5 m，通過降低水位增加與新開河橡膠壩上游水位差，形成置換條件。二是為防止橡膠壩下水體逆流，橡膠壩下水位日?？刂菩璧陀趬紊?.2 m；由于金鐘河閘閘下水位常年持續(xù)高水位運行，導致運用金鐘河閘很難實現(xiàn)水位降低的效果，必須經(jīng)常動用金鐘河泵站強排，以保證日常水位壩下低于壩上0.2 m。

3 工程控制運用分析

3.1 水位控制分析

（1）根據(jù)天津市防汛抗旱指揮部辦公室《關于印發(fā)〈天津市主要行洪河道特征水位〉的通知》規(guī)定，金鐘河閘特征水位中汛限水位一般控制在2.5 m。

（2）應充分考慮保持新開河景觀水位，同時為避免水體污染、防止風力等外力因素影響，金鐘河控制水位必須低于橡膠壩壩頂0.2 m，非汛期控制水位為2.75 m（見表1）。

（3）以2015年金鐘河閘上下游水位為例分析可以得出（圖1以7、8月主汛期為例），2015年金鐘河閘閘下水位高于閘上水位運行時間約占全年的95%，在有限的提閘次數(shù)內泄水量相當有限，閘門運行受下游水位制約因素影響較大；同時，無論金鐘河閘閘下水位是否符合提閉閘運行條件，新開河-金鐘河的泄水需求常年保持在一個較高的水平，金鐘河泵站在金鐘河閘不能滿足運行條件時以強排形式控制上游水位。

表1 新開河-金鐘河水位關系（大沽凍結高程）

圖1 金鐘河閘上下游水位匯總（2015年主汛期）

3.2 水量調度分析

（1）據(jù)統(tǒng)計，金鐘河泵站自2014年建成具備運行能力后，全年運行近1 200臺時，排水約2 506萬m3，其中汛期運行時間占全年的35%、非汛期占65%；2015年運行近1 400臺時，排水約2 923萬m3，其中汛期運行時間占全年的42%、非汛期占58%，基本為全年運行。雖然2015年運行1 400臺時，但也有部分時間橡膠壩下游水位高于上游水位，未滿足水環(huán)境保護要求，所以必然還要增加開泵時間。

與此同時，隨著上游河北區(qū)與沿線北辰區(qū)、東麗區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展，新開河-金鐘河作為城市排瀝河道的作用愈發(fā)明顯。2018年，金鐘河泵站更是創(chuàng)紀錄運行4 007臺時，排水近1.4億m3，其中汛期運行時間占全年的48%、非汛期占52%，基本為全年運行。

（2）金鐘河閘2014年全年提閉閘0孔次；2015年汛期符合運行條件提閉閘僅16孔次、泄水約447萬m3，非汛期提閉閘104孔次、泄水約1 408萬m3；2016年汛期未提閉閘操作；2017年全年提閉閘5孔次，泄水約151萬m3；2018年全年未符合運行條件。金鐘河閘泄流量，詳見表2。

表2 金鐘河閘泄流量統(tǒng)計

（3）金鐘河在2014年金鐘河泵站具有排水能力后，經(jīng)由金鐘河閘站樞紐分別于2014年泄水2 506萬m3、2015年泄水4 778萬m3。因受下游高水位頂托影響，金鐘河閘提閉孔次相當有限，尤其是汛期提閉孔次僅占全年的13%，汛期泄水量占金鐘河閘站樞紐汛期泄水量的27%，全年總泄水量占金鐘河閘站樞紐汛期總泄水量的38%，而金鐘河泵站基本處于全年運行狀態(tài)。2015年金鐘河閘、金鐘河泵站運行量，如圖2所示。

圖2 2015年金鐘河閘、金鐘河泵站運行量統(tǒng)計

3.3 工程運行分析

天津市在2012年7月份連續(xù)遭遇強降雨，為保障新開河-金鐘河防汛安全、減輕下游永定新河行洪壓力，天津市防汛抗旱指揮部辦公室安排調度新開河于7月24日—8月6日共14 d連續(xù)反向運用，最大瞬時流量達321 m3/s，通過耳閘向海河干流泄水共計862萬m3（見表3）。

以2015年為例，金鐘河泵站運行1 400臺時，排水約2 923萬m3?？紤]到新開河-金鐘河水位持續(xù)增高及永定新河高水位頂托等特殊情況，參考2012年耳閘反向運用共泄水862萬m3，若通過金鐘河泵站強排則需在正常運行的基礎上增加至少413臺時。

表3 海河干流水情信息m3/s

4 結論

新開河-金鐘河防洪工程控制運用應按照“全面兼顧、重點保證、提高效率、合理運用”的原則，在保證各河系洪水安全的同時，兼顧市區(qū)排澇問題與雨洪資源的利用、水生態(tài)環(huán)境的改善。

4.1 強化調度運行管理

為充分利用雨洪資源，耳閘、金鐘河閘、金鐘河泵站的運行應嚴格執(zhí)行相關調度指令，上下游行洪河道原則上均應低水位運用，不得隨意抬高水位，同時沿途河北區(qū)、北辰區(qū)、東麗區(qū)所轄大型排水口門做好實時備案工作。

4.2 重新核準斷面過流能力

新開河-金鐘河的控制運用主要是根據(jù)控制水位開展的，且沿途大小水閘、泵站超過60處，造成工程運行難度加大。如金鐘河閘閘上水位常年與永定新河水位差約1 m無法實現(xiàn)自排，在此情況下只能啟用金鐘河泵站強排，另外在冰凍期運行頻繁，進一步加速了設備的老化。建議對金鐘河泵站增大維修養(yǎng)護費用投入，限制沿途水閘、泵站匯流總量，重新對新開河-金鐘河過流斷面能力進行核準。

4.3 科學利用槽蓄量，提升運行效率

由于金鐘河泵站排水效率受站前水位“頂快、底慢”的規(guī)律性變化影響，通過高水位河道充分提升金鐘河閘閘上水位，利用水面線坡降給金鐘河泵站的運行創(chuàng)造條件，增加開泵持續(xù)時間，使得金鐘河泵站運行效率得以提升。