遼寧省河道行洪能力分析關(guān)鍵技術(shù)探討

楊斌斌

（遼寧省河庫管理服務(wù)中心（遼寧省水文局），遼寧沈陽110003）

0 引言

遼寧省是我國主要的工業(yè)和商品糧基地，又是水害頻發(fā)的地區(qū)，新中國成立以來共發(fā)生過38次洪水，給全省社會經(jīng)濟造成重大損失。近2年，遼寧省接連遭受臺風“利奇馬”“巴威”“美莎克”和“海神”的襲擊，雖然沒有造成重大損失，但對利用現(xiàn)有防洪體系進行科學(xué)地防洪決策提出了更高的要求。遼寧省主要河流堤防多興建于20世紀八九十年代，受當時技術(shù)水平的限制，標準偏低，加之部分河流河勢演變劇烈，現(xiàn)狀河道的防洪能力和薄弱環(huán)節(jié)尚不明晰，給防洪減災(zāi)科學(xué)調(diào)度帶來了極大困難。為了分河段確定現(xiàn)狀行洪能力，明確薄弱環(huán)節(jié)，為防汛工作提供有力支撐，遼寧省著手開展省內(nèi)主要河流行洪能力分析研究工作。

1 工作思路

行洪能力分析是充分利用已有規(guī)劃、設(shè)計成果，結(jié)合測量成果分析計算各河段水面線，分段掌握河道現(xiàn)狀行洪能力，并復(fù)核確定特征水位[1]。通過行洪能力分析劃定河道薄弱環(huán)節(jié)、危險部位及重點保護對象，包括險工險段、可能危及到河道內(nèi)居住人口、重要基礎(chǔ)設(shè)施等，通過分析及必要的計算，分無堤段和有堤段分別提出河段的安全泄量。在合理確定河流薄弱環(huán)節(jié)及相應(yīng)安全泄量的基礎(chǔ)上，提出防范應(yīng)對措施或方案預(yù)案[2]。具體工作流程如圖1所示。

圖1 行洪能力分析工作流程

2 基本原則

1）以人為本、安全第一。重點研究人員密集的臨河村鎮(zhèn)的現(xiàn)狀防洪能力，科學(xué)、合理地制定防洪預(yù)案，充分發(fā)揮現(xiàn)有防洪體系的作用，確保沿河人員的生命財產(chǎn)安全。

2）系統(tǒng)研究、分步實施。從遼寧省防汛工作實際需求出發(fā)，根據(jù)河流兩岸保護目標的重要性，優(yōu)先完成保護目標較為重要或近年出現(xiàn)過洪水災(zāi)害的河流，將河流按照輕重緩急劃分，分階段開展河道行洪能力分析工作。

3）保證重點，兼顧一般。河道行洪能力分析以大中型河流含城市段的河流、近年來洪水災(zāi)害頻繁的河流、暴雨中心區(qū)域附近河流為重點，兼顧其他大中型河流和省級、市級界河的行洪能力分析工作。

4）功能齊全，科學(xué)實用。項目成果應(yīng)考慮防洪水庫科學(xué)調(diào)度條件下的河道行洪能力主要技術(shù)參數(shù)，掌握水庫河道現(xiàn)有防洪標準，并建立水庫來水、河道行洪的數(shù)學(xué)模型，為防汛指揮決策服務(wù)。

3 重點工作環(huán)節(jié)

1）防洪工程現(xiàn)狀調(diào)查：開展河道行洪能力分析，首先要把河道防洪工程現(xiàn)狀調(diào)查作為工作重點，收集整理河流防洪規(guī)劃、防洪工程設(shè)計、穿跨河建筑物情況、沿河重要保護目標等資料，同時要開展現(xiàn)場踏勘，確?；A(chǔ)資料詳盡、準確，能夠影響防洪能力的因素得到充分考慮。

2）河道現(xiàn)狀地形測量：為了保證分析成果的時效性，一定要采用代表現(xiàn)狀的地形資料。對于已經(jīng)開展過地形測量的河流，要通過河道演變分析，判斷水沙條件和河道邊界條件變化情況，論證其是否能夠代表現(xiàn)狀，對于河道演變劇烈的河段，要補充開展必要的測量工作。

3）河段劃分：在分段確定河道過流能力和特征水位時，雖然劃分河段數(shù)越多結(jié)果越精確，但是這樣并不便于實際防汛應(yīng)用，河段劃分應(yīng)以主槽過流能力相差不大為主要控制原則，如無較大支流匯入河段不應(yīng)分得過短，以免給運用和管理造成不便。

4）計算模型選擇：進行長河段的水力計算，對于斷面資料比較完整的流域，采用一維模型具有計算效率高和靈活性強的優(yōu)勢，可快速方便地進行長河段、長時間的模擬計算分析；對于河道內(nèi)圍堤影響分析采用一維水動力學(xué)模型已經(jīng)不能滿足實際生產(chǎn)的需求，需要結(jié)合二維水動力學(xué)模型進行模擬計算[3,4]。

5）特征水位確定：根據(jù)各河段特點，在充分分析平灘流量、堤腳流量、應(yīng)急管理等基礎(chǔ)上確定各控制站警戒流量及警戒水位。并在充分分析堤防原設(shè)計超高、新規(guī)范計算超高的基礎(chǔ)上，綜合考慮堤防達標情況、歷史運行及出險情況等確定各控制站的保證水位及保證流量。

4 研究實例

以柴河為例說明遼寧省開展行洪能力分析研究的主要工作思路。柴河為遼河左岸的重要支流，沿岸城鎮(zhèn)村屯較多，每遇大水都有災(zāi)情發(fā)生。近年來，受城鎮(zhèn)發(fā)展的影響，河道的現(xiàn)狀防洪能力發(fā)生較大變化，這給防洪指揮調(diào)度帶來了很大不便，因此，遼寧省將柴河列為首批行洪能力分析研究對象。

4.1 河流概況

柴河發(fā)源于遼寧省清原縣，是遼河一級支流，河長133km，流域面積為1355km2，流經(jīng)撫順市的清原縣、鐵嶺市的開原市、鐵嶺縣及鐵嶺市區(qū)。柴河干流上建有柴河水庫，為大（2）型。柴河治理型式主要為堤防和護岸，柴河水庫上游防洪工程治理長度達到79.7km，設(shè)計防洪標準均為10年一遇；柴河水庫下游治理長度為6.3km，鐵嶺市城區(qū)段，屬遼河回水段，堤防設(shè)計標準為100年一遇；鐵嶺城郊段，防洪標準為50年一遇；農(nóng)村段基本無堤，設(shè)計防洪標準為20年一遇。

4.2 行洪能力分析

根據(jù)防洪工程現(xiàn)狀，將河道劃分為有堤段和無堤段分別考慮。有堤段保證流量確定方法為現(xiàn)狀堤頂高程減安全超高后能通過的最大流量，每個堤段的現(xiàn)狀行洪能力控制流量確保具備大于或等于安全下泄這一洪峰流量的能力。無堤段行洪能力按照現(xiàn)狀岸砍高程確定，河道內(nèi)存在民居點等保護對象的河段，其保證流量為保護對象高程以下能夠安全通過的最大流量。柴河水庫下游河段計算長度為11.4km，布置計算斷面20個，遼河回水段并入遼河行洪能力分析，不在此次計算分析范圍內(nèi)。柴河水庫上游段共涉及4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)布置斷面3個，共12個計算斷面。應(yīng)用MIKE11（HD）模型進行非恒定流驗算，經(jīng)復(fù)核，柴河行洪能力見表1。

表1 柴河現(xiàn)狀行洪能力基本情況表

4.3 特征水位確定

特征水位分為警戒水位和保證水位，警戒水位是指河流堤防險情可能逐漸增多的水位，到達此水位時，河段或區(qū)域開始進入防汛戒備狀態(tài)，一般取河段開始漫灘偎堤的水位，不分岸別。斷面警戒水位采用灘唇高程，河段警戒水位采用80%斷面上灘流量對應(yīng)觀測點的水位。保證水位是堤防及其附屬工程能保證安全運行的上限水位，當河道水位接近或達到保證水位時，進入緊急防汛搶險工作。

特征水位觀測點應(yīng)在每個特征水位分段處設(shè)置一處，應(yīng)盡量利用現(xiàn)有的水文觀測設(shè)施，且應(yīng)選擇在河道順直穩(wěn)定的位置。綜合考慮現(xiàn)狀水文站網(wǎng)分布、行政區(qū)劃、管理方便高效、河段穩(wěn)定性、斷面代表性等多方面因素，確定了6個觀測斷面作為特征水位觀測點，觀測點位置及特征水位見圖2。

4.4 薄弱環(huán)節(jié)分析

通過行洪能力復(fù)核分析，明確防洪薄弱段，柴河薄弱段主要為柴河水庫以上2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村段和柴河水庫以下城鎮(zhèn)段：

柴河水庫以上下肥地鄉(xiāng)10年一遇設(shè)計洪峰流量為742m3/s，通過計算該段左岸保證流量為653m3/s，右岸堤防保證流量為513m3/s，均低于10年一遇設(shè)計標準。上肥地鄉(xiāng)，10年一遇設(shè)計洪峰流量為606m3/s。通過計算該段左岸保證流量為588m3/s，右岸保證流量為620m3/s，左岸為荒地和高地，右岸為村屯聚居區(qū)，地勢較高，左岸保證流量略低于設(shè)計洪峰。上述河段汛期應(yīng)加強防護，做好預(yù)報預(yù)警，做好應(yīng)急預(yù)案，對于有堤段應(yīng)對堤防進行加高培厚。

柴河水庫以下防洪薄弱段主要是堤防欠高段，柴河右岸長大鐵路橋以上柴河沿段，規(guī)劃防洪標準為50年一遇，設(shè)計洪峰流量為515m3/s，現(xiàn)狀保證流量為499m3/s，未達到規(guī)劃防洪標準。對于以上薄弱段，應(yīng)盡快實施河道治理工程，使堤防達標，汛前應(yīng)編制應(yīng)急預(yù)案，組織臨河村莊進行搶險和逃生演練，汛期搶險時重點布防，提前進行堤防加高培厚。

5 結(jié)語

遼寧省根據(jù)河流重要程度，選定了48條主要河流納入首批實施行洪能力分析研究工作范圍，未來還將根據(jù)實際工作需要開展其他河流的行洪能力分析工作。在應(yīng)對2020年歷史罕見的強臺風災(zāi)害天氣過程中，依據(jù)河道行洪能力復(fù)核成果，結(jié)合水庫汛期調(diào)度運用計劃，開展科學(xué)調(diào)度，實現(xiàn)了“上游不淹、下游不沖、大壩穩(wěn)固、水庫蓄滿、確保安全”的防洪工作目標。

圖2 觀測斷面特征水位圖

通過開展遼寧省主要河流行洪能力分析研究工作，為防汛工作提供抓手和指導(dǎo)，為省市縣三級水利部門防汛會商、河庫聯(lián)合調(diào)度、合理安排洪水出路、抗洪搶險決策等提供技術(shù)支撐，對防汛工作具有重要的指導(dǎo)意義。