郁江南寧河段洪水調控方案研究

韋廣龍，黎協(xié)銳，鄒 毅，覃天林，黃福培

（1.南寧水文中心南寧水文中心站，南寧 530008；2.廣西財經學院，南寧 530003；3.廣西南寧水利電力設計院有限公司，南寧 530001）

1 研究背景

南寧市為廣西首府，自治區(qū)的政治、經濟、文化中心，南寧市稱為綠城，邕江為南寧市“母親”河，近年來，市政府加大南寧生態(tài)文明建設，對邕江兩岸整治綠化，建成兩岸公園，吸引市民及游客來休閑觀賞。目前，沿江景觀帶的一級親水平臺高程在69.00～70.00 m高程之間。每年汛期洪水水位超69.00 m時，邕江兩岸親水平臺就被水淹，水位回落后，一級親水平臺及部分景觀植被被淤泥覆蓋，不能行走，影響市民及游客的玩游，同時對兩岸景觀及植被生長也有影響。對此情況，主要由環(huán)衛(wèi)部門對淤泥進行人工沖洗，每次清積泥的費用開支大，同時工作量大，耗時長，一般需要3～7 d，被洪水淹沒的花草植被有大部分死亡，需要重新種植。洪水淹沒沿江兩岸景觀，清淤泥耗時、耗財、耗力，兩岸生態(tài)受損害。在這樣背景下，提出了郁江南寧河段的洪水治理研究。

目前，國內開展城市防洪和水生態(tài)保護的洪水治理研究不多，楊勇《淮河流域徐州城市洪水治理研究》主要介紹了淮河流域徐州城市的水系概況和歷史演變，分析了防洪排澇的現(xiàn)狀及存在的主要問題，針對洪澇災害的特征和防洪出現(xiàn)的突出問題，按照“人水相諧”的治水理念，著重研究了“擋、分、攔、蓄、避、排”等綜合工程措施，有效地解決徐州城市的洪澇問題，最大限度地降低洪災風險，同時也研究了城市防洪非工程措施建設以及水生態(tài)環(huán)境建設等內容[1]；彭小倩《城市洪水成因及其治理方法》[2]，郭峰《淺談城市洪水的原因及措施》[3]，孫文佳、張琨、鄭艷娜等《我國城市防洪現(xiàn)狀研究》[4]都對城市防洪和水生態(tài)保護的洪水治理進行了研究。針對郁江南寧河段洪水，當郁江南寧河段的洪水超出69.00 m時，河段兩岸景觀被洪水淹沒，郁江南寧河段上游的老口航運樞紐工程調節(jié)洪水只限于水位71.00 m以下的洪水，只能調節(jié)部分洪水。在有限調洪能力的情況下，本文研究洪水減峰（即降低洪峰水位）調控方案，既能做到老口航運樞紐（以下稱老口電站）安全度汛，又能減少南寧河段兩岸景觀被洪水淹的次數(shù)，用洪水調控方案發(fā)揮減峰作用，使郁江南寧河段的景觀更美麗，取得良好的社會效益和生態(tài)效益[5]。

2 流域概況

2.1 河流概況

郁江南寧水文站（下稱南寧（三）站）河段上游分為左、右江，南寧（三）站流域面積72 656 km2。左江崇左站流域面積26 823 km2，崇左站上游有龍州、寧明、新和、水口、平而關、那堪、那岸、大新站；右江隆安站流域面積32 709 km2，隆安站上游有百色、榮華、百色樞紐站。

2.2 洪水概況

根據(jù)郁江南寧（三）站1937—2019年洪水水位資料統(tǒng)計，出現(xiàn)洪水71.00、72.00、73.00 m（警戒水位73.00 m）以上概率分別為83.3%、58.3%、51.2%，水位變幅在7.00 m以上，漲水平均歷時120 h。

對南寧（三）站2016—2019年歷年洪水的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)近4年來邕江洪水洪峰水位在71.00 m以下有10次，平均每年有2～3次，洪峰水位在69.00～71.00 m持續(xù)時間多為2～4 d，特別是2018年8月5日的洪水69.00 m以上持續(xù)影響時間達到了7 d。這些洪水對沿江景觀帶一級親水平臺及部分景觀植被均造成了一定的不利影響。

2.3 水利工程

郁江南寧河段以上的水工程有：左、右江匯合處的老口電站，位于邕江大橋上游約29 km處，2016年9月，老口電站建成并投入使用，成為一個集防洪、發(fā)電、航運、兼顧為改善南寧市水環(huán)境創(chuàng)造條件的綜合性樞紐。老口水庫控制集水面積72 368 km2，完全控制了左江、右江洪水。由于百色水庫控制集水面積較小，區(qū)間洪水來流較大，水庫防洪調度采用補償防洪調度方式；老口水庫控制集水面積較大，距離防洪控制點很近，采用固定泄量調洪方式。

3 洪水調控分析

3.1 基本思路

提出郁江南寧河段洪水期兩岸淤泥治理系統(tǒng)的研究思路，利用現(xiàn)有工程和非工程措施，在可控洪水能力下，對南寧河段洪水期兩岸淤泥進行治理。根據(jù)歷年洪水資料，結合洪水預測模型，制定洪水調控方案，以老口電站調控為主，左江的左江水利樞紐、右江的金雞灘水利樞紐、邕江的邕江水利樞紐協(xié)同配合調控，對南寧河段水位71.00 m以下洪水調控在水位69.00 m以下，使得邕江兩岸親水平臺（高程69.30 m）不被水淹。實現(xiàn)南寧邕江兩岸淤泥治理。

3.2 洪水分析

郁江南寧河段洪水調控主要是水位流量的調控，調控范圍要依據(jù)老口電站調控的能力，運用南寧（三）站收集到的洪水資料，通過分析計算，建立洪水預報模型，進行洪水預報，確定洪水調控方案。

3.2.1 上、下游站水位流量關系分析

根據(jù)郁江南寧河段洪水調控要求，水位調控范圍：69.00～71.00 m。在2016—2019年4年間最高洪水水位72.28 m，小于2年一遇水位72.68 m。郁江南寧河段兩岸防洪堤及護坡是2001年特大洪水后加高加固，于2006年竣工。郁江南寧河段兩岸護坡，使河道變小，在同級水位的流量比護坡前相應變小，即2006年前的同級水位的流量大，因此采用南寧（三）站2008—2019年各次洪水洪峰水位流量關系綜合線的流量與實際合理。南寧（三）站2008—2019年各次洪水統(tǒng)計成果見表1。

表1 南寧（三）站2008—2019年69.00 m以上洪水統(tǒng)計成果表

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 20160816 20160817 20170712 20170825 20170830 20180805 20180818 20180831 20180920 20190529 20190714 20190804 20190902平均8月16日8月17日7月12日8月25日8月3日8月5日8月18日8月31日9月2日5月29日7月15日8月4日9月2日09：00 22：00 08：30 17：00 12：00 07：00 06：00 18：00 06：00 21：00 17：00 05：30 0：00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 68.97 5070 4830 5630 5380 5150 5120 4830 4860 5240 5310 5060 5430 5740 5368 8月16日8月19日7月13日8月26日8月4日8月6日8月19日9月2日9月21日5月29日7月16日8月6日9月3日15：00 18：00 12：25 19：45 0：25 09：15 19：25 2：00 3：45 21：35 22：35 16：30 5：35 69.20 70.25 70.44 69.84 69.45 72.28 71.31 69.80 69.49 69.01 69.83 72.09 70.33 5330 6000 6560 5660 5530 7540 6700 5360 5360 5330 5760 7200 6300 8月17日8月21日7月15日8月28日8月4日8月10日8月20日9月3日9月21日5月29日7月17日8月7日9月3日7：00 14：00 13：00 13：00 20：30 08：00 19：00 7：00 18：00 22：00 19：00 19：00 18：30 68.99 68.99 68.99 68.97 68.99 69.00 68.99 68.98 68.99 68.99 68.99 68.98 68.99 4840 4710 4830 4820 4820 4240 3870 4410 4450 5200 4560 3720 4500 4581 22.0 88.0 76.5 68.0 36.0 122.0 61.0 61.0 36.0 1.0 50.0 85.5 42.5

3.2.2 上、下游站洪水調控分析

南寧（三）站位于郁江南寧河段上游，上游距老口電站約24.3 km，距南寧三江匯合口約29.3 km。

每一次洪水過程漲水與退水的同級水位69.00 m的流量均不相同，查南寧（三）站2008—2019年（69.00～74.99 m）洪水洪峰水位流量關系線得水位69.00 m時的流量5000 m3/s，統(tǒng)計漲水水位69.00 m的平均流量5368 m3/s，退水水位69.00 m的平均流量4581 m3/s。經分析，確定漲水段水位69.00 m的最大調控流量4800 m3/s（＜5000 m3/s），退水段水位69.00 m的最大調控流量3800 m3/s，作為流量過程線模型最大調控流量。

3.3 調控分析

老口電站設計指標見表2。

表2 老口電站設計指標

由表2得知，老口電站設計洪水位84.33 m，查老口電站壩上水位與庫容關系線（見圖1）得相應庫容20.6億m3，老口電站死水位75.00 m（不發(fā)生大水）/72.00 m（發(fā)生大水），死庫容3.62億m3。按設計洪水庫容20.6億m3減去防洪庫容3.60億m3，再減去死庫容3.62億3，得可調節(jié)庫容13.38億m3。

圖1 老口電站壩上水位與庫容關系線

4 洪水預報模型建立

根據(jù)郁江南寧（三）站歷年洪水洪峰水位流量資料，建立南寧（三）站洪峰流量預報模型，用預測洪峰流量推算洪峰水位。

4.1 合成流量預報模型

4.1.1 基本依據(jù)

根據(jù)南寧（三）站二階合成流量預報模型[6]進行郁江南寧（三）站洪峰流量預測，計算得南寧（三）站洪峰流量和洪峰水位，合成流量關系式為：

4.1.2 模型建立

建立南寧（三）站二階合成流量模型，以崇左站上游的龍州Qa1、寧明Qa2、新和站Qa3斷面流量，隆安站上游的百色Qb1、榮華Qb2、英竹Qb3站斷面流量的合成流量Qc，加上區(qū)間流量Qx，匯流至南寧（三）站斷面組成二階合成流量Qt（即預測流量），其二階合成流量模型：

其中：

式中：Kx為區(qū)間流量系數(shù)。

南寧（三）站二階合成流量模型是在一階合成流量模型基礎上，在其斷面上游多支流進行合成流量分析，匯流歷時是一階合成流量模型的一倍，即洪水預報預見期是一階合成流量模型的一倍。南寧（三）站一階合成流量模型洪水預報預見期是24 h，以上游崇左、隆安站洪水作洪水預報；二階合成流量模型洪水預報預見期是48 h，以崇左、隆安站上游的龍州、寧明、新和、百色、榮華、英竹站洪水作洪水預報，這6個站洪水匯流至南寧（三）站的歷時在48 h以上。

左江寧明、右江百色至郁江南寧匯流歷時見表3。

表3 左江寧明、右江百色至郁江南寧匯流歷時

4.1.3 區(qū)間流量系數(shù)分析

根據(jù)南寧（三）站2008—2015年16場次洪水流量資料，建立區(qū)間流量系數(shù)Kx關系式。假定二階合成流量Qt等于南寧（三）站實測流量Qm，區(qū)間流量Qx=Kx·Qc，代入式（2）得Qm=Qc+Kx·Qc，則Kx=（Qm/Qc）-1。

4.2 洪峰水位流量預測

4.2.1 洪峰流量預測

根據(jù)郁江南寧（三）站2008—2015年68.00 m以上的16場次洪水資料，首先按式（3）計算合成流量Qc，根據(jù)南寧（三）站實測流量Qm、合成流量Qc按Kx=（Qm/Qc）-1計算區(qū)間流量系數(shù)Kx，按Qx=Kx·Qc計算區(qū)間流量Qx，根據(jù)合成流量Qc、區(qū)間流量Qx按式（3）計算南寧（三）站二階合成流量Qt，即為南寧（三）站二階合成流量模型的預測洪峰流量Qt，計算成果見表4。

表4 南寧（三）站預測流量計算成果表

10 2430 2930 350 510 15 11 246 6800 0.0 887 96 6342 11 5310 3090 1360 870 307 254 11 191 9800-0.1 243 172 11 363 12 5070 3130 1520 710 500 300 11 230 10 200-0.0 917 173 11 403 13 800 1130 1220 340 30 50 3570 4050 0.1 345 55 3625 14 2600 900 900 406 87 52 4945 5530 0.1 183 76 5021 15 16 2013年11月11日～11月14日05時2014年7月20日～7月23日20時2014年9月18日～9月20日12時2015年7月28日～7月30日11時2015年7月30日～8月2日05時2015年8月3日～8月5日11時2015年9月12日～9月14日12時區(qū)間流量平均系數(shù)3970 610 1000 150 915 270 526 3 150 126 140 62 35 6599 4355 6800 4560 0.0 305 0.0 471 0.0 154 102 67 6701 4422

4.2.2 洪峰水位預測

根據(jù)南寧（三）站2008—2015年16場次洪水，以南寧（三）站實測洪峰流量Qm與洪峰水位Zm建立關系，得預測洪峰水位Zt與預測洪峰流量Qt關系（見圖2），其關系式為：Zt=0.00 116 Qt+63.13 668。

圖2 南寧（三）站洪峰水位流量關系線

5 模型應用

5.1 洪水級別

老口電站洪水級別分為4個水位級（見表5），即1～4級洪峰水位分別為69.40、70.00、70.50、71.00 m，對應洪峰流量分別為5310、5810、6240、6660 m3/s，其洪水流量過程線見圖3。以第4級洪峰水位71.00 m、洪峰流量6660 m3/s作為基本級別，以此進行洪水調控減峰，提前加大泄洪，降低庫水位。

表5 老口電站洪水級別調控計算成果表

圖3 老口電站洪水流量過程線

5.2 洪峰流量預報

南寧（三）站20180819號洪水，南寧（三）站實測洪峰流量6670 m3/s，在洪水洪峰前3 d（72 h），采用二階合成流量預報模型進行洪峰流量預測。8月14日，南寧（三）站上游的龍州站、寧明站、新和站、百色站、榮華站、英竹站出現(xiàn)明顯漲水過程，8月16日龍州站、寧明站、新和站、百色站、榮華站、英竹站洪水均出現(xiàn)洪峰，洪峰流量分別為2540、1770、513、1520、78、159 m3/s，采用南寧（三）站二階合成流量預報模型進行計算，南寧（三）站合成流量Qc=2540+1770+513+1520+78+159=6580 m3/s，計算區(qū)間流量Qx=Kx·Qc=0.0 154×6580=101 m3/s，二階合成流量Qt=Qc+Qx=6580+101=6681 m3/s。則南寧（三）站2018年8月19日17時預測洪峰流量為6680 m3/s，洪峰預見期60 h。

5.3 模型應用

以南寧（三）站2018年8月14～23日（共220時段，每時段1 h）水位流量過程線為例，這次洪水洪峰水位71.31 m，最大流量6670 m3/s，時段220 h。經計算，南寧（三）站20180819號洪水調控水位流量過程線計算成果見表6。

表6 南寧（三）站21080819號洪水調控水位流量過程線模型計算成果表

對南寧（三）站20180819號洪水采用洪水調控級別第4級進行調控。由老口電站泄流量與南寧（三）站流量關系線（見圖4）推算得老口電站庫容量，由老口電站實施流量調控，老口電站在上游洪峰流量到來之前，提前60～72 h加大泄量，當泄流量加大到4800 m3/s時，就保持泄流量4800 m3/s持續(xù)較長時間，保持南寧（三）站河段水位在69.00 m以下。當出現(xiàn)洪峰流量后，水位開始退落時，老口電站泄流量開始從4800 m3/s減少到3800 m3/s，歷時一段時間后維持調控水位69.00 m以下。洪水調控過程見表7。

圖4 老口電站泄流量與南寧（三）站流量關系

表7 老口電站8月14日～20日洪水調控流量庫容計算表

161 162 163 164 165 166 167 168 3850 3800 3750 3700 3650 3600 3550 3520 3600 3500 3450 3400 3350 3300 3250 3200-250-300-300-300-300-300-300-320-90-108-108-108-108-108-108-115-810-918-1026-1134-1242-1350-1458-1573 38 190.0 38 082.0 37 974.0 37 866.0 37 758.0 37 650.0 37 542.0 37 426.8 75.42 75.40 75.39 75.37 75.35 75.34 75.32 75.30 75.30 75.32 75.34 75.34 75.34 75.28 75.26 75.27

2018年8月19日洪水經老口電站調控流量后，水位控制在69.00 m以下（見圖5），流量4800 m3/s（見圖6），退水后流量3800 m3/s。老口電站庫區(qū)蓄洪最高水位75.53 m，泄洪調控最低限制水位70.00 m，在正常運行范圍內。

圖5 南寧（三）站洪水調控水位69.00 m水位過程線

圖6 南寧（三）站洪水調控流量4800 m3/s模型流量過程線

6 結語

（1）利用水工程與非工程的措施，建立南寧（三）站洪水預報模型，應用于老口電站洪水調控，實現(xiàn)降低洪峰水位的目標。

（2）老口電站洪水調控級別的選擇，要由洪水預報的洪峰流量、洪峰水位及洪水歷時來決定，洪峰流量及洪峰水位預報準確率高決定老口電站洪水調控的成功率高。