通惠河停止為一熱電廠供水對防洪調度的影響探討

北京市城市河湖管理處 馬新浩

一、概況

（一）北京城區(qū)的防洪排澇格局

北京市地處華北平原西北端，全市面積1.64萬平方公里，其中山區(qū)面積1.00萬平方公里，約占總面積的61%，平原區(qū)面積的0.64萬平方公里，約占總面積39%。北京地勢西北高、東南低，西部為太行山山脈，北部和東北部為燕山山脈，中部和東南部為平原。這一地勢特點對暴雨顯著增幅、強對流天氣觸發(fā)極其有利[1]。北京中心城區(qū)包括東城區(qū)、西城區(qū)、朝陽區(qū)、海淀區(qū)、石景山區(qū)、豐臺區(qū)等六區(qū)。近年來，北京極端天氣頻發(fā)，特別是中心城區(qū)，降雨呈現(xiàn)出強度高、局地性強等特點，并造成不同程度的災害損失。2004年“7·10”暴雨造成市內交通癱瘓；2010年“6·10”暴雨造成城區(qū)多處橋區(qū)積水；2012年“7·21”特大暴雨，全市16小時平均降雨量170毫米，中心城區(qū)平均降雨量215毫米，給城市運行和人民群眾的生命財產造成嚴重損失，對城市水系的防洪排洪安全提出了極大挑戰(zhàn)。北京中心城區(qū)分布著通惠河、涼水河、清河、壩河等排水河道，按照北京市防洪排澇格局，洪水調度以“西蓄、東排，南北分洪”為原則[2]。“西蓄”是指通惠河水系玉淵潭以上的雨洪，利用城區(qū)西部湖泊、河流、砂石坑等蓄洪，控制洪水進入城區(qū)；“東排”是指城區(qū)主要洪水由通惠河、清河、壩河涼水河等城區(qū)骨干排水河流向東排入北運河；南護城河西段以上洪水，可通過右安門分洪樞紐向涼水河“南分洪”；城區(qū)北部洪水，可通過北護城河、小月河、京密引水昆玉段向壩河、清河“北分洪”，并最終排入北運河。

（二）通惠河概況和高碑店閘的防洪功能

通惠河是北京城區(qū)東排的骨干河流，通惠河流域面積約264平方公里，干流為通惠河，上游有永定河引水渠、南旱河、京密引水渠昆玉段、南長河、轉河、北護城河、南護城河、前三門暗溝、二道溝等支流。通惠河流域跨石景山、海淀、西城、東城、朝陽、豐臺等六個行政區(qū)，范圍包括首都功能核心區(qū)等重點區(qū)域，因此，能否安全有效排除洪水直接關系到首都防洪排澇安全，影響重大。通惠河起自東便門鐵路橋，向東匯入北運河，全長20.35公里。起點處有東護暗溝、南護城河、前三門暗溝的洪水在東便門附近集中匯入，是中心城區(qū)的主要排洪通道[3]。

通惠河高碑店閘以上河段內設有樂家花園、高碑店兩座水文站。樂家花園水文站位于朝陽區(qū)大北窯鎮(zhèn)二閘村，始建于1977年，承擔水位、流量等7項觀測任務，其監(jiān)測的斷面流量是城區(qū)洪水預警的發(fā)布指標；高碑店水文站位于高碑店閘，始建于1960年9月，承擔水位、流量等項觀測任務。兩座水文站均是海河流域北運河水系通惠河上的控制站，被列為國家基本水位站。

通惠河高碑店閘上游設有東便門橡膠壩、大北窯橡膠壩、大北窯船閘等水利工程。東便門橡膠壩建于1989年，距通惠河起點0.25公里，結構形式為充水壩袋砼雙楔塊錨固梯形曲面堰，過壩設計流量391立方米/秒，校核流量542立方米/秒，主要功能為防洪排澇；大北窯橡膠壩建于1998年，距通惠河起點2.03公里，充水壩袋螺栓壓板雙錨固矩形曲面堰，過壩設計流量448立方米/秒，校核流量622立方米/秒，主要功能為防洪排澇；大北窯船閘與大北窯橡膠壩位于同一斷面，結構形式為平板平開式鋼閘門，用于河道通航，汛期開啟后可發(fā)揮防洪排澇功能。高碑店閘距通惠河起點8.08公里，閘前水面寬闊，閉閘蓄水后形成高碑店湖，庫容35萬立方米。高碑店閘為4孔平板舌瓣鋼閘門，閘門寬7.0米，高5.0米（含舌瓣1.0米），20年一遇設計水位30.73米，流量434立方米/秒，100年一遇校核水位32.00米，流量640立方米/秒。在汛期，高碑店閘以上日常維持景觀水位，以下至北運河段不蓄水，且河底高程較低，一般情況下排洪過程中不會頂托上游洪水下泄。因此，可以認為高碑店閘是中心城區(qū)洪水調度的末端閘門，是通惠河“東排”最重要的水利工程節(jié)點。

（三）一熱電廠與通惠河高碑店閘的關系

原北京第一熱電廠（以下簡稱“一熱電廠”）是新中國在首都建設的第一家高溫高壓熱電聯(lián)產企業(yè)。一熱電廠位于北京市朝陽區(qū)西大望路長安街延長線上，總裝機容量40萬千瓦，供熱能力約2100萬平方米，是北京市重要的集中供熱熱源和電力支撐點，為首都經濟建設和社會發(fā)展作出了突出貢獻。為響應北京市2013年至2017年清潔空氣行動計劃，一熱電廠燃煤機組于2015年3月20日關停。由于一熱電廠位于高碑店閘上游通惠河附近，電廠關停前，曾長期以通惠河河水作為機組冷卻用水。為保證電廠從河道內正常取水，高碑店閘需閉閘蓄水，維持上游水位穩(wěn)定。電廠燃煤機組關停后，供水保障也隨之取消，對高碑店閘的防洪調度產生了重要影響。

二、高碑店閘防洪調度

（一）通惠河為一熱電廠供水期間高碑店閘的調度

電廠燃煤機組運行期間，持續(xù)從通惠河抽取冷卻水源，取水口位于高碑店湖上游，為保證供水，高碑店湖需長期控制水位在30.60米以上，距離設計水位30.73米非常接近。在防汛調度時，高碑店閘需在上游水位開始上漲后逐漸增加泄量，同時保證水位不發(fā)生大幅下降，影響電廠取水。這種調度方式造成了較大的排洪壓力，一方面，當降雨造成水位上漲時，流域已經開始產流，高碑店閘無法利用降雨開始到產流前的時間段下泄洪水；另一方面，上游水閘泄水時，高碑店閘無法同步開啟閘門，只能犧牲調蓄空間承接來水，造成流量劇增和波動頻繁，尤其是突發(fā)短時強降雨，往往呈現(xiàn)洪水總量小但排洪流量大的特點。以2011年8月13日降雨為例，上游流域平均降雨量55.2毫米，高碑店閘洪水總量82.09萬立方米，卻出現(xiàn)建閘以來的最大過閘流量560立方米/秒，高于2012年“7.21”、2016年“7.20”等特大暴雨。

（二）通惠河停止為一熱電廠供水后高碑店閘的調度

電廠燃煤機組關停后，高碑店湖不再承擔電廠的供水任務，調蓄空間明顯增加。根據(jù)調度預案，高碑店閘雨中控制水位29.80米至31.00米排洪，并且可以通過雨前預泄，為雨中排洪做足準備。根據(jù)水位庫容關系線，分別列出關停前最低水位30.60米和關停后最低水位29.80米的蓄水量，并計算調蓄庫容增加情況見表1按照最低水位從30.60米降低到29.80米計算。通惠河各河段增加調蓄庫容見表1。

表1 通惠河各段調蓄庫容對比（單位：萬m3）

如果再次發(fā)生前文所述2013年8月13日的降雨過程，雖然降雨強度大，但洪水總量較少，如果提前泄洪，降低起調水位，增加調蓄空間，將可大幅削減洪峰流量，保障防洪安全。

三、停止供水對高碑店閘排洪的實際影響

選取停止為一熱電廠供水前后的明顯降雨過程，并計算排洪數(shù)據(jù)，各場降雨排洪情況見表2。

表2 高碑店閘典型降雨排洪情況

對比可知，在實際調度過程中，電廠燃煤機組關停以來，高碑店閘的最大洪流量大幅減小，并且普遍如此，通過通惠河調蓄庫容削峰效果明顯。

統(tǒng)計以上雨洪過程的起調水位情況見表3。

表3 歷年明顯降雨起調水位

由表3可知，電廠燃煤機組關停前后，最高洪水位變化較小，但起調水位整體上降低，是高碑店閘洪峰流量得以削減的重要原因。需要注意的是，當出現(xiàn)突發(fā)強降雨，由于無法根據(jù)預報實施預泄，仍會出現(xiàn)起調水位較高的情況，需及時泄洪，避免水位上漲過快，流量波動過大。

通過總結和分析電廠燃煤機組關停后的大量雨洪水調度過程，高碑店閘在2018年制訂了防汛預調度方案，措施如下：

（1）當北京中心城區(qū)一小時平均降雨量達到或超過20毫米且沒有停止趨勢，高碑店閘可開始預泄洪，增加高碑店湖雨中調蓄空間。

（2）預泄洪流量控制在100立方米/秒以內，水位維持在29.80-31.00米之間。大北窯橡膠壩坍壩運行。

（3）若受降雨匯流影響，在預泄洪過程中水位開始上漲，則按照城市河湖雨洪調度預案執(zhí)行調度排洪措施。

（4）若雨前接市防汛辦關于應對極端天氣的調度指令（降低水位或放空河道等），按照調度指令執(zhí)行。

以上預調度方案在近兩年汛期已經發(fā)揮作用，今后可繼續(xù)在實踐中總結完善，并為其他城區(qū)河道的預調度提供參考。

四、結論和建議

通過以上實測資料的對比分析可得出結論：一熱電廠燃煤機組關停后，高碑店閘上游調蓄空間增加，在實際調度中能夠有效削減洪峰流量，為中心城區(qū)排洪創(chuàng)造有利條件。結合目前通惠河現(xiàn)狀，提出以下建議：

（1）積極實踐和探索雨前預泄，研究制訂不同降雨過程等預泄方案，提前降低水位，增加調蓄空間。

（2）雨中充分調度，發(fā)揮調蓄功能，削減洪峰流量。

（3）河道定期清淤，避免淤積擠壓調蓄空間，保證行洪能力。

今后，通惠河的防洪調度不僅是中心城區(qū)排水的重要保障，還將關系到城市副中心的防汛安全。時刻以防汛安全為前提，通過河槽調蓄使洪水平穩(wěn)下泄，將是高碑店閘調度的長期要求，也是城區(qū)防洪需要繼續(xù)總結和探索的重要課題。

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防 洪 調 度 flood control operation 運用防洪工程或防洪系統(tǒng)中的設施，有計劃地實時安排洪水以達到防洪最優(yōu)效果。防洪調度的主要目的是減免洪水為害，同時還要適當兼顧其他綜合利用要求，對多沙或冰凌河流的防洪調度，還要考慮排沙、防凌要求。

①將確保工程安全置于首位；②防護區(qū)的洪災總損失最小;③妥善處理防洪與興利的矛盾,在汛期興利服從防洪,防洪兼顧興利；④編制防洪調度方案,嚴格按調度方案進行運用；⑤由于基本資料、水情預報、調度決策等可能存在誤差或失誤,運行時需要留有余地,以策安全。

分洪區(qū)運用

分洪區(qū)包括有閘控制或臨時扒口兩類。一般以防護區(qū)控制點的保證水位或安全泄量作為分洪工程運用的判別指標，當河道實際水位或流量即將超過判別指標時，首先啟用有閘門控制的分洪區(qū)。如仍不能控制河道水位,或流量繼續(xù)增大時,再使用其他分洪道、分洪區(qū)削減超額洪水，以保證重點堤段或防護區(qū)的安全。選擇臨時分洪區(qū)要以洪災總損失最小為原則，盡先考慮淹沒損失小，靠近防護區(qū)上游、分洪效果較好的分洪區(qū)，據(jù)此安排分洪區(qū)的使用順序。當分洪區(qū)全部蓄滿后，如洪水仍繼續(xù)上漲，需要將分洪區(qū)作滯洪區(qū)或分洪道使用時，可同時打開下游泄洪閘（或扒口），采取"上吞下吐"的運用方式，或與鄰近分洪區(qū)聯(lián)合運用的方式，滯蓄超額洪水。