西平縣小洪河2020年7·22洪水分析

張 鴻，馬 濤，宋良軍，王衛(wèi)東

(1.西平縣水利局，河南 西平 463900； 2.西平水文局，河南 西平 463900)

1 研究背景

西平縣小洪河屬洪汝河水系，為淮河二級支流小洪河上中游干流；小洪河田崗水庫以上屬山區(qū)性河流,洪峰流量大，匯流速度快；田崗至楊莊滯洪區(qū)大壩間為丘陵性河流，小水走主槽，大水漫灘行洪；楊莊以下進(jìn)入平原區(qū)，兩岸有堤防，河槽狹窄，河道彎曲，泄流能力低，大水年份極易形成洪澇災(zāi)害[1]。小洪河西平境內(nèi)段上游建有楊莊滯洪區(qū)，中游建有桂李節(jié)制閘和老王坡滯洪區(qū)進(jìn)洪閘，下游淤泥河入口以上建有西平縣老王坡滯洪區(qū)等大中型防洪工程；2008年以來小洪河西平以上流域降雨偏少，未形成大的河道徑流匯水。2020年7月21—23日，小洪河西平縣及以上流域普降大到暴雨，形成了2007年以來最大洪水過程，在洪水過程中，出現(xiàn)了水庫工程防汛調(diào)度問題、防汛特征水位問題，因此，有必要對水庫防洪庫容運(yùn)用進(jìn)行探討，對小洪河桂李水文測站的防汛保證水位及保證流量關(guān)系進(jìn)行分析論證，明確小洪河桂李水文站分洪水位，為小洪河、洪汝河、淮河防汛提供技術(shù)支撐。

2 西平縣小洪河流域概況

2.1 小洪河歷史與現(xiàn)狀

小洪河古名沅水，發(fā)源于方城縣東北境山區(qū)，在方城境稱賈河，流入葉縣境稱乾江河，流入舞陽縣境稱三里河，流入西平縣境稱洪溪河，經(jīng)西平縣嫘祖鎮(zhèn)洪村鋪村向東南流入西平縣楊莊鄉(xiāng)合水鎮(zhèn)與滾河(今稱小洪河)匯流，始稱洪河。元末至正年間(1341—1368年)，因乾江河水常給下游造成洪澇災(zāi)害，于舞陽縣卸甲店將乾江河向北導(dǎo)入漕河，堵死向東入河水路，從此，乾江河與洪河不再相通，故自元末以后洪河源頭為舞陽縣三里河。新中國成立后，將滾河定為洪河的上源，源頭出自舞鋼市南部的蘇寨山，1951年在滾河上游老盤店建成石漫灘大型水庫，石漫灘水庫下游建有田崗中型水庫。

滾河自西平縣嫘祖鎮(zhèn)常寺和宋莊之間入西平縣境，始稱西平縣小洪河，東行35 km到西平縣楊莊滯洪區(qū)大壩水閘，此段有青銅河、棠溪河、吉斗河、洪溪河、萬泉河、運(yùn)糧河等支流匯入。再東行16 km到小洪河桂李節(jié)制閘和老王坡滯洪區(qū)進(jìn)洪閘。下行10 km穿過西平縣城區(qū)和上下京廣高鐵、107國道、京廣鐵路、京港澳高速，17 km到五溝營后鄭村出西平縣境，該河段有淤泥河匯入，匯入口以上即老王坡滯洪區(qū)。經(jīng)上蔡縣、汝南縣，在新蔡縣城東南三岔口與汝河匯合始稱大洪河，大洪河在東南豫皖交界處匯入淮河。西平縣境內(nèi)所轄河段長78 km，無堤防段35 km，有堤防段43 km，解放前安全行洪流量為90 m3/s，1982年治理后安全行洪流量提高到340 m3/s，2001年通過近期治理工程，楊莊滯洪區(qū)大壩以下到桂李分洪閘間流量提高到650 m3/s，縣城段至老王坡泄洪閘段流量為350 m3/s，分洪道分洪流量為300 m3/s。

2.2 小洪河上游流域控制面積和雨量站分布

西平縣小洪河上游流域?qū)嶋H控制面積1 037 km2。其中，西平縣西南部流域控制面積344 km2；洪溪河入小洪河河口以上流域控制面積388 km2；小洪河西平境外舞鋼市田崗水庫控制面積305 km2。其中，田崗區(qū)間流域控制面積75 km2，石漫灘水庫流域控制面積230 km2。

流域內(nèi)涉及7·22洪水的雨量站39個，其中，西平縣楊莊滯洪區(qū)大壩以上小洪河流域13個,田崗水庫大壩以上滾河流域15個，洪溪河合水入口以上洪溪河流域11個。

西平縣小洪河流域水系示意見圖1。

圖1 小洪河流域水系示意圖

2.3 西平縣境小洪河工情概況

西平縣小洪河，自宋莊入境到楊莊滯洪區(qū)大壩段為自然河道，無堤防，河道比降1∶2 900；楊莊滯洪區(qū)大壩至桂李節(jié)制閘段為有堤防段，河道比降1∶5 200，堤防等級4級，堤頂高程64～68 m，堤坡1∶2.5，堤頂寬3～10 m，設(shè)計(jì)流量650 m3/s，防洪標(biāo)準(zhǔn)20 a一遇；桂李節(jié)制閘以下至后鄭段，河道比降1∶5 200，堤防等級5級，堤頂高程62～64 m，堤坡1∶2.5～1∶3，堤頂寬3～6 m，設(shè)計(jì)流量350 m3/s，防洪標(biāo)準(zhǔn)10 a一遇。其中，17+900—24+550段為西平縣城市水系治理工程范圍河段，經(jīng)2018年河道治理完成后，河道比降為1∶3 000，堤防等級提升為4級，堤頂高程64～65 m，堤坡1∶2.5～1∶3，堤頂寬3～5 m，設(shè)計(jì)流量420 m3/s，防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20 a一遇。

3 小洪河2020年7·22洪水分析

根據(jù)《水利部關(guān)于印發(fā)全國主要江河洪水編號規(guī)定的通知》[2]水防[2019]118號文件精神，西平縣小洪河楊莊水文測站超警戒水位(64.50 m)出現(xiàn)在2020年7月22日22時30分，小洪河桂李水文測站超警戒水位(60.50 m)出現(xiàn)在7月22日23時00分，西平縣防汛抗旱辦公室根據(jù)防汛會商動員會決定，各責(zé)任單位開始上堤值守、巡堤查險(xiǎn)。小洪河屬洪汝河水系、淮河三級支流，本次洪水不參與洪水編號，以“小洪河2020年7·22洪水”引用，簡稱“7·22洪水”。

3.1 降雨分析

3.1.1 降雨過程

2020年7月21—23日，小洪河流域出現(xiàn)一次降雨，屬于大到暴雨過程[3]，從21日15時至23日8時，小洪河流域涉及西平縣楊莊滯洪區(qū)以上匯流區(qū)域雨量站39個，降雨量超過200 mm的站點(diǎn)12個，其中，最大降雨量的葦子園站降雨量達(dá)251 mm，最小降雨量的月林站降雨量為144 mm。23日8時至24日6時，無降雨。

主要降雨時段有兩個：7月21日15—22時為前期時段，峰值19 mm出現(xiàn)在19—20時之間，本階段葦子園站最大降雨量為49 mm，石漫灘站最小降雨量為30 mm；本階段降雨使土壤飽和，為產(chǎn)生7·22洪水創(chuàng)造條件；7月21日23時至23日8時為后期時段，峰值39 mm出現(xiàn)在22日4—5時之間，本階段韋子園站最大降雨量為202 mm，月林站最小降雨量為114 mm；本階段降雨是產(chǎn)生7·22洪水主要原因，并且為小洪河高水位運(yùn)行時間的延長創(chuàng)造了條件。

3.1.2 降雨特點(diǎn)

歷時短強(qiáng)度大：本次暴雨集中在7月21日18時至22日14時的20 h內(nèi)，集中在出山以西，石漫灘以南，大王莊以東，李興樓以西的大部山區(qū)以內(nèi)。日均雨量達(dá)200 mm，其中葦子園、黃灣、李興樓、長嶺頭、刀子嶺降雨量超過212 mm。

3.2 洪水過程

受本次降雨影響，西平縣小洪河發(fā)生了自2008年以來最大洪水過程，23日08時00分楊莊水文站出現(xiàn)洪峰水位65.3 m，超警戒水位(64.50 m)0.8 m，洪峰流量413 m3/s；桂李水文站出現(xiàn)洪峰水位61.83 m，超警戒水位(60.50 m)1.33 m，洪峰流量400 m3/s；楊莊水文站洪峰高水位均持續(xù)2 h，洪峰過后7 h水位降至警戒水位以下；桂李水文站洪峰高水位均持續(xù)2 h，洪峰過后20 h水位降至警戒水位以下。小洪河桂李站7·22洪水過程線見圖2。

圖2 小洪河流域桂李站7·22洪水過程線

3.3 洪水量級

小洪河楊莊水文站以上流域24 h面雨量經(jīng)計(jì)算為155.2 mm，為特大暴雨[4]，重現(xiàn)期約為10 a；楊莊水文站實(shí)測洪峰流量為413 m3/s，7·22洪水重現(xiàn)期約為10 a；桂李水文站實(shí)測洪峰流量為400 m3/s，7·22洪水重現(xiàn)期約為10 a；根據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》(GB /T 22482—2008)[5]綜合考慮認(rèn)定本次西平縣小洪河7·22洪水重現(xiàn)期約為10 a，屬中洪水。

3.4 洪水傳播時間分析

21日15時至23日8時段為主要降雨過程，在此期間，田崗水庫于22日3時開始開閘泄水到10時止，流量從20 m3/s逐漸加大到400 m3/s，最大流量持續(xù)10 min后到16時逐漸調(diào)整到100 m3/s，田崗水庫泄水形成的洪峰與小洪河其他降雨徑流疊加于17 h后的23日8時到達(dá)楊莊水文站，形成了7·22洪水洪峰。本次洪水傳播時長17 h,與以往石漫灘到楊莊水文站洪水傳播時長8～12 h相比較偏大；楊莊至桂李洪峰出現(xiàn)時間差只有3 h，對比以往的45 h傳播時長偏小。初步分析原因：一是小洪河田崗至楊莊大壩段河道13 a來未有大的洪水淹沒沖刷，河道滋生大量灌木水草，同時有大量農(nóng)作物秸稈、枯樹，阻礙洪水下泄；二是西平境內(nèi)小洪河支流匯水對上游來水有頂托作用；三是小洪河楊莊大壩至京廣鐵路橋段，經(jīng)過日常管理和城區(qū)段治理工程的應(yīng)用，該段河道行洪能力有很大提高。

3.5 與歷史最大洪水對比分析

桂李站至楊莊滯洪區(qū)大壩段河道無匯水流入，實(shí)際歷史洪水以楊莊測站記錄為準(zhǔn)。有記錄以來最大洪水發(fā)生于1975年8月，楊莊控制站以上流域平均降雨量為797 mm,洪峰流量4 770 m3/s ，洪峰模數(shù)4.6 m3/(s·km2)，為千年一遇洪水。8月5日上游石漫灘水庫入庫洪峰流量3 460 m3/s，7 d第二個洪峰流量達(dá)6 280 m3/s,8日零時30分大壩發(fā)生潰決；最大潰壩流量達(dá)300 000 m3/s，經(jīng)歷5 h 30 min便向下傾瀉洪水1.67億m3，一股洪水順小洪河而下，另一股與甘江河決口洪水匯合漫流于舞陽縣南一帶，后經(jīng)洪溪河兩岸下泄入小洪河。8日7時洪水沖入廢楊莊水庫(現(xiàn)楊莊滯洪區(qū))，經(jīng)滯蓄后漫決，造成小洪河左堤決口18處，右堤決口35處，漫堤5 km，總決口寬2.7 km，左堤決口洪水進(jìn)入老王坡滯洪區(qū)約5.71億m3，右堤決口洪水越過京廣鐵路入上蔡縣與汝河洪水相匯沿洪汝河間平原區(qū)漫流而下。

石漫灘水庫從1975年8月5日至8日大壩潰決前泄洪時長46.67 h，共調(diào)控下泄庫水6 450萬m3。1975年8月8日9時小洪河楊莊水文站測量最大洪峰流量為451 m3/s，隨著石漫灘潰壩洪水漫決小洪河堤防沖毀水文測量設(shè)施，楊莊水文站無75·8洪水記錄，利用單位線和馬斯京根河道連續(xù)演算模型對小洪河楊莊控制站來水進(jìn)行流量演算，至楊莊站洪峰流量為4 770 m3/s。通過分析計(jì)算，1975年的75·8歷史洪水洪峰模數(shù)是2020年7·22洪水的12倍，75·8歷史洪水78 h場降水量是7·22洪水41 h場降水量的5倍。由于75·8暴雨比較罕見，加上小洪河上游石漫灘、田崗水庫潰壩，形成歷史特大洪水，與7·22洪水對照詳見表1。

表1 小洪河流域7·22洪水與歷史最大洪水對照

3.6 工程防洪調(diào)度分析

小洪河楊莊滯洪區(qū)以上流域防洪工程有大二型水庫1座、中型水庫3座、小型水庫10余座，其中，大部分水庫多年來以自然溢洪方式下泄洪水，只有石漫灘大型水庫和田崗中型水庫利用防洪庫容調(diào)節(jié)洪水。通過河南省防汛信息移動查詢系統(tǒng)查閱出庫流量數(shù)據(jù)，涉及7·22洪水期間石漫灘水庫攔蓄了2 090萬m3洪水，泄洪1 343.79萬m3；田崗水庫提前下泄超汛限水位水量1 122.4萬m3，泄洪2 801.42萬m3。詳見表2。

表2 7·22洪水石漫灘、田崗水庫迎洪泄水和洪水調(diào)度情況

石漫灘水庫除險(xiǎn)加固工程于2018年10月完工，2020年9月27日通過河南省水利廳組織的竣工驗(yàn)收，施工期間基本空庫運(yùn)行，試運(yùn)行期間無大匯流進(jìn)入水庫，2020年7·22洪水期間攔蓄入庫水量較大，極大減輕了小洪河下游洪水壓力；同時石漫灘水庫下泄洪水直接進(jìn)入田崗水庫，加上田崗水庫區(qū)間流域匯水，使田崗水庫承擔(dān)了全部小洪河上游洪水壓力。田崗水庫是中型水庫，防洪庫容2 040萬m3，田崗水庫于6月18日至7月19日期間6次啟閘泄水，把庫存水量控制在不超過汛限水位86.0 m時庫容，但遇到7·22暴雨降水集中在區(qū)間流域，田崗水庫在7月22日03時開始啟閘泄洪，流量從20 m3/s逐漸加大到400 m3/s，但最大泄洪流量只持續(xù)10 min逐漸降到100 m3/s，泄洪形成的小洪河上游洪峰與西平縣境內(nèi)各支河道匯流疊加就形成了7·22洪水楊莊水文站23日8時413 m3/s的最大洪峰流量。

4 結(jié)果與探討

4.1 工程防洪調(diào)度問題

由7·22洪水全過程分析可以發(fā)現(xiàn)，田崗水庫前期防洪庫容運(yùn)用中6次下泄超過汛限水位的水量，預(yù)留防洪庫容不足以滯納區(qū)域暴雨徑流，丁勝祥等[6]指出了分散調(diào)度無法取得整體最優(yōu)的弊端。在遭遇7·22洪水區(qū)域暴雨時，提前騰出足夠防洪庫容和錯峰調(diào)度[7]應(yīng)引起探討和重視，并且把田崗水庫納入控制性水庫實(shí)行小洪河上游水庫群聯(lián)合調(diào)度是必然趨勢，至少可以避免下泄洪峰與下游小洪河流域支流匯水洪峰疊加。

7·22洪水而言，小洪河桂李站如果按2007年保證水位63 m、分洪流量420 m3/s推演，田崗水庫若按400 m3/s流量持續(xù)泄水2 h，就必然向西平縣老王坡滯洪區(qū)分洪，產(chǎn)生0.7億～1.5億元滯洪區(qū)運(yùn)用補(bǔ)償費(fèi)用[8]，工程調(diào)度減災(zāi)作用非常明顯。這就要求防汛調(diào)度方面應(yīng)做到精準(zhǔn)雨水情預(yù)報(bào)、局部服從整體、全流域聯(lián)合科學(xué)調(diào)度。

4.2 防汛特征水位問題

西平縣小洪河楊莊滯洪區(qū)以下河段有楊莊、桂李、五溝營3個水文測站，7·22洪水期間，楊莊水文測站和桂李水文測站實(shí)測水位流量與防汛特征水位數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)桂李站保證水位和保證流量關(guān)系異常。詳見表3。

表3 實(shí)測水位流量與防汛特征水位數(shù)據(jù)

《河南省西平縣城市水系治理工程(一期)可行性研究報(bào)告》[9]提出桂李節(jié)制閘Q420時對應(yīng)水面線高程為62.51 m、Q500時對應(yīng)水面線高程為63.14 m。因此，小洪河桂李站原防汛特征水位已不適應(yīng)西平縣小洪河防洪調(diào)度運(yùn)用現(xiàn)狀，亟待解決。

2021年9月上旬，小洪河流域出現(xiàn)一次較大降雨過程。9月5日，本年度內(nèi)最大洪峰出現(xiàn)在小洪河桂李站，最大洪峰流量為407 m3/s，最高水位為62.49 m,洪峰持續(xù)1.5 h；小洪河五溝營水文站于9月5日9時開始出現(xiàn)超過保證水位56.49 m的洪水，超保洪水持續(xù)17 h。河南省水利廳調(diào)度田崗水庫閉閘停止泄洪，按駐馬店市防辦提供的最新老王坡滯洪區(qū)進(jìn)洪洪水調(diào)度預(yù)案要求，針對小洪河桂李站出現(xiàn)的水位流量異?，F(xiàn)象，增加了“桂李站流量達(dá)到420 m3/s，且下游洪水超過保證水位，上游來水繼續(xù)保持洪水流量的情況下，開啟老王坡滯洪區(qū)桂李進(jìn)洪閘分洪”的調(diào)度指示。進(jìn)一步證明了原小洪河桂李站保證水位63 m、保證流量420 m3/s向老王坡滯洪區(qū)分洪的規(guī)定與小洪河洪水現(xiàn)實(shí)不適應(yīng)。經(jīng)過對比2021年9月小洪河桂李站洪水過程，參考小洪河城區(qū)段防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20 a一遇的實(shí)際，經(jīng)計(jì)算，建議小洪河桂李站防汛特征水位警戒水位和流量不變，變更保證水位為62.51 m，保證流量為420 m3/s。

2021年9月小洪河桂李站洪水過程線見圖3。

圖3 小洪河流域桂李站2021·09洪水過程線

5 結(jié) 論

(1)西平縣小洪河7·22洪水主要由小洪河上游降雨徑流產(chǎn)生。

(2)洪水期間石漫灘水庫攔蓄能力發(fā)揮對降低洪水量級起到了主要作用。

(3)建議在防洪工程調(diào)度運(yùn)用中對水庫工程防洪庫容試行全部攔蓄原則，在流域遇到大的降雨預(yù)報(bào)前水庫騰空到最大防洪庫容。

(4)針對7·22洪水期間桂李水文站實(shí)測與保證水位流量異常進(jìn)行調(diào)查，分析論證并及時調(diào)整小洪河桂李站防汛特征水位。初步分析發(fā)生防汛特征水位問題主要原因?yàn)樾『楹游髌娇h城區(qū)段6.6 km河道斷面增大，防洪標(biāo)準(zhǔn)由原來的10 a一遇提高到20 a一遇；建議小洪河桂李站防汛特征水位警戒水位和流量不變，保證水位變更為62.51 m，保證流量為420 m3/s。為小洪河、洪汝河、淮河防汛工作提供決策依據(jù)。