暴雨移植開封洪水模擬分析

閆志霞

（開封市引黃灌區(qū)事務(wù)中心，河南 開封 475000）

1 概括

中國洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)是水利部信息中心研究開發(fā)的一套具有通用性強(qiáng)、功能全面的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，基于規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件環(huán)境和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，建立了統(tǒng)一的預(yù)報(bào)模型庫，采用通用的預(yù)報(bào)方案構(gòu)建技術(shù)，統(tǒng)一的模型參數(shù)率定，可對(duì)大江大河干流和主要支流的控制站、大型水庫和重要行蓄洪區(qū)，沿海主要潮位站等構(gòu)建不同預(yù)報(bào)方案，在獲取實(shí)測雨水情數(shù)據(jù)及未來降雨量定量分析的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互式作業(yè)預(yù)報(bào)，提高預(yù)報(bào)的精度并延長預(yù)報(bào)預(yù)見期，滿足各地防洪減災(zāi)工作對(duì)洪水預(yù)報(bào)的需求。

2 研究內(nèi)容

基于中國洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，將“7·20”暴雨面分布移植到開封市轄區(qū)內(nèi)（降雨中心在開封市中心），降雨量級(jí)、時(shí)程分布不變，研究模擬分析“7·20”暴雨對(duì)開封市市區(qū)內(nèi)澇影響、防洪河道重要控制斷面洪水過程、洪量計(jì)算以及重要風(fēng)險(xiǎn)河段分洪淹沒情況等，模擬分析內(nèi)容對(duì)開封市防御極端暴雨下的城市內(nèi)澇、超標(biāo)準(zhǔn)洪水、超標(biāo)準(zhǔn)洪水監(jiān)測預(yù)警、防洪規(guī)劃、應(yīng)急預(yù)案編制具有重大的警示作用和參考意義。

3 雨量移植計(jì)算

依托洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)軟件，根據(jù)相關(guān)雨量站經(jīng)緯度坐標(biāo)，將鄭州“7·20”暴雨中心置于開封市中心，以此為基準(zhǔn)點(diǎn)將“7·20”暴雨面分布平移至開封市轄區(qū)內(nèi)，降雨量級(jí)、時(shí)程分布不變，“7·20”暴雨降雨時(shí)段取7 月17 日8 時(shí)至21 日8 時(shí)，共4 d。前期影響雨量按一般干旱情況處理，符合“7·20”暴雨期間各流域蓄水情況。

在開封市暴雨移植后，累積雨量大于800 mm的籠罩面積為115 km2、大于600 mm的籠罩面積為1 154 km2、大于400 mm的籠罩面積為2 793 km2，小于400 mm的籠罩面積為3 651 km2。

雨量移植后，開封市各主要匯流單元的不同時(shí)段雨量取值為：惠濟(jì)河群力節(jié)制閘4d 累計(jì)面平均雨量568 mm，最大日降雨量為352 mm，最大日降雨發(fā)生在7月20日，最大1 h降雨量為7月20日14時(shí)的65 mm?；轁?jì)河群力-羅寨節(jié)制閘區(qū)間4天累計(jì)面平均雨量425 mm，最大日降雨量為195 mm，最大日降雨發(fā)生在7月20日，最大1 h降雨量為7月20日12時(shí)的49 mm?；轁?jì)河羅寨-李崗節(jié)制閘區(qū)間4天累計(jì)面平均雨量290 mm，最大日降雨量為181 mm，最大日降雨為7月20日，最大1 h降雨量為7 月20 日12 時(shí)的32 mm。賈魯河后槽節(jié)制閘以上4 天累計(jì)面平均雨量398 mm，最大日降雨量為205 mm，最大降雨量發(fā)生在7 月20 日，最大1 h 降雨量為7 月20 日19 時(shí)的43 mm。渦河裴莊節(jié)制閘以上4 天累計(jì)面平均雨量375 mm，最大日降雨量為334 mm，最大日降雨量發(fā)生在7月20日，最大1 h降雨量為7 月20 日17 時(shí)的83 mm。廢黃河代莊樞紐以上4 天累計(jì)面平均雨量370 mm，最大日降雨量為168 mm，最大日降雨量發(fā)生在7月20日，最大1 h降雨量7月20日13時(shí)的19 mm。

3.1 開封市城區(qū)淹沒分析

分析研究得出，城區(qū)淹沒面積為115 km2，平均淹沒水深0.61 m，最大淹沒水深為2.78 m，總淹沒水量達(dá)0.92 億m3。其中0.23 億m3經(jīng)惠濟(jì)河進(jìn)行下泄，剩余0.69 億m3的水量須經(jīng)城市排澇系統(tǒng)排泄。

根據(jù)開封市城市總體規(guī)劃，開封市排水體制根據(jù)不同區(qū)域分別采取雨污合流制和雨污分流制。開封市城市管網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)排水現(xiàn)狀按區(qū)分別設(shè)置，即：舊城區(qū)、東工業(yè)區(qū)、西開發(fā)區(qū)、鐵南區(qū)、杏花營組團(tuán)、邊村組團(tuán)。舊城區(qū)和鐵南區(qū)仍主要采取雨污合流排水體制，僅有部分地段形成雨污分流體制。城市其他地區(qū)均采用雨污分流排水體制。根據(jù)統(tǒng)計(jì)全市現(xiàn)有污水泵站或雨、污泵站總排水能力為185.87 m3/s。其退水過程如表1所示。

表1 開封市城區(qū)退水過程表單位：億m3

按照開封市最大185.87 m3/s 的排水速度進(jìn)行城市積水排泄，最快需要4.30 d可完成，其城市積水經(jīng)泵站排水至惠濟(jì)河，可形成最大流量為185.87 m3/s的洪水過程，隨著各地區(qū)積水量的逐步減少，惠濟(jì)河流量逐漸降低。

強(qiáng)降雨造成開封市城區(qū)內(nèi)澇嚴(yán)重，交通癱瘓，嚴(yán)重影響城區(qū)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至?xí)l(fā)危舊房屋倒塌，地下設(shè)施進(jìn)水，斷水、斷電、斷氣等重大安全事故，若轄區(qū)內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還易形成嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，因此需做好暴雨應(yīng)急預(yù)案，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的極端天氣情況。

3.2 主要內(nèi)河防汛河道洪水模擬分析

3.2.1 惠濟(jì)河

惠濟(jì)河三個(gè)主要控制點(diǎn)群力閘（樁號(hào)17+184）、羅寨閘（樁號(hào)34+200）和李崗閘（樁號(hào)54+426），控制流域面積分別為366.60 、566.30 、1 341.40 m2。

群力節(jié)制閘模擬的洪峰流量169 m3/s，洪量0.23 億m3，洪峰出現(xiàn)時(shí)間是7月20日16時(shí)。河道現(xiàn)狀行洪能力160 m3/s，可以通過惠賈渠和鐵底河進(jìn)行分洪，降低惠濟(jì)河河道防洪壓力，其中惠賈渠口最大分洪量13.36 m3/s，鐵底河最大分洪量3.63 m3/s，滿足分洪需要。

羅寨節(jié)制閘模擬的洪峰流量258 m3/s，洪量0.35 億m3，洪峰出現(xiàn)時(shí)間是7月20日19時(shí)。河道現(xiàn)狀行洪能力為220 m3/s，須采取分洪措施，最大分洪流量38 m3/s。一方面可通過幸福渠分洪，但分洪量極為有限；另一方面，根據(jù)蓄滯洪水對(duì)區(qū)域的基本自然條件要求，綜合確定模擬分洪區(qū)，模擬分洪區(qū)淹沒面積9.79 km2，分洪量0.05億m3，平均淹沒水深0.51 m，最大淹沒水深0.82 m。

李崗節(jié)制閘模擬的洪峰流量798 m3/s，洪量1.20億m3，洪峰出現(xiàn)時(shí)間是7月20日22時(shí)。根據(jù)河道現(xiàn)狀行洪能力（220 m3/s），須采取分洪措施，最大分洪流量578 m3/s。李崗節(jié)制閘來水主要由上游來水及支流淤泥河來水組成，必要時(shí)需調(diào)節(jié)淤泥河黑木節(jié)制閘和謝寨節(jié)制閘控制下泄流量，以減輕李崗節(jié)制閘下游河段防洪壓力。上游來水可通過，位于李崗閘上游約2 km 處的東風(fēng)干渠進(jìn)行分洪。但是由于分洪水量較大，仍需分洪。綜合考慮確定模擬分洪區(qū)淹沒面積為9.59 km2，分洪洪量為0.87億m3，淹沒最大水深4.10 m，平均水深2.90 m。

3.2.2 賈魯河

賈魯河上主要控制節(jié)點(diǎn)為后槽節(jié)制閘（樁號(hào)122+820），后槽閘斷面控制流域面積620 km2，基于降雨時(shí)程分布，采用中國洪水模擬系統(tǒng)模擬斷面洪水過程，模擬的洪峰流量328 m3/s，洪量0.44 億m3。現(xiàn)狀過流能力200 m3/s，多余的128 m3/s 流量需進(jìn)行分洪，洪量為0.18 億m3。綜合考慮后確定賈魯河模擬分洪區(qū)域位于在尉氏縣前曹村，淹沒面積為11.16 km2，淹沒最大水深2.45 m，平均水深1.61 m。

3.2.3 渦河

渦河上主要控制節(jié)點(diǎn)為裴莊節(jié)制閘（樁號(hào)54+092），裴莊閘斷面控制流域面積448 km2，防洪標(biāo)準(zhǔn)20 年一遇，過流能力為254 m3/s。基于降雨時(shí)程分布，采用中國洪水模擬系統(tǒng)模擬斷面洪水過程，模擬的洪峰流量280 m3/s，洪量0.35 億m3。超過斷面最大過流能力，為保證該段河道的基本安全，多余的26 m3/s 流量需進(jìn)行分洪，洪量為0.04 億m3。綜合考慮確定渦河模擬分洪區(qū)域兩處，一處淹沒面積46.12 km2，淹沒最大水深0.41 m，平均水深0.09 m；另一處分洪區(qū)面積為18.34 km2，淹沒最大水深0.84 m，平均水深0.28 m。

4 遭遇極端暴雨對(duì)策及建議

一是健全預(yù)警模式，建立有效的全要素預(yù)報(bào)預(yù)警預(yù)演預(yù)練的智慧分析能力。針對(duì)不同降雨量級(jí)情況，做好雨水情應(yīng)急預(yù)案，充分發(fā)揮水文系統(tǒng)的耳目尖兵功能，及時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行水文信息的監(jiān)測和傳輸，及時(shí)滾動(dòng)發(fā)布洪水預(yù)報(bào)，為工程調(diào)度提供依據(jù)。目前《開封市水旱災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案》及《惠濟(jì)河超標(biāo)準(zhǔn)洪水防御預(yù)案》《賈魯河超標(biāo)準(zhǔn)洪水防御預(yù)案》《渦河超標(biāo)準(zhǔn)洪水防御預(yù)案》《雙洎河超標(biāo)準(zhǔn)洪水防御預(yù)案》已編制完成，建議每年對(duì)預(yù)案根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)更新調(diào)整，并建立健全有效的全要素“四預(yù)”的智慧分析能力。二是加強(qiáng)應(yīng)急力量建設(shè)，開展防汛應(yīng)急演練。建立健全專家隊(duì)伍，通過專題培訓(xùn)、實(shí)戰(zhàn)演練加強(qiáng)應(yīng)急隊(duì)伍專業(yè)化建設(shè)。加快完善應(yīng)急預(yù)案體系，組織實(shí)戰(zhàn)化演練，提高應(yīng)急處置能力。強(qiáng)化物資儲(chǔ)備，全面提升抗災(zāi)減災(zāi)能力。三是加強(qiáng)水利信息化建設(shè)。加強(qiáng)水利信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)降雨、流量等雨情水情的自動(dòng)監(jiān)測、自動(dòng)報(bào)汛，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)上報(bào)、及時(shí)預(yù)防、及時(shí)撤離。加快建設(shè)開封市境內(nèi)尤其是惠濟(jì)河流域智慧水利信息平臺(tái)，切實(shí)解決開封市城區(qū)及祥符區(qū)唯一排洪河道惠濟(jì)河極其重要支流水利信息化建設(shè)薄弱的突出問題，為開封水利在防汛減災(zāi)、水資源管理、水利工程運(yùn)營管理、智慧灌區(qū)建設(shè)等提供數(shù)據(jù)支撐與基礎(chǔ)保障服務(wù)。同時(shí)做好雙重保障措施，如暴雨區(qū)雨量站、水文站自動(dòng)監(jiān)測沒有實(shí)現(xiàn)設(shè)施設(shè)備雙配套，在極端暴雨洪水條件下可能出現(xiàn)通信中斷情況，應(yīng)加快北斗雙信道建設(shè)，確保信息準(zhǔn)確快速的傳遞。