流域洪水蓄泄關系空間分異特征分析及應用

李 揚

(水利部水利水電規(guī)劃設計總院，北京 100120)

關于流域洪水蓄泄關系的分析，是流域防洪規(guī)劃編制工作過程中的組成環(huán)節(jié)[1-2]，在分析工程體系應對典型洪水過程有無超額洪量的工作過程中，會將攔蓄、滯蓄和下泄量做統(tǒng)計，工作重點在于超額洪量如何安排[3-4]，而對于蓄泄能力關系的規(guī)律性及其對于規(guī)劃防洪體系優(yōu)化調整的作用考慮的不多。本文將通過對較多流域樣本蓄泄能力的數(shù)據(jù)分析入手，探討不同流域洪水蓄泄關系的空間差異特性，梳理總結規(guī)律，從洪水蓄與泄的關系視角分析典型流域未來防洪體系的建設方向。

1 流域洪水蓄泄關系研究目的與方法

以流域為單元開展防洪規(guī)劃編制及相關研究工作，均需要客觀評估流域防洪工程體系對于典型洪水過程的抗御能力[5-7]。根據(jù)典型洪水過程概化分析各時段水庫湖泊攔蓄、分蓄洪區(qū)滯蓄、河道槽蓄及下泄的洪量，從而分析明確是否產生超額洪量，進而通過對工程體系的補充完善和調度方案的優(yōu)化消納超額洪量，實現(xiàn)規(guī)劃防御一定設防標準典型洪水的目標。

對于流域洪水蓄泄關系的研究，就是以流域為單元，根據(jù)典型洪水過程條件下的流域工程體系應對策略與能力，分析統(tǒng)計攔蓄、滯蓄的洪量與河道下泄洪量及剩余超額洪量的關系。通過對流域洪水蓄泄關系分析，可以更為清晰地認識流域洪水的特點，更好了解防洪工程體系的完善程度，通過洪水蓄泄關系比例可以判斷工程體系建設的潛力與大致的規(guī)劃工作方向，為進一步分析謀劃一定重現(xiàn)期的洪水出路安排及超標洪水應對策略奠定工作基礎。

流域洪水蓄泄關系研究，需要對設計洪水過程進行模擬演算，根據(jù)水庫、蓄滯洪區(qū)調度規(guī)則及河道控制斷面的行洪能力，按時段分析水庫、湖泊、河道與蓄滯洪區(qū)的蓄洪量以及河道泄洪量，累加得到典型洪水過程的總蓄洪量與泄洪量，形成關于流域防洪能力的總體判斷。

2 我國主要流域洪水出路安排總體分析

2.1 代表性流域選取

本次研究工作對七大江河干流與23條代表性支流開展洪水蓄泄關系分析，見表1。代表性支流是按照河流防洪保護目標重要、防洪體系建設任務突出、防洪標準存在潛在調整需求、具備分析計算條件等原則進行的篩選。

表1 主要河流洪水蓄泄關系研究范圍表

2.2 七大江河干流洪水出路安排

通過設計洪水過程模擬演算，七大江河發(fā)生流域防御目標洪水時，約有8077億m3的洪量需要進行安排。其中河道下泄規(guī)模按照河道現(xiàn)有最大下泄能力6081億m3考慮，占比75.3%，水庫與蓄滯洪區(qū)分別按照實際洪水過程計算，攔蓄與滯蓄總量分別為539億、645億m3。在蓄泄能力正常發(fā)揮的情況下，七大江河仍有90億m3的總剩余洪量需要進一步安排出路，占規(guī)劃總洪量的1.1%，如圖1所示。

圖1 典型洪水過程七大江河洪量分配關系

如考慮蓄滯洪區(qū)和洪泛區(qū)的實際啟用難度，蓄滯洪區(qū)現(xiàn)僅有約200億m3具備完全啟用條件，洪泛區(qū)現(xiàn)僅有65億m3庫容保障分洪運用，最不利工況下，七大江河有約726億m3剩余洪量需要進一步安排出路，占規(guī)劃總洪量的9.0%，見表2。

表2 七大江河干流設計洪水蓄泄總量分析表 單位：億m3

3 典型洪水過程蓄泄比空間分異特征分析

3.1 典型洪水過程蓄泄比

為研究不同區(qū)域工程體系的洪水蓄泄能力差異性，本文定義了洪水蓄泄比的概念，即：蓄泄比為規(guī)劃設計條件典型洪水過程的河流攔滯蓄總量與總設計洪量的比值。這個概念反映的是在流域防洪體系中，攔滯蓄能力及其發(fā)揮的作用情況。蓄泄比值較高的流域，一方面說明了水庫、蓄滯洪區(qū)等作用突出，另一方面也可能與河道下泄洪水能力不足直接相關；而蓄泄比值較低的流域，一方面說明河道行洪能力較強，洪水主要通過河道下泄來解決，另一方面也可能與攔滯蓄工程措施不足有關系。

蓄泄比反映的是一個流域應對典型洪水過程時的狀態(tài)，是依據(jù)工程體系能力在蓄與泄之間的策略選擇，并不能直接評價流域防洪工程體系的優(yōu)劣，但可以對未來體系調整優(yōu)化的方向提供分析依據(jù)。

根據(jù)上述概念，本次研究對七大江河干流及23條主要支流按照設防標準分析計算典型洪水過程的洪水蓄泄比，概化得到了蓄泄比計算成果見表3。

表3 主要江河干支流蓄泄比

3.2 典型洪水過程的蓄泄比空間分異特征

通過計算分析，發(fā)現(xiàn)我國各流域蓄泄能力間的關系呈現(xiàn)出明顯的空間規(guī)律性。海河流域的蓄泄比值最高，以其為中心，向南向北依次遞減。

海河流域干支流的蓄泄比值均在0.6以上，干支流的蓄泄比呈現(xiàn)一致性，洪水過程特點是洪峰流量大、峰現(xiàn)時間短。一方面是流域內水庫與蓄滯洪區(qū)建設充分，山區(qū)建成大型水庫33座，控制了山區(qū)面積的84%；除灤河河系外設有蓄滯洪區(qū)的5個主要河系共有蓄滯洪區(qū)28處，蓄滯洪區(qū)容積可滯蓄30天洪量的75%，水庫和蓄滯洪區(qū)對洪水的調控作用很強[8]。另一方面，海河中下游各河道行洪能力本就不足，加之多年未發(fā)生流域性洪水，部分河道常年斷流，下墊面條件變化較大，河道斷面萎縮問題突出，加劇了行洪能力不足的問題。

海河流域以北的遼河流域與以南的黃河、淮河流域，干流蓄泄比在0.2～0.5之間，干支流蓄泄比的關系卻明顯不同。遼河流域支流蓄泄比均高于干流，呈現(xiàn)出來的特點是位于流域上游的各支流水庫建設相對充分，攔蓄能力較強，比如蓄泄比值最高的西遼河已基本形成由紅山、孟家段、莫力廟、他拉干等水庫，臺河口、蘇家堡、總辦窩堡3座水閘樞紐與干流堤防共同組成的防洪工程體系，而干流河道行洪能力較強，堤防建設充分[9]，因而從全流域來看，總體呈現(xiàn)出蓄泄均衡的體系格局。黃河流域支流蓄泄比均小于干流，支流上的攔蓄能力仍有不足，而干流現(xiàn)有防洪體系總體防御能力較強。

再向北的松花江流域和再向南的長江流域、珠江流域[10-12]，干支流蓄泄比均在0.2以下，表現(xiàn)出了較強的一致性。流域洪水主要出路是直接通過干流下泄，攔蓄滯蓄能力總體有限。這一方面是由于洪量較大、河道行洪能力較強，另一方面也說明可以發(fā)揮攔蓄滯蓄作用的相關工程建設仍有一定的空間。

根據(jù)上述分析，將我國各主要流域根據(jù)蓄泄比值可以分為3個類型：以蓄為主類型(蓄泄比>0.5)，蓄泄平衡類型(0.2<蓄泄比<0.5)，以泄為主類型(蓄泄比<0.2)。

4 從蓄泄關系看流域防洪體系建設方向

綜合考慮各流域現(xiàn)有洪水出路安排，以及各流域洪水蓄泄比的總體情況，分析提出各主要流域蓄泄能力重點提升方向，見表4。

表4 主要江河蓄泄能力提升重點方向

對于以蓄為主類型的海河流域，未來增加攔蓄滯蓄的空間有限，防洪體系建設重點方向應以提升河道泄洪能力和逐步調整蓄滯洪區(qū)為主。例如在北三河系，考慮在通州區(qū)上游開挖溫潮減河，減少北運河流經(jīng)北京城市副中心的洪量；研究開辟薊運河入海通道，解決下游尾閭受永定新河影響泄洪不暢的問題，同時降低青甸洼、盛莊洼蓄滯洪區(qū)的啟用頻率。大清河系在設立雄安新區(qū)后，白洋淀的部分設計蓄洪量由文安洼承擔，考慮開辟新入海行洪通道并對現(xiàn)有河道挖潛，初步預計可增加10億m3河道下泄量，進而對蓄滯洪區(qū)可進一步研究調減，取消賈口洼、文安洼Ⅱ區(qū)等蓄滯洪區(qū)。

對于蓄泄平衡類型的淮河流域，上中游按照100年一遇防洪標準、下游按照300年一遇防洪標準設防，相應典型洪水過程均有超額洪量需要提升防洪體系能力來安排，根據(jù)蓄泄兼籌的方針，需要同步提升攔蓄、滯蓄與泄洪能力。上中游可通過“三增一減”來消化超額洪量，即上游新建水庫(張灣、袁灣、晏河、白雀園)增加攔蓄量，完善蓄滯洪區(qū)建設增加滯蓄量，以及疏浚河道、退建堤防增加河道蓄泄量；上述能力提升后，在消納超額洪量的同時，也可使湖泊減少滯蓄量。下游通過“增泄置換”來消化超額洪量并調整防洪體系結構，即實施入海水道二期工程，下泄流量由2270m3/s提高到7000m3/s，可顯著提升泄洪能力，并減輕入江水道、分淮入沂、灌溉總渠泄洪壓力，同時減少洪澤湖蓄量[13-14]。

對于以泄為主類型的長江流域，設防標準內的典型洪水過程無超額洪量，蓄泄關系中的攔蓄能力仍有提升空間，考慮進一步增加水庫的攔蓄置換蓄滯洪區(qū)的滯蓄，優(yōu)化調減蓄滯洪區(qū)。通過上游水庫群建設(烏東德、白鶴灘等)增加攔蓄量，以及中下游河道整治進一步提升泄洪能力，對應1954年型洪水，下游蓄滯洪區(qū)分洪量可相應減少70億m3以上，因而可以研究調減蓄滯洪區(qū)的可行性問題[15]。

5 結語

流域洪水蓄泄關系的分析，清晰地展示出流域洪水的規(guī)律性特征以及防洪工程體系與洪水過程的適配程度，也展示出現(xiàn)有防洪體系未來的建設潛力，為流域防洪布局優(yōu)化調整提供參考判斷。通過對七大江河干支流大量流域樣本的蓄泄比數(shù)據(jù)分析，本次工作發(fā)現(xiàn)蓄泄比數(shù)值具有相當明顯的空間規(guī)律性，這一特征對于未來流域防洪工程體系布局優(yōu)化以及洪水資源化、精細化防御調度具有一定的參考意義，未來可以進一步探究流域洪水蓄泄比與流域產匯流條件、經(jīng)濟社會發(fā)展等方面的關系，由表及里力圖探索研究其背后的科學機理，從而更好地指導流域防洪工作實踐。