北京市永定河流域水工程調(diào)度實踐與思考
——以海河“23·7”流域性特大洪水應(yīng)對為例

李芳華 潘興瑤 宋佳杰 陳建剛 周 星

（1.北京市水務(wù)應(yīng)急中心，北京 100038；2.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院，北京 100048）

0 引 言

受2305 號臺風(fēng)“杜蘇芮”殘余環(huán)流影響，2023 年7 月29 日至8 月2 日，北京市遭遇歷史罕見特大暴雨，全市平均降雨量331 mm。大清河、永定河發(fā)生特大洪水，海河流域發(fā)生流域性特大洪水，此次洪水量級大、峰值高、起漲快、來勢猛。北京市內(nèi)永定河、大石河、拒馬河等多個流域干支流同時發(fā)生歷史性特大洪水。永定河盧溝橋洪峰流量4 650 m3/s，超50 年一遇，是1925 年以來最大洪水。大石河漫水河站洪峰流量5 300 m3/s，超200 年一遇，列歷史第1 位。拒馬河張坊站洪峰流量7 330 m3/s，列歷史第2 位。

為打好這次流域性特大洪水攻堅戰(zhàn)，北京市樹牢底線思維、極限思維，主動防御、連續(xù)作戰(zhàn)、精細調(diào)度，全市防洪工程經(jīng)受住了大洪水考驗，未出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p毀情況，水庫有效發(fā)揮攔洪削峰錯峰作用，實現(xiàn)了“保安全、多蓄水”的調(diào)度總體目標(biāo)。

1 河系及防洪工程現(xiàn)狀

永定河發(fā)源于內(nèi)蒙古高原的南緣和山西高原的北部，流域面積4.7×104km2。北京上游官廳水庫控制面積4.34×104km2，占全流域的92.3%，是流域中上游洪水調(diào)蓄的重要控制節(jié)點。永定河北京段（幽州—崔指揮營）主河道長169.6 km，流域面積3 152 km2，占永定河流域總面積的6.7%。

按照河道不同特征和洪澇防御特點，永定河北京段劃分為山峽段、盧三段和盧梁段。官廳水庫至三家店間的峽谷為山峽段，長約91.2 km，河寬70～300 m，平均縱坡3.1‰，兩岸有沿河城溝、清水河、湫河等14 條主要支流匯入。三家店至盧溝橋段為盧三段，長約17.6 km，此段河道已進入低山區(qū)和平原區(qū)，較為順直，河寬300～500 m，平均縱坡3‰，兩岸有門頭溝、高井溝等5 條主要支流匯入。盧溝橋至市界梁各莊為盧梁段，長約60.8 km，兩岸均有堤防，河道縱坡1‰～0.38‰，此段河槽寬度變幅較大220～1 770 m，河道為地上懸河，主流左右迂回，兩岸險工較多。

永定河北京段已形成由超122 km 干流堤防、官廳水庫、盧溝橋樞紐、大寧水庫、滯洪水庫、小清河蓄滯洪區(qū)等組成的防洪工程體系，防洪標(biāo)準(zhǔn)基本達到百年一遇的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。盧溝橋樞紐是永定河干流的控制性樞紐，包括盧溝橋攔河閘、小清河分洪閘，洪水經(jīng)小清河分洪閘入大寧水庫、滯洪水庫。洪水經(jīng)大寧水庫泄洪閘入小清河蓄滯洪區(qū)。

2 洪水調(diào)度過程

2.1 降雨洪水預(yù)報與調(diào)度策略

2.1.1 降雨預(yù)報

7 月28 日8 時，臺風(fēng)“杜蘇芮”登陸前，氣象部門提前36 h 給出降雨總量、落區(qū)、雨強預(yù)測建議：預(yù)計北京全市累計降雨量250～300 mm，西部、南部及城區(qū)可達350 mm，個別點可達600 mm，最大雨強70～100 mm/h。

7 月29 日，氣象部門細化降雨時段預(yù)報：西部、南部及城區(qū)可達300～500 mm。29 日20 時至30 日8 時，全市大部分地區(qū)降雨量25～50 mm，西部、南部地區(qū)暴雨60～100 mm；30 日8 時至8 月1 日8 時，全市大部分地區(qū)降雨量120～150 mm，西部、南部地區(qū)200～300 mm。31 日8 時至8 月1 日8 時，全市大部分地區(qū)降雨量80～100 mm，西部、南部地區(qū)100～150 mm。8 月1 日8 時至2 日8 時，全市大部分地區(qū)降雨量10～20 mm。

2.1.2 洪水預(yù)報及調(diào)度策略

（1）流域洪水預(yù)報及調(diào)度策略。7 月27 日，水利部、水利部海河水利委員會（以下簡稱海委）預(yù)測，受臺風(fēng)“杜蘇芮”影響，7 月28 日至8 月1 日，永定河等河系可能發(fā)生編號洪水。充分部署發(fā)揮骨干水庫攔洪削峰錯峰作用，減輕下游防汛壓力；有序組織攔河閘壩預(yù)泄，提前降低河道水位迎汛，為河道行洪和城市排澇創(chuàng)造有利條件；做好蓄滯洪區(qū)運用各項準(zhǔn)備。28 日，水利部組織海河流域防洪調(diào)度會商，給出永定河山峽區(qū)間為主產(chǎn)流域的結(jié)論，預(yù)計盧溝橋洪峰流量1 200 m3/s，提出“上游水庫能攔盡攔，中游水閘樞紐和蓄滯洪區(qū)精細調(diào)度，下游河道應(yīng)排盡排”總體應(yīng)對策略。海委預(yù)計盧溝橋洪峰流量將達1 000～1 200 m3/s，盧溝橋樞紐下泄流量可能達400 m3/s，研判永定河泛區(qū)可能行洪運用，要求做好河道行洪管理，提醒落實永定河泛區(qū)預(yù)案，做好蓄滯洪區(qū)運用準(zhǔn)備。

（2）北京市洪水預(yù)報及調(diào)度策略。北京市利用“北京模型”開展控制性工程、重要斷面洪水預(yù)報，及時研判洪水總量和洪峰等關(guān)鍵要素，根據(jù)預(yù)報結(jié)果和工程情況，按照流域統(tǒng)一安排，利用歷史洪水對比法、預(yù)案對比分析法等，實時動態(tài)調(diào)整具體工程調(diào)度策略。

7 月28 日，預(yù)報官廳水庫9 d 洪量為0.44 億～0.5 億m3，按照流域統(tǒng)一安排，確定官廳水庫采取閉閘攔蓄調(diào)度策略。滾動預(yù)測齋堂水庫來水情況，7 月29 日23 時，預(yù) 報 水 庫7 d 洪 量4 452 萬m3，接 近 水 庫 總 庫 容4 600 萬m3，決定實施水庫預(yù)泄調(diào)度，騰出調(diào)蓄空間；31 日8 時，預(yù)報水庫7 d 洪量7 592 萬m3，決定加大水庫下泄；31日9時，考慮3列火車在沿河城至落坡嶺區(qū)間滯留情況，調(diào)整水庫調(diào)度策略，決定推遲大流量下泄；8 月1 日，預(yù)測齋堂水庫已進入退水階段，決定調(diào)減下泄流量，為下游河道錯峰。滾動預(yù)測盧溝橋樞紐來水情況，7 月30 日，預(yù)報盧溝橋樞紐洪峰流量701 m3/s，按照流域統(tǒng)一安排，決定利用大寧、滯洪水庫分蓄洪水，控制盧溝橋攔河閘下泄流量。31日8時，預(yù)報盧溝橋樞紐洪峰流量2 070 m3/s，峰現(xiàn)時間為31日16時，提出加大盧溝橋攔河閘下泄流量，保障大寧、滯洪水庫工程安全的建議，逐小時研判大寧、滯洪水庫剩余調(diào)蓄能力，并將信息實時共享下游地區(qū)，提請做好攔河閘加大下泄流量準(zhǔn)備；8 月1 日，按照流域統(tǒng)一安排，控制盧溝橋攔河閘下泄流量，綜合運用上游齋堂水庫、三家店調(diào)節(jié)池調(diào)蓄洪水。

2.2 實際洪水過程與調(diào)度措施

（1）官廳水庫洪水過程與調(diào)度措施。7 月29 日，官廳水庫水位475.51 m，相應(yīng)庫容45 447 萬m3。按照調(diào)度策略，官廳水庫閉閘攔蓄，暫停向永定河進行生態(tài)補水。7月30日洪水開始入庫，最大實測入庫流量355 m3/s。8月2日到達汛限水位476.00 m。場次洪水過程水庫入庫總洪量7 221 萬m3，攔洪率100%，削峰率100%。

（2）齋堂水庫洪水過程與調(diào)度措施。7 月29 日，北京市出現(xiàn)明顯降雨。30 日齋堂水庫開始實施預(yù)泄調(diào)度，初始下泄流量40 m3/s。30日齋堂水庫最大入庫流量為190 m3/s，積極發(fā)揮水庫攔洪削峰作用，維持下泄流量40 m3/s。31 日水庫入庫流量達到峰值1 170 m3/s，最高庫水位461.54 m，超防洪高水位2.60 m，水庫逐級加大下泄流量至800 m3/s，水庫錯峰超17 h。8 月1 日齋堂水庫處于退水階段，出庫流量由800 m3/s逐級調(diào)整至不大于150 m3/s。

（3）三家店樞紐洪水過程與調(diào)度措施。7 月30 日開始泄洪，根據(jù)上游降雨和來水情況逐級加大下泄流量，31 日三家店攔河閘實施敞泄,最大洪峰流量達3 500 m3/s。洪峰過后，8 月1 日逐級減小三家店攔河閘下泄流量，充分利用三家店調(diào)節(jié)池攔蓄洪水，實現(xiàn)為盧溝橋樞紐削峰。

（4）盧溝橋樞紐洪水過程與調(diào)度措施。7 月31 日，開啟盧溝橋攔河閘泄洪，開始最大下泄流量400 m3/s，其余經(jīng)小清河分洪閘入大寧水庫和滯洪水庫。隨著盧溝橋樞紐上游流量達到1 030 m3/s，14 時起，加大盧溝橋攔河閘下泄流量至700 m3/s。14 時30 分，盧溝橋樞紐上游流量達到峰值4 650 m3/s，按照洪水調(diào)度預(yù)案，攔河閘最大下泄流量不超過2 500 m3/s，其余洪水經(jīng)小清河分洪閘入大寧水庫和滯洪水庫進行削峰攔洪，減小下游河北、天津地區(qū)永定河河道行洪壓力。8月1日6時，關(guān)閉小清河分洪閘，大寧水庫和滯洪水庫蓄水量合計7 843萬m3（總庫容8 000萬m3），并綜合利用上游齋堂水庫、三家店調(diào)節(jié)池減小盧溝橋樞紐來水。

3 經(jīng)驗做法

（1）防洪工程是實施洪水調(diào)度的重要基石。永定河流域各水庫在確保工程安全的基礎(chǔ)上，最大程度實施攔洪削峰，官廳水庫閉閘攔蓄全部洪水7 221萬m3，攔洪率100%。齋堂水庫在入庫洪峰1 170 m3/s 的情形下，最大下泄流量150 m3/s，推遲大流量泄洪，錯峰超17 h。大寧水庫、滯洪水庫累計蓄滯洪水7 500 萬m3，將盧溝橋洪峰流量由4 650 m3/s 調(diào)低到北京出境時的1 330 m3/s，極大減輕了下游防洪壓力。

（2）準(zhǔn)確預(yù)報是優(yōu)化調(diào)度的必要前提。暴雨洪水準(zhǔn)確預(yù)報是水工程調(diào)度準(zhǔn)備、預(yù)泄、優(yōu)化調(diào)整調(diào)度方案的前提。7 月28 日臺風(fēng)“杜蘇芮”登陸之前，即研判得出北京市將有暴雨到大暴雨，局地特大暴雨，永定河可能發(fā)生編號洪水或超警戒洪水的結(jié)論，為全面開展調(diào)度準(zhǔn)備工作爭取主動。根據(jù)預(yù)報，提前36 h實施水庫、河道、湖泊、管網(wǎng)預(yù)泄騰容調(diào)度，騰出蓄洪空間1 800 萬m3。洪水演進過程中，為永定河山峽區(qū)間列車旅客預(yù)留轉(zhuǎn)移時間，逐小時訂正齋堂水庫入庫洪水預(yù)報并滾動調(diào)度方案，推遲大流量下泄，既保證工程安全，又為下游人員轉(zhuǎn)移、洪水錯峰創(chuàng)造了有利條件。

（3）基于雨情、水情、工情、險情實時及其發(fā)展趨勢信息，動態(tài)調(diào)整調(diào)度策略是控制風(fēng)險的關(guān)鍵。全面掌握雨情、水情、工情、險情等實時信息及其發(fā)展趨勢，綜合考慮各因素實時會商，權(quán)衡利弊，動態(tài)調(diào)整調(diào)度策略是控制調(diào)度風(fēng)險的關(guān)鍵。降雨初期，齋堂水庫預(yù)泄流量不超過40 m3/s，齋堂水庫成為暴雨中心后，優(yōu)化調(diào)度策略，加大水庫下泄流量不超過800 m3/s，確保工程安全。永定河干流漲水階段，果斷開啟小清河分洪閘，為下游泛區(qū)轉(zhuǎn)移預(yù)留時間，隨著山峽段和盧三段來水量加大，及時調(diào)整盧溝橋樞紐調(diào)度策略，逐級加大攔河閘下泄流量，適時關(guān)閉小清河分洪閘，保障大寧水庫、滯洪水庫工程安全；退水階段，根據(jù)上游來水情況再次調(diào)整調(diào)度策略，適時開啟小清河分洪閘，控制盧溝橋攔河閘下泄流量不超過2 500 m3/s，保障下游盧梁段安全。

（4）科學(xué)精細調(diào)度是實施調(diào)度的重點?？茖W(xué)精細調(diào)度進一步提高了水工程調(diào)度的精準(zhǔn)性、針對性、可操作性，最大程度發(fā)揮了水工程綜合效益。此次小清河分洪閘、大寧水庫、滯洪水庫均為首次啟用，水庫較高水位運行過程中，逐半小時聯(lián)合調(diào)度盧溝橋攔河閘與小清河分洪閘，保證工程安全基礎(chǔ)上，利用大寧水庫、滯洪水庫庫容全力削峰，挖掘齋堂水庫和三家店調(diào)節(jié)池調(diào)蓄空間，精細控制水位，確保了下游永定河盧梁段的行洪安全。

（5）流域統(tǒng)籌是效益最大化的保障。臺風(fēng)“杜蘇芮”登陸后，水利部、海委加密組織流域防洪調(diào)度會商，強化流域統(tǒng)一調(diào)度，綜合預(yù)報結(jié)果和流域工程情況，制定全流域調(diào)度策略。永定河山區(qū)洪水行進至平原的關(guān)鍵時刻，水利部緊急組織京津冀防洪會商，果斷決策啟用永定河上的大寧水庫、滯洪水庫，提前組織做好蓄滯洪區(qū)運用準(zhǔn)備。實現(xiàn)了上游大型水庫攔洪、中游水庫調(diào)洪錯峰、平原水庫滯洪、下游堤防行洪的綜合功能，為保障流域安全發(fā)揮了基礎(chǔ)性關(guān)鍵作用，最大程度減少了災(zāi)害損失。

4 薄弱環(huán)節(jié)和存在問題

（1）山峽區(qū)間洪水量級大來勢猛，預(yù)報調(diào)度難度大。北方流域洪水預(yù)報方案精度普遍不高，海河流域僅38%預(yù)報斷面正式發(fā)布。永定河山峽區(qū)間洪水陡漲陡落、峰高流急，且支流多，除清水河外其他支流均缺少水文監(jiān)測設(shè)施，進一步增加了預(yù)報難度。此次洪水過程，官廳山峽區(qū)間及盧三段均產(chǎn)流明顯，平均降雨量分別為541 mm、510 mm，三家店洪峰流量3 500 m3/s，匯入盧三段支流來水，盧溝橋洪峰流量達4 650 m3/s，且從1 000 m3/s 上漲到4 650 m3/s 僅1.5 h，洪水量級大、峰值高、起漲快、來勢猛，預(yù)報難度大。

（2）突發(fā)緊急狀況多，對調(diào)度方案的普適性和可操作性要求高。調(diào)度規(guī)程是以設(shè)計洪水調(diào)洪演算結(jié)果為依據(jù)的，不能考慮實際工程的各種突發(fā)狀況。實際調(diào)度過程中，暴露出預(yù)案規(guī)程與實時調(diào)度實踐不協(xié)調(diào)、精細化程度不高等問題。例如齋堂水庫下泄過程中的火車滯留、盧溝橋樞紐運用期間的分水堤豁口、滯洪水庫退水閘下游邊坡水毀、退水閘啟用條件不清晰等問題，均需在調(diào)度過程中不斷調(diào)整調(diào)度方案，以滿足現(xiàn)實需求。下一步需根據(jù)防洪形勢、大洪水的調(diào)度實踐及調(diào)度目標(biāo)，優(yōu)化完善調(diào)度規(guī)程及應(yīng)急狀態(tài)的調(diào)度程序，提高其靈活性和可操作性，為調(diào)度實踐提供指導(dǎo)和依據(jù)。

（3）流域協(xié)同任務(wù)重，需要更多智能化手段支持。盧溝橋樞紐是永定河干流的控制性樞紐，上游關(guān)系北京城區(qū)安全，下游涉及大興國際機場及津冀兩地安全，流域協(xié)同要求高。上游山峽區(qū)間洪水峰值高、上漲速度快，雨水情監(jiān)測和預(yù)報信息變化快、工程調(diào)度頻率高，導(dǎo)致風(fēng)險研判、調(diào)度方案制定、信息共享等事項增多。目前的信息化平臺實現(xiàn)了雨水情信息統(tǒng)析和水庫調(diào)洪演算，但還不具備實時預(yù)演風(fēng)險、調(diào)度方案制定、調(diào)度請示、調(diào)度指令下發(fā)、調(diào)度信息反饋等功能，信息流轉(zhuǎn)還靠傳真等傳統(tǒng)方式，高頻調(diào)度時，信息生成與流轉(zhuǎn)效率相對低下，如部分調(diào)度指令幾乎到執(zhí)行時間才能送達工程運行管理單位，影響調(diào)度指令執(zhí)行。

5 措施與建議

（1）完善監(jiān)測站網(wǎng)布局，提高洪水測報能力。完善水文站網(wǎng)布局，尤其完善永定河支流水文監(jiān)測設(shè)施建設(shè)，提高監(jiān)測設(shè)備防災(zāi)能力，提高數(shù)據(jù)保存、傳輸保障能力，提高水文監(jiān)測感知整體水平。強化實時感知信息在洪水預(yù)報模型中的應(yīng)用，實現(xiàn)對齋堂水庫、盧溝橋樞紐等干支流控制性工程的精準(zhǔn)滾動預(yù)報，為實時優(yōu)化調(diào)度贏得時間，爭取主動。

（2）細化調(diào)度指標(biāo)，提高預(yù)案可操作性。在調(diào)度規(guī)程基礎(chǔ)上不斷細化、優(yōu)化預(yù)案調(diào)度指標(biāo)，提高預(yù)案的可操作性。進一步深化預(yù)報調(diào)度，完善大洪水及以上量級洪水情景下流域聯(lián)合調(diào)度措施，通過提前預(yù)泄挖掘水庫調(diào)蓄潛力，完善應(yīng)對超標(biāo)準(zhǔn)洪水措施。細化調(diào)度指標(biāo)，減小泄量的大幅度突變對下游河道、堤防及重要基礎(chǔ)設(shè)施的不利影響。優(yōu)化應(yīng)急狀態(tài)下的調(diào)度程序，提高調(diào)度方式的靈活性，滿足下游工況發(fā)生復(fù)雜變化和突發(fā)緊急情況下的實際工作需求。

（3）加快智慧化建設(shè)，提高調(diào)度管理效能。推動數(shù)字孿生流域建設(shè)，對水工程調(diào)度進行精準(zhǔn)預(yù)演，實現(xiàn)對不同調(diào)度方案下淹沒風(fēng)險、調(diào)度效益分析，提高調(diào)度決策效率。優(yōu)化實時調(diào)度方案管理，支持水工程調(diào)度指令的自動生成與下發(fā)，實現(xiàn)調(diào)度信息的自動反饋。優(yōu)化信息共享平臺，實現(xiàn)流域內(nèi)省市間、市內(nèi)各級各部門間的調(diào)度信息高效共享。