辽宁省河道行洪能力分析关键技术探讨

2021-06-16杨斌斌

东北水利水电 2021年6期

杨斌斌

（辽宁省河库管理服务中心（辽宁省水文局），辽宁沈阳110003）

0 引言

辽宁省是我国主要的工业和商品粮基地，又是水害频发的地区，新中国成立以来共发生过38次洪水，给全省社会经济造成重大损失。近2年，辽宁省接连遭受台风“利奇马”“巴威”“美莎克”和“海神”的袭击，虽然没有造成重大损失，但对利用现有防洪体系进行科学地防洪决策提出了更高的要求。辽宁省主要河流堤防多兴建于20世纪八九十年代，受当时技术水平的限制，标准偏低，加之部分河流河势演变剧烈，现状河道的防洪能力和薄弱环节尚不明晰，给防洪减灾科学调度带来了极大困难。为了分河段确定现状行洪能力，明确薄弱环节，为防汛工作提供有力支撑，辽宁省着手开展省内主要河流行洪能力分析研究工作。

1 工作思路

行洪能力分析是充分利用已有规划、设计成果，结合测量成果分析计算各河段水面线，分段掌握河道现状行洪能力，并复核确定特征水位[1]。通过行洪能力分析划定河道薄弱环节、危险部位及重点保护对象，包括险工险段、可能危及到河道内居住人口、重要基础设施等，通过分析及必要的计算，分无堤段和有堤段分别提出河段的安全泄量。在合理确定河流薄弱环节及相应安全泄量的基础上，提出防范应对措施或方案预案[2]。具体工作流程如图1所示。

图1 行洪能力分析工作流程

2 基本原则

1）以人为本、安全第一。重点研究人员密集的临河村镇的现状防洪能力，科学、合理地制定防洪预案，充分发挥现有防洪体系的作用，确保沿河人员的生命财产安全。

2）系统研究、分步实施。从辽宁省防汛工作实际需求出发，根据河流两岸保护目标的重要性，优先完成保护目标较为重要或近年出现过洪水灾害的河流，将河流按照轻重缓急划分，分阶段开展河道行洪能力分析工作。

3）保证重点，兼顾一般。河道行洪能力分析以大中型河流含城市段的河流、近年来洪水灾害频繁的河流、暴雨中心区域附近河流为重点，兼顾其他大中型河流和省级、市级界河的行洪能力分析工作。

4）功能齐全，科学实用。项目成果应考虑防洪水库科学调度条件下的河道行洪能力主要技术参数，掌握水库河道现有防洪标准，并建立水库来水、河道行洪的数学模型，为防汛指挥决策服务。

3 重点工作环节

1）防洪工程现状调查：开展河道行洪能力分析，首先要把河道防洪工程现状调查作为工作重点，收集整理河流防洪规划、防洪工程设计、穿跨河建筑物情况、沿河重要保护目标等资料，同时要开展现场踏勘，确保基础资料详尽、准确，能够影响防洪能力的因素得到充分考虑。

2）河道现状地形测量：为了保证分析成果的时效性，一定要采用代表现状的地形资料。对于已经开展过地形测量的河流，要通过河道演变分析，判断水沙条件和河道边界条件变化情况，论证其是否能够代表现状，对于河道演变剧烈的河段，要补充开展必要的测量工作。

3）河段划分：在分段确定河道过流能力和特征水位时，虽然划分河段数越多结果越精确，但是这样并不便于实际防汛应用，河段划分应以主槽过流能力相差不大为主要控制原则，如无较大支流汇入河段不应分得过短，以免给运用和管理造成不便。

4）计算模型选择：进行长河段的水力计算，对于断面资料比较完整的流域，采用一维模型具有计算效率高和灵活性强的优势，可快速方便地进行长河段、长时间的模拟计算分析；对于河道内围堤影响分析采用一维水动力学模型已经不能满足实际生产的需求，需要结合二维水动力学模型进行模拟计算[3,4]。

5）特征水位确定：根据各河段特点，在充分分析平滩流量、堤脚流量、应急管理等基础上确定各控制站警戒流量及警戒水位。并在充分分析堤防原设计超高、新规范计算超高的基础上，综合考虑堤防达标情况、历史运行及出险情况等确定各控制站的保证水位及保证流量。

4 研究实例

以柴河为例说明辽宁省开展行洪能力分析研究的主要工作思路。柴河为辽河左岸的重要支流，沿岸城镇村屯较多，每遇大水都有灾情发生。近年来，受城镇发展的影响，河道的现状防洪能力发生较大变化，这给防洪指挥调度带来了很大不便，因此，辽宁省将柴河列为首批行洪能力分析研究对象。

4.1 河流概况

柴河发源于辽宁省清原县，是辽河一级支流，河长133km，流域面积为1355km2，流经抚顺市的清原县、铁岭市的开原市、铁岭县及铁岭市区。柴河干流上建有柴河水库，为大（2）型。柴河治理型式主要为堤防和护岸，柴河水库上游防洪工程治理长度达到79.7km，设计防洪标准均为10年一遇；柴河水库下游治理长度为6.3km，铁岭市城区段，属辽河回水段，堤防设计标准为100年一遇；铁岭城郊段，防洪标准为50年一遇；农村段基本无堤，设计防洪标准为20年一遇。

4.2 行洪能力分析

根据防洪工程现状，将河道划分为有堤段和无堤段分别考虑。有堤段保证流量确定方法为现状堤顶高程减安全超高后能通过的最大流量，每个堤段的现状行洪能力控制流量确保具备大于或等于安全下泄这一洪峰流量的能力。无堤段行洪能力按照现状岸砍高程确定，河道内存在民居点等保护对象的河段，其保证流量为保护对象高程以下能够安全通过的最大流量。柴河水库下游河段计算长度为11.4km，布置计算断面20个，辽河回水段并入辽河行洪能力分析，不在此次计算分析范围内。柴河水库上游段共涉及4个乡镇，每个乡镇布置断面3个，共12个计算断面。应用MIKE11（HD）模型进行非恒定流验算，经复核，柴河行洪能力见表1。

表1 柴河现状行洪能力基本情况表

4.3 特征水位确定

特征水位分为警戒水位和保证水位，警戒水位是指河流堤防险情可能逐渐增多的水位，到达此水位时，河段或区域开始进入防汛戒备状态，一般取河段开始漫滩偎堤的水位，不分岸别。断面警戒水位采用滩唇高程，河段警戒水位采用80%断面上滩流量对应观测点的水位。保证水位是堤防及其附属工程能保证安全运行的上限水位，当河道水位接近或达到保证水位时，进入紧急防汛抢险工作。

特征水位观测点应在每个特征水位分段处设置一处，应尽量利用现有的水文观测设施，且应选择在河道顺直稳定的位置。综合考虑现状水文站网分布、行政区划、管理方便高效、河段稳定性、断面代表性等多方面因素，确定了6个观测断面作为特征水位观测点，观测点位置及特征水位见图2。

4.4 薄弱环节分析

通过行洪能力复核分析，明确防洪薄弱段，柴河薄弱段主要为柴河水库以上2个乡镇农村段和柴河水库以下城镇段：

柴河水库以上下肥地乡10年一遇设计洪峰流量为742m3/s，通过计算该段左岸保证流量为653m3/s，右岸堤防保证流量为513m3/s，均低于10年一遇设计标准。上肥地乡，10年一遇设计洪峰流量为606m3/s。通过计算该段左岸保证流量为588m3/s，右岸保证流量为620m3/s，左岸为荒地和高地，右岸为村屯聚居区，地势较高，左岸保证流量略低于设计洪峰。上述河段汛期应加强防护，做好预报预警，做好应急预案，对于有堤段应对堤防进行加高培厚。

柴河水库以下防洪薄弱段主要是堤防欠高段，柴河右岸长大铁路桥以上柴河沿段，规划防洪标准为50年一遇，设计洪峰流量为515m3/s，现状保证流量为499m3/s，未达到规划防洪标准。对于以上薄弱段，应尽快实施河道治理工程，使堤防达标，汛前应编制应急预案，组织临河村庄进行抢险和逃生演练，汛期抢险时重点布防，提前进行堤防加高培厚。

5 结语

辽宁省根据河流重要程度，选定了48条主要河流纳入首批实施行洪能力分析研究工作范围，未来还将根据实际工作需要开展其他河流的行洪能力分析工作。在应对2020年历史罕见的强台风灾害天气过程中，依据河道行洪能力复核成果，结合水库汛期调度运用计划，开展科学调度，实现了“上游不淹、下游不冲、大坝稳固、水库蓄满、确保安全”的防洪工作目标。