郁江南宁河段洪水调控方案研究

韦广龙，黎协锐，邹 毅，覃天林，黄福培

（1.南宁水文中心南宁水文中心站，南宁 530008；2.广西财经学院，南宁 530003；3.广西南宁水利电力设计院有限公司，南宁 530001）

1 研究背景

南宁市为广西首府，自治区的政治、经济、文化中心，南宁市称为绿城，邕江为南宁市“母亲”河，近年来，市政府加大南宁生态文明建设，对邕江两岸整治绿化，建成两岸公园，吸引市民及游客来休闲观赏。目前，沿江景观带的一级亲水平台高程在69.00～70.00 m高程之间。每年汛期洪水水位超69.00 m时，邕江两岸亲水平台就被水淹，水位回落后，一级亲水平台及部分景观植被被淤泥覆盖，不能行走，影响市民及游客的玩游，同时对两岸景观及植被生长也有影响。对此情况，主要由环卫部门对淤泥进行人工冲洗，每次清积泥的费用开支大，同时工作量大，耗时长，一般需要3～7 d，被洪水淹没的花草植被有大部分死亡，需要重新种植。洪水淹没沿江两岸景观，清淤泥耗时、耗财、耗力，两岸生态受损害。在这样背景下，提出了郁江南宁河段的洪水治理研究。

目前，国内开展城市防洪和水生态保护的洪水治理研究不多，杨勇《淮河流域徐州城市洪水治理研究》主要介绍了淮河流域徐州城市的水系概况和历史演变，分析了防洪排涝的现状及存在的主要问题，针对洪涝灾害的特征和防洪出现的突出问题，按照“人水相谐”的治水理念，着重研究了“挡、分、拦、蓄、避、排”等综合工程措施，有效地解决徐州城市的洪涝问题，最大限度地降低洪灾风险，同时也研究了城市防洪非工程措施建设以及水生态环境建设等内容[1]；彭小倩《城市洪水成因及其治理方法》[2]，郭峰《浅谈城市洪水的原因及措施》[3]，孙文佳、张琨、郑艳娜等《我国城市防洪现状研究》[4]都对城市防洪和水生态保护的洪水治理进行了研究。针对郁江南宁河段洪水，当郁江南宁河段的洪水超出69.00 m时，河段两岸景观被洪水淹没，郁江南宁河段上游的老口航运枢纽工程调节洪水只限于水位71.00 m以下的洪水，只能调节部分洪水。在有限调洪能力的情况下，本文研究洪水减峰（即降低洪峰水位）调控方案，既能做到老口航运枢纽（以下称老口电站）安全度汛，又能减少南宁河段两岸景观被洪水淹的次数，用洪水调控方案发挥减峰作用，使郁江南宁河段的景观更美丽，取得良好的社会效益和生态效益[5]。

2 流域概况

2.1 河流概况

郁江南宁水文站（下称南宁（三）站）河段上游分为左、右江，南宁（三）站流域面积72 656 km2。左江崇左站流域面积26 823 km2，崇左站上游有龙州、宁明、新和、水口、平而关、那堪、那岸、大新站；右江隆安站流域面积32 709 km2，隆安站上游有百色、荣华、百色枢纽站。

2.2 洪水概况

根据郁江南宁（三）站1937—2019年洪水水位资料统计，出现洪水71.00、72.00、73.00 m（警戒水位73.00 m）以上概率分别为83.3%、58.3%、51.2%，水位变幅在7.00 m以上，涨水平均历时120 h。

对南宁（三）站2016—2019年历年洪水的统计，发现近4年来邕江洪水洪峰水位在71.00 m以下有10次，平均每年有2～3次，洪峰水位在69.00～71.00 m持续时间多为2～4 d，特别是2018年8月5日的洪水69.00 m以上持续影响时间达到了7 d。这些洪水对沿江景观带一级亲水平台及部分景观植被均造成了一定的不利影响。

2.3 水利工程

郁江南宁河段以上的水工程有：左、右江汇合处的老口电站，位于邕江大桥上游约29 km处，2016年9月，老口电站建成并投入使用，成为一个集防洪、发电、航运、兼顾为改善南宁市水环境创造条件的综合性枢纽。老口水库控制集水面积72 368 km2，完全控制了左江、右江洪水。由于百色水库控制集水面积较小，区间洪水来流较大，水库防洪调度采用补偿防洪调度方式；老口水库控制集水面积较大，距离防洪控制点很近，采用固定泄量调洪方式。

3 洪水调控分析

3.1 基本思路

提出郁江南宁河段洪水期两岸淤泥治理系统的研究思路，利用现有工程和非工程措施，在可控洪水能力下，对南宁河段洪水期两岸淤泥进行治理。根据历年洪水资料，结合洪水预测模型，制定洪水调控方案，以老口电站调控为主，左江的左江水利枢纽、右江的金鸡滩水利枢纽、邕江的邕江水利枢纽协同配合调控，对南宁河段水位71.00 m以下洪水调控在水位69.00 m以下，使得邕江两岸亲水平台（高程69.30 m）不被水淹。实现南宁邕江两岸淤泥治理。

3.2 洪水分析

郁江南宁河段洪水调控主要是水位流量的调控，调控范围要依据老口电站调控的能力，运用南宁（三）站收集到的洪水资料，通过分析计算，建立洪水预报模型，进行洪水预报，确定洪水调控方案。

3.2.1 上、下游站水位流量关系分析

根据郁江南宁河段洪水调控要求，水位调控范围：69.00～71.00 m。在2016—2019年4年间最高洪水水位72.28 m，小于2年一遇水位72.68 m。郁江南宁河段两岸防洪堤及护坡是2001年特大洪水后加高加固，于2006年竣工。郁江南宁河段两岸护坡，使河道变小，在同级水位的流量比护坡前相应变小，即2006年前的同级水位的流量大，因此采用南宁（三）站2008—2019年各次洪水洪峰水位流量关系综合线的流量与实际合理。南宁（三）站2008—2019年各次洪水统计成果见表1。

表1 南宁（三）站2008—2019年69.00 m以上洪水统计成果表

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 20160816 20160817 20170712 20170825 20170830 20180805 20180818 20180831 20180920 20190529 20190714 20190804 20190902平均8月16日8月17日7月12日8月25日8月3日8月5日8月18日8月31日9月2日5月29日7月15日8月4日9月2日09：00 22：00 08：30 17：00 12：00 07：00 06：00 18：00 06：00 21：00 17：00 05：30 0：00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 68.97 5070 4830 5630 5380 5150 5120 4830 4860 5240 5310 5060 5430 5740 5368 8月16日8月19日7月13日8月26日8月4日8月6日8月19日9月2日9月21日5月29日7月16日8月6日9月3日15：00 18：00 12：25 19：45 0：25 09：15 19：25 2：00 3：45 21：35 22：35 16：30 5：35 69.20 70.25 70.44 69.84 69.45 72.28 71.31 69.80 69.49 69.01 69.83 72.09 70.33 5330 6000 6560 5660 5530 7540 6700 5360 5360 5330 5760 7200 6300 8月17日8月21日7月15日8月28日8月4日8月10日8月20日9月3日9月21日5月29日7月17日8月7日9月3日7：00 14：00 13：00 13：00 20：30 08：00 19：00 7：00 18：00 22：00 19：00 19：00 18：30 68.99 68.99 68.99 68.97 68.99 69.00 68.99 68.98 68.99 68.99 68.99 68.98 68.99 4840 4710 4830 4820 4820 4240 3870 4410 4450 5200 4560 3720 4500 4581 22.0 88.0 76.5 68.0 36.0 122.0 61.0 61.0 36.0 1.0 50.0 85.5 42.5

3.2.2 上、下游站洪水调控分析

南宁（三）站位于郁江南宁河段上游，上游距老口电站约24.3 km，距南宁三江汇合口约29.3 km。

每一次洪水过程涨水与退水的同级水位69.00 m的流量均不相同，查南宁（三）站2008—2019年（69.00～74.99 m）洪水洪峰水位流量关系线得水位69.00 m时的流量5000 m3/s，统计涨水水位69.00 m的平均流量5368 m3/s，退水水位69.00 m的平均流量4581 m3/s。经分析，确定涨水段水位69.00 m的最大调控流量4800 m3/s（＜5000 m3/s），退水段水位69.00 m的最大调控流量3800 m3/s，作为流量过程线模型最大调控流量。

3.3 调控分析

老口电站设计指标见表2。

表2 老口电站设计指标

由表2得知，老口电站设计洪水位84.33 m，查老口电站坝上水位与库容关系线（见图1）得相应库容20.6亿m3，老口电站死水位75.00 m（不发生大水）/72.00 m（发生大水），死库容3.62亿m3。按设计洪水库容20.6亿m3减去防洪库容3.60亿m3，再减去死库容3.62亿3，得可调节库容13.38亿m3。

图1 老口电站坝上水位与库容关系线

4 洪水预报模型建立

根据郁江南宁（三）站历年洪水洪峰水位流量资料，建立南宁（三）站洪峰流量预报模型，用预测洪峰流量推算洪峰水位。

4.1 合成流量预报模型

4.1.1 基本依据

根据南宁（三）站二阶合成流量预报模型[6]进行郁江南宁（三）站洪峰流量预测，计算得南宁（三）站洪峰流量和洪峰水位，合成流量关系式为：

4.1.2 模型建立

建立南宁（三）站二阶合成流量模型，以崇左站上游的龙州Qa1、宁明Qa2、新和站Qa3断面流量，隆安站上游的百色Qb1、荣华Qb2、英竹Qb3站断面流量的合成流量Qc，加上区间流量Qx，汇流至南宁（三）站断面组成二阶合成流量Qt（即预测流量），其二阶合成流量模型：

其中：

式中：Kx为区间流量系数。

南宁（三）站二阶合成流量模型是在一阶合成流量模型基础上，在其断面上游多支流进行合成流量分析，汇流历时是一阶合成流量模型的一倍，即洪水预报预见期是一阶合成流量模型的一倍。南宁（三）站一阶合成流量模型洪水预报预见期是24 h，以上游崇左、隆安站洪水作洪水预报；二阶合成流量模型洪水预报预见期是48 h，以崇左、隆安站上游的龙州、宁明、新和、百色、荣华、英竹站洪水作洪水预报，这6个站洪水汇流至南宁（三）站的历时在48 h以上。

左江宁明、右江百色至郁江南宁汇流历时见表3。

表3 左江宁明、右江百色至郁江南宁汇流历时

4.1.3 区间流量系数分析

根据南宁（三）站2008—2015年16场次洪水流量资料，建立区间流量系数Kx关系式。假定二阶合成流量Qt等于南宁（三）站实测流量Qm，区间流量Qx=Kx·Qc，代入式（2）得Qm=Qc+Kx·Qc，则Kx=（Qm/Qc）-1。

4.2 洪峰水位流量预测

4.2.1 洪峰流量预测

根据郁江南宁（三）站2008—2015年68.00 m以上的16场次洪水资料，首先按式（3）计算合成流量Qc，根据南宁（三）站实测流量Qm、合成流量Qc按Kx=（Qm/Qc）-1计算区间流量系数Kx，按Qx=Kx·Qc计算区间流量Qx，根据合成流量Qc、区间流量Qx按式（3）计算南宁（三）站二阶合成流量Qt，即为南宁（三）站二阶合成流量模型的预测洪峰流量Qt，计算成果见表4。

表4 南宁（三）站预测流量计算成果表

10 2430 2930 350 510 15 11 246 6800 0.0 887 96 6342 11 5310 3090 1360 870 307 254 11 191 9800-0.1 243 172 11 363 12 5070 3130 1520 710 500 300 11 230 10 200-0.0 917 173 11 403 13 800 1130 1220 340 30 50 3570 4050 0.1 345 55 3625 14 2600 900 900 406 87 52 4945 5530 0.1 183 76 5021 15 16 2013年11月11日～11月14日05时2014年7月20日～7月23日20时2014年9月18日～9月20日12时2015年7月28日～7月30日11时2015年7月30日～8月2日05时2015年8月3日～8月5日11时2015年9月12日～9月14日12时区间流量平均系数3970 610 1000 150 915 270 526 3 150 126 140 62 35 6599 4355 6800 4560 0.0 305 0.0 471 0.0 154 102 67 6701 4422

4.2.2 洪峰水位预测

根据南宁（三）站2008—2015年16场次洪水，以南宁（三）站实测洪峰流量Qm与洪峰水位Zm建立关系，得预测洪峰水位Zt与预测洪峰流量Qt关系（见图2），其关系式为：Zt=0.00 116 Qt+63.13 668。

图2 南宁（三）站洪峰水位流量关系线

5 模型应用

5.1 洪水级别

老口电站洪水级别分为4个水位级（见表5），即1～4级洪峰水位分别为69.40、70.00、70.50、71.00 m，对应洪峰流量分别为5310、5810、6240、6660 m3/s，其洪水流量过程线见图3。以第4级洪峰水位71.00 m、洪峰流量6660 m3/s作为基本级别，以此进行洪水调控减峰，提前加大泄洪，降低库水位。

表5 老口电站洪水级别调控计算成果表

图3 老口电站洪水流量过程线

5.2 洪峰流量预报

南宁（三）站20180819号洪水，南宁（三）站实测洪峰流量6670 m3/s，在洪水洪峰前3 d（72 h），采用二阶合成流量预报模型进行洪峰流量预测。8月14日，南宁（三）站上游的龙州站、宁明站、新和站、百色站、荣华站、英竹站出现明显涨水过程，8月16日龙州站、宁明站、新和站、百色站、荣华站、英竹站洪水均出现洪峰，洪峰流量分别为2540、1770、513、1520、78、159 m3/s，采用南宁（三）站二阶合成流量预报模型进行计算，南宁（三）站合成流量Qc=2540+1770+513+1520+78+159=6580 m3/s，计算区间流量Qx=Kx·Qc=0.0 154×6580=101 m3/s，二阶合成流量Qt=Qc+Qx=6580+101=6681 m3/s。则南宁（三）站2018年8月19日17时预测洪峰流量为6680 m3/s，洪峰预见期60 h。

5.3 模型应用

以南宁（三）站2018年8月14～23日（共220时段，每时段1 h）水位流量过程线为例，这次洪水洪峰水位71.31 m，最大流量6670 m3/s，时段220 h。经计算，南宁（三）站20180819号洪水调控水位流量过程线计算成果见表6。

表6 南宁（三）站21080819号洪水调控水位流量过程线模型计算成果表

对南宁（三）站20180819号洪水采用洪水调控级别第4级进行调控。由老口电站泄流量与南宁（三）站流量关系线（见图4）推算得老口电站库容量，由老口电站实施流量调控，老口电站在上游洪峰流量到来之前，提前60～72 h加大泄量，当泄流量加大到4800 m3/s时，就保持泄流量4800 m3/s持续较长时间，保持南宁（三）站河段水位在69.00 m以下。当出现洪峰流量后，水位开始退落时，老口电站泄流量开始从4800 m3/s减少到3800 m3/s，历时一段时间后维持调控水位69.00 m以下。洪水调控过程见表7。

图4 老口电站泄流量与南宁（三）站流量关系

表7 老口电站8月14日～20日洪水调控流量库容计算表

161 162 163 164 165 166 167 168 3850 3800 3750 3700 3650 3600 3550 3520 3600 3500 3450 3400 3350 3300 3250 3200-250-300-300-300-300-300-300-320-90-108-108-108-108-108-108-115-810-918-1026-1134-1242-1350-1458-1573 38 190.0 38 082.0 37 974.0 37 866.0 37 758.0 37 650.0 37 542.0 37 426.8 75.42 75.40 75.39 75.37 75.35 75.34 75.32 75.30 75.30 75.32 75.34 75.34 75.34 75.28 75.26 75.27

2018年8月19日洪水经老口电站调控流量后，水位控制在69.00 m以下（见图5），流量4800 m3/s（见图6），退水后流量3800 m3/s。老口电站库区蓄洪最高水位75.53 m，泄洪调控最低限制水位70.00 m，在正常运行范围内。

图5 南宁（三）站洪水调控水位69.00 m水位过程线

图6 南宁（三）站洪水调控流量4800 m3/s模型流量过程线

6 结语

（1）利用水工程与非工程的措施，建立南宁（三）站洪水预报模型，应用于老口电站洪水调控，实现降低洪峰水位的目标。

（2）老口电站洪水调控级别的选择，要由洪水预报的洪峰流量、洪峰水位及洪水历时来决定，洪峰流量及洪峰水位预报准确率高决定老口电站洪水调控的成功率高。