通惠河停止为一热电厂供水对防洪调度的影响探讨

北京市城市河湖管理处 马新浩

一、概况

（一）北京城区的防洪排涝格局

北京市地处华北平原西北端，全市面积1.64万平方公里，其中山区面积1.00万平方公里，约占总面积的61%，平原区面积的0.64万平方公里，约占总面积39%。北京地势西北高、东南低，西部为太行山山脉，北部和东北部为燕山山脉，中部和东南部为平原。这一地势特点对暴雨显著增幅、强对流天气触发极其有利[1]。北京中心城区包括东城区、西城区、朝阳区、海淀区、石景山区、丰台区等六区。近年来，北京极端天气频发，特别是中心城区，降雨呈现出强度高、局地性强等特点，并造成不同程度的灾害损失。2004年“7·10”暴雨造成市内交通瘫痪；2010年“6·10”暴雨造成城区多处桥区积水；2012年“7·21”特大暴雨，全市16小时平均降雨量170毫米，中心城区平均降雨量215毫米，给城市运行和人民群众的生命财产造成严重损失，对城市水系的防洪排洪安全提出了极大挑战。北京中心城区分布着通惠河、凉水河、清河、坝河等排水河道，按照北京市防洪排涝格局，洪水调度以“西蓄、东排，南北分洪”为原则[2]。“西蓄”是指通惠河水系玉渊潭以上的雨洪，利用城区西部湖泊、河流、砂石坑等蓄洪，控制洪水进入城区；“东排”是指城区主要洪水由通惠河、清河、坝河凉水河等城区骨干排水河流向东排入北运河；南护城河西段以上洪水，可通过右安门分洪枢纽向凉水河“南分洪”；城区北部洪水，可通过北护城河、小月河、京密引水昆玉段向坝河、清河“北分洪”，并最终排入北运河。

（二）通惠河概况和高碑店闸的防洪功能

通惠河是北京城区东排的骨干河流，通惠河流域面积约264平方公里，干流为通惠河，上游有永定河引水渠、南旱河、京密引水渠昆玉段、南长河、转河、北护城河、南护城河、前三门暗沟、二道沟等支流。通惠河流域跨石景山、海淀、西城、东城、朝阳、丰台等六个行政区，范围包括首都功能核心区等重点区域，因此，能否安全有效排除洪水直接关系到首都防洪排涝安全，影响重大。通惠河起自东便门铁路桥，向东汇入北运河，全长20.35公里。起点处有东护暗沟、南护城河、前三门暗沟的洪水在东便门附近集中汇入，是中心城区的主要排洪通道[3]。

通惠河高碑店闸以上河段内设有乐家花园、高碑店两座水文站。乐家花园水文站位于朝阳区大北窑镇二闸村，始建于1977年，承担水位、流量等7项观测任务，其监测的断面流量是城区洪水预警的发布指标；高碑店水文站位于高碑店闸，始建于1960年9月，承担水位、流量等项观测任务。两座水文站均是海河流域北运河水系通惠河上的控制站，被列为国家基本水位站。

通惠河高碑店闸上游设有东便门橡胶坝、大北窑橡胶坝、大北窑船闸等水利工程。东便门橡胶坝建于1989年，距通惠河起点0.25公里，结构形式为充水坝袋砼双楔块锚固梯形曲面堰，过坝设计流量391立方米/秒，校核流量542立方米/秒，主要功能为防洪排涝；大北窑橡胶坝建于1998年，距通惠河起点2.03公里，充水坝袋螺栓压板双锚固矩形曲面堰，过坝设计流量448立方米/秒，校核流量622立方米/秒，主要功能为防洪排涝；大北窑船闸与大北窑橡胶坝位于同一断面，结构形式为平板平开式钢闸门，用于河道通航，汛期开启后可发挥防洪排涝功能。高碑店闸距通惠河起点8.08公里，闸前水面宽阔，闭闸蓄水后形成高碑店湖，库容35万立方米。高碑店闸为4孔平板舌瓣钢闸门，闸门宽7.0米，高5.0米（含舌瓣1.0米），20年一遇设计水位30.73米，流量434立方米/秒，100年一遇校核水位32.00米，流量640立方米/秒。在汛期，高碑店闸以上日常维持景观水位，以下至北运河段不蓄水，且河底高程较低，一般情况下排洪过程中不会顶托上游洪水下泄。因此，可以认为高碑店闸是中心城区洪水调度的末端闸门，是通惠河“东排”最重要的水利工程节点。

（三）一热电厂与通惠河高碑店闸的关系

原北京第一热电厂（以下简称“一热电厂”）是新中国在首都建设的第一家高温高压热电联产企业。一热电厂位于北京市朝阳区西大望路长安街延长线上，总装机容量40万千瓦，供热能力约2100万平方米，是北京市重要的集中供热热源和电力支撑点，为首都经济建设和社会发展作出了突出贡献。为响应北京市2013年至2017年清洁空气行动计划，一热电厂燃煤机组于2015年3月20日关停。由于一热电厂位于高碑店闸上游通惠河附近，电厂关停前，曾长期以通惠河河水作为机组冷却用水。为保证电厂从河道内正常取水，高碑店闸需闭闸蓄水，维持上游水位稳定。电厂燃煤机组关停后，供水保障也随之取消，对高碑店闸的防洪调度产生了重要影响。

二、高碑店闸防洪调度

（一）通惠河为一热电厂供水期间高碑店闸的调度

电厂燃煤机组运行期间，持续从通惠河抽取冷却水源，取水口位于高碑店湖上游，为保证供水，高碑店湖需长期控制水位在30.60米以上，距离设计水位30.73米非常接近。在防汛调度时，高碑店闸需在上游水位开始上涨后逐渐增加泄量，同时保证水位不发生大幅下降，影响电厂取水。这种调度方式造成了较大的排洪压力，一方面，当降雨造成水位上涨时，流域已经开始产流，高碑店闸无法利用降雨开始到产流前的时间段下泄洪水；另一方面，上游水闸泄水时，高碑店闸无法同步开启闸门，只能牺牲调蓄空间承接来水，造成流量剧增和波动频繁，尤其是突发短时强降雨，往往呈现洪水总量小但排洪流量大的特点。以2011年8月13日降雨为例，上游流域平均降雨量55.2毫米，高碑店闸洪水总量82.09万立方米，却出现建闸以来的最大过闸流量560立方米/秒，高于2012年“7.21”、2016年“7.20”等特大暴雨。

（二）通惠河停止为一热电厂供水后高碑店闸的调度

电厂燃煤机组关停后，高碑店湖不再承担电厂的供水任务，调蓄空间明显增加。根据调度预案，高碑店闸雨中控制水位29.80米至31.00米排洪，并且可以通过雨前预泄，为雨中排洪做足准备。根据水位库容关系线，分别列出关停前最低水位30.60米和关停后最低水位29.80米的蓄水量，并计算调蓄库容增加情况见表1按照最低水位从30.60米降低到29.80米计算。通惠河各河段增加调蓄库容见表1。

表1 通惠河各段调蓄库容对比（单位：万m3）

如果再次发生前文所述2013年8月13日的降雨过程，虽然降雨强度大，但洪水总量较少，如果提前泄洪，降低起调水位，增加调蓄空间，将可大幅削减洪峰流量，保障防洪安全。

三、停止供水对高碑店闸排洪的实际影响

选取停止为一热电厂供水前后的明显降雨过程，并计算排洪数据，各场降雨排洪情况见表2。

表2 高碑店闸典型降雨排洪情况

对比可知，在实际调度过程中，电厂燃煤机组关停以来，高碑店闸的最大洪流量大幅减小，并且普遍如此，通过通惠河调蓄库容削峰效果明显。

统计以上雨洪过程的起调水位情况见表3。

表3 历年明显降雨起调水位

由表3可知，电厂燃煤机组关停前后，最高洪水位变化较小，但起调水位整体上降低，是高碑店闸洪峰流量得以削减的重要原因。需要注意的是，当出现突发强降雨，由于无法根据预报实施预泄，仍会出现起调水位较高的情况，需及时泄洪，避免水位上涨过快，流量波动过大。

通过总结和分析电厂燃煤机组关停后的大量雨洪水调度过程，高碑店闸在2018年制订了防汛预调度方案，措施如下：

（1）当北京中心城区一小时平均降雨量达到或超过20毫米且没有停止趋势，高碑店闸可开始预泄洪，增加高碑店湖雨中调蓄空间。

（2）预泄洪流量控制在100立方米/秒以内，水位维持在29.80-31.00米之间。大北窑橡胶坝坍坝运行。

（3）若受降雨汇流影响，在预泄洪过程中水位开始上涨，则按照城市河湖雨洪调度预案执行调度排洪措施。

（4）若雨前接市防汛办关于应对极端天气的调度指令（降低水位或放空河道等），按照调度指令执行。

以上预调度方案在近两年汛期已经发挥作用，今后可继续在实践中总结完善，并为其他城区河道的预调度提供参考。

四、结论和建议

通过以上实测资料的对比分析可得出结论：一热电厂燃煤机组关停后，高碑店闸上游调蓄空间增加，在实际调度中能够有效削减洪峰流量，为中心城区排洪创造有利条件。结合目前通惠河现状，提出以下建议：

（1）积极实践和探索雨前预泄，研究制订不同降雨过程等预泄方案，提前降低水位，增加调蓄空间。

（2）雨中充分调度，发挥调蓄功能，削减洪峰流量。

（3）河道定期清淤，避免淤积挤压调蓄空间，保证行洪能力。

今后，通惠河的防洪调度不仅是中心城区排水的重要保障，还将关系到城市副中心的防汛安全。时刻以防汛安全为前提，通过河槽调蓄使洪水平稳下泄，将是高碑店闸调度的长期要求，也是城区防洪需要继续总结和探索的重要课题。

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防 洪 调 度 flood control operation 运用防洪工程或防洪系统中的设施，有计划地实时安排洪水以达到防洪最优效果。防洪调度的主要目的是减免洪水为害，同时还要适当兼顾其他综合利用要求，对多沙或冰凌河流的防洪调度，还要考虑排沙、防凌要求。

①将确保工程安全置于首位；②防护区的洪灾总损失最小;③妥善处理防洪与兴利的矛盾,在汛期兴利服从防洪,防洪兼顾兴利；④编制防洪调度方案,严格按调度方案进行运用；⑤由于基本资料、水情预报、调度决策等可能存在误差或失误,运行时需要留有余地,以策安全。

分洪区运用

分洪区包括有闸控制或临时扒口两类。一般以防护区控制点的保证水位或安全泄量作为分洪工程运用的判别指标，当河道实际水位或流量即将超过判别指标时，首先启用有闸门控制的分洪区。如仍不能控制河道水位,或流量继续增大时,再使用其他分洪道、分洪区削减超额洪水，以保证重点堤段或防护区的安全。选择临时分洪区要以洪灾总损失最小为原则，尽先考虑淹没损失小，靠近防护区上游、分洪效果较好的分洪区，据此安排分洪区的使用顺序。当分洪区全部蓄满后，如洪水仍继续上涨，需要将分洪区作滞洪区或分洪道使用时，可同时打开下游泄洪闸（或扒口），采取"上吞下吐"的运用方式，或与邻近分洪区联合运用的方式，滞蓄超额洪水。