对郑州“7·20”洪水中水库作用的分析与思考

董永立

(郑州市水利建筑勘测设计院，河南 郑州 450006)

1 郑州市水库现状

郑州市共有中小型水库143座,总库容4.9亿m3。其中,按水库规模划分,共有中型水库14座,小(1)型水库59座,小(2)型水库70座;按所在行政区域划分,市管2座,管城区2座,经开区1座,二七区1座,登封市50座,新密市37座,新郑市20座,荥阳市13座,巩义17市座;按水库位置重要性划分,位于郑州市主城区上游共10座,位于南水北调总干渠左岸共17座,位于县城城区上游共21座,位于重要交通等基础设施上游共38座。

这些水库几乎全部建于20世纪50—70年代,并且基本上都是均质土坝,七成以上水库坝高在30m左右。除常庄水库溢洪道上建有泄洪闸外,其余水库均为开敞式溢洪道。除尖岗、常庄、丁店三座水库有泄洪洞外,其余水库均仅靠溢洪道泄洪。输水洞多为坝下浆砌石无压涵洞,输水流量多在2m3/s以下。放水管多为坝下埋管,直径多在0.8m以下,约1/3的小型水库放水管进口靠流量极小的斜卧管控制,甚至有十余座小型水库没有任何放水设施,泄洪依靠溢洪道,而兴利或放水依靠水泵抽取。

2 “7·20”雨情

2021年7月17—22日,郑州市遭遇有水文记录以来最大降雨袭击,全市普降暴雨、大暴雨,局部特大暴雨。此次特大暴雨历时120h,全市平均降水量514.6mm,降雨时段主要集中在19日8时至21日8时,累计平均降雨456.9mm。此次特大暴雨具有持续时间长、累积雨量大、强降水范围广、强降水时段集中、极端性突出等特点。气象系统观测单小时降雨量201.9mm,突破中国大陆小时降雨量历史极值;郑州国家观测站24h最大降雨量624.1mm,为建站以来最大日降雨量的3.3倍。

虽然水文系统与气象系统雨量点分布不尽相同,但观测的降雨数据同样呈现出雨量大、强度大的极端特征。本次降雨过程中,水文系统观测24h最大降雨量672mm。在全市214处雨量站中,观测值超600mm的站点有39处。其中,新密白寨站993.1mm、市区尖岗站946.0mm、荥阳刘河站872.5mm、荥阳环翠峪站868.0mm、市 区 樱 桃 沟 站866.0mm、新 密 驼 腰 站865.5mm、巩义杜沟站847.0mm,很多雨量观测点观测的降雨数据均突破了有水文记录以来的极值。

3 “7·20”水情

“7.20”特大暴雨,郑州全市折合总降水量38.3亿m3,受特大暴雨影响,市域内所有河流普遍暴涨,多条河流超警戒水位,贾鲁河、双洎河超历史最高洪水位。市内金水河、熊耳河、东风渠等河渠持续高水位运行,部分河段发生洪水漫溢,河道洪水与地表内涝连成一片,部分积水区域持续长时间不具备抽排条件,全市有2000多个小区不同程度受灾,城区多条道路积水严重,地铁停运,部分地区铁路、公路、电力、通信受到严重影响。县城内主要河流如登封书院河,巩义后汜河、西汜河、汜水河,新密双洎河、溱水河等河流,涨水迅猛,漫堤行洪,水流湍急,破坏性极大。

4 水库汛情

汛前全市所有水库均按调度运用计划执行,水位全部降至汛限水位以下,预留防洪库容8527万m3。李湾、丁店、老观寨、少林、纸坊5座水库汛前水位比汛限水位低10m以上。“7·20”以前中型水库水位和库容情况见表1。

表1 “7·20”以前中型水库水位和库容情况

续表

7月18日,本轮大范围降雨过程首先从登封、巩义开始,由西自东发展。登封、巩义、新密、荥阳位于郑州西部山区,流域内河道坡降陡,地质条件多为岩层出露,降雨汇流速度快,形成洪峰时间短。到7月20日12时,登封纸坊、少林水库已经达到本次汛情最高洪水位。随着7月20日下午特大暴雨向东移动,到晚19时13分,常庄水库汇入荥阳、新密交界处伏羲山区域径流,经贾峪河注入,逐步达到最高洪水位。流域面积较大、蓄洪能力最强的尖岗、丁店水库,虽然均已开闸泄洪,但入库洪峰流量远远大于出库下泄流量,水位仍然直线上涨,超过汛限水位之后,一度刷新建库以来最高水位记录,到21日6时40分和12时,水位达到历史最高,之后开始缓慢降落。

“7·20”特大暴雨,郑州全市14座中型水库均超汛限水位,最大超限幅度6.67m;尖岗、常庄、丁店、五星、后胡、纸坊、唐岗、坞罗、楚楼9座中型水库超建库以来最高洪水位。李湾水库自7月20日0时至23时,库水位从306.32m涨至328.00m,23h内涨幅21.68m,刷新了郑州有史以来水库水位涨幅、涨速的最高记录。丁店水库自7月19日8时至21日12时,库水位从159.40m涨至178.81m,累计上涨19.41m,也同样将有史以来抵御洪水的能力发挥到了极致。“7·20”期间郑州市中型水库最高水位情况见表2。

“7·20”汛中,小型水库作为防洪的补充力量,同样担当起了各自的责任。全市129座小型水库,有90座超汛限水位,占比69.8%,最大超限幅度7.4m,一半以上超历史最高水位。特别是西部山区的小型水库,多在小流域山坡坡脚,山洪汇流速度极快,洪峰陡涨,约九成以上水库在暴雨过程中,短时间内溢洪道出流下泄。

表2 “7·20”期间郑州市中型水库最高水位情况

5 水库防洪效益

全市143座水库在本次“7·20”洪水中,共拦蓄洪水6.7亿m3,其中14座中型水库共拦蓄1.7亿m3,有效发挥了拦洪削峰错峰作用和防洪减灾效益,各水库防洪效益见表3。其中尖岗、丁店、楚楼、河王、券门、少林、老观寨、李湾、坞罗、五星10座水库,削峰率达到90%以上,为下游减灾做出了突出贡献;券门、李湾水库,在最大流量入库时零下泄,为下游颍河、双洎河洪水错峰争取了时间,有效减小了颍河和双洎河的洪峰流量;特别是丁店和尖岗这两座水库,其库容位列郑州所有水库中前两名,本次汛期发挥了调洪、蓄洪、削峰等综合防洪效益,无可置疑地再次成为郑州的“明星”水库,分别拦下了各自控制流域内上游几乎所有洪水。

表3 “7·20”特大暴雨郑州市中型水库防洪效益

“7·20”之前丁店水库正在进行除险加固工程施工,库水放至死水位以下1m,即159.4m,蓄水量不足30万m3。7月19日8时至21日12时,库水位从159.40m暴涨至178.81m,累计上涨19.41m,库容达到3303万m3,超过建库以来历史最高水位(174.55m)4.26m。最大入库流量集中在7月20日16时至17时19分区间,该时段水位上涨5.27m,库容从723万m3增至1780万m3,79min库容增加了1057万m3,折合平均入库流量2230m3/s。期间溢洪道未出流,仅泄洪洞下泄,最大泄流6.8m3/s,削峰达99.7%,水库的防洪作用发挥到了极致。

由于荥阳、新密交界山区也是极大地超过历史极值,而其径流主要通过荥阳索河向东汇入索须河,再汇入贾鲁河。索河上的丁店水库在“7·20”洪水中也为荥阳城区和郑州城区防洪起到了极大的作用。

尖岗水库自20日20时开始以64m3/s流量泄洪,拦蓄洪水3193万m3,入库洪峰流量1120m3/s,削峰率达94.3%,为下游错峰18.5h,有效保护了下游主城区群众生命财产安全。常庄水库自20日11时20分开始以3m3/s流量泄洪,13时20分加大至30m3/s,15时30分溢洪道闸门以400m3/s的流量泄洪,拦蓄洪水2800万m3,入库洪峰流量达到865m3/s,超过水库百年设计洪峰流量(761m3/s),相应出库流量430m3/s,削峰率52%。

常庄、尖岗两座水库联合调度,错峰下泄,防洪作用明显。若无这两座水库,南水北调总干渠将遭受极大风险挑战,两水库上游洪峰在中原路桥上游叠加后,近2000m3/s的流量不仅西流湖段不能承受,下游贾鲁河也无法承受,将会给整个城市带来极大灾难。

6 结 语

水库承担着防洪、供水、灌溉等重要兴利减灾功能,是城市防洪的一道安全屏障。水库防汛安全坚持“以防为主、防抗救相结合”的方针,牢固树立“防”的意识,做好防汛“前半篇文章”,加强体制机制建设,综合施策,采取必要的工程和非工程措施,给洪水“出路”,做到人与洪水和谐相处。利用水库调蓄洪水,削减上游来水洪峰,可以非常有效地减免下游洪灾损失。位于主城区上游或县城上游的水库,为城市安全拦下了洪水;位于南水北调总干渠左岸的水库,成为南水北调后续工程高质量发展中不可或缺的重要一环。

“7·20”洪水后,一些水库不同程度地受到损害。从水库的兴利作用与安全风险两方面入手,通过分析水库所处位置、大坝规模、蓄水量、削峰能力、主要功能等,统筹流域内上下游梯级水库、不同支流水库的错峰关系,水库与河道的协调作用等,收集“7·20”及以前水库作用和险情资料,评价水库下游保护对象的重要性,论证水库正常发挥作用对下游的有利因素和兴利作用,评估水库失事对下游的影响程度,对比利弊,权衡轻重,逐库提出评估意见,是必要和迫切的。