辽宁省绕阳河“2022.8”溃堤洪水模拟反演及分析

丁志雄 吕 娟 李 娜 王 静 俞 茜

（1.中国水利水电科学研究院，北京 100038；2.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心，北京 100038）

0 引 言

我国地处亚欧大陆东沿，东临世界上面积最大的海洋——太平洋，湿润的夏季风带来充沛的降水资源，是全球季风气候最典型的国家之一[1]。在全球气候变暖背景下，蒸发量增加的同时，大气层在饱和前可容纳更多水汽，造成区域降水不均匀性增加，部分区域可能降水量变得异常突出，有的甚至出现局地强降雨，造成严重的洪涝灾害事件。根据全国1961 年以来的降水量统计，近10 年以来全国平均降水量均较常年偏多。近几年，部分流域或区域降水量偏多更加突出，如2020年长江流域中下游、太湖流域、淮河流域降水量偏多25%～50%、松花江流域降水量偏多25%～100%，造成了流域性的大洪水[2]；2021 年更是发生了郑州特大暴雨洪涝灾害事件，黄河中下游、漳卫运河的大洪水及黑龙江流域大洪水等[3-6]；2022 年珠江流域的北江、辽河流域绕阳河均因区域暴雨较常年明显偏多，发生了流域性大洪水，造成了较为严重的洪涝灾害，绕阳河更是发生了影响严重的溃堤洪水灾害事件。

洪水模拟反演分析是研究洪水成因，复盘洪水发展过程，以便提出应对措施的重要手段之一。针对近些年一些特定洪水灾害事件，许多专家学者开展了有关的洪水模拟分析，对于溃堤洪水的模拟分析研究成果也不少，提出并建立了相应的模拟方法和手段，应用结果表明效果较好[7-11]。对于绕阳河下游的洪水问题，也有专家学者做过研究[12-15]，但大多侧重于潮汐洪水的考虑，对辽河与绕阳河干支流及潮汐等综合影响下的洪水研究不足。本文针对2022 年8 月辽河流域绕阳河溃堤洪水开展模拟反演分析研究，复盘绕阳河下游洪水淹没的发生发展过程，探究辽河与绕阳河干支流及潮汐等复杂条件下的洪水影响关系及堤防溃决原因，以期为灾后绕阳河的防洪治理或全国其他区域类似洪水问题的防治提供参考。

1 基本情况

1.1 绕阳河流域概况

绕阳河是辽河右侧最大的支流，干流全长326 km，流域面积10 348 km2，均位于辽宁省境内。绕阳河支流及排干渠系多，水系复杂，其中主要支流有二道河、东沙河、羊肠河、西沙河、月亮河等，均位于绕阳河的右岸（图1）。绕阳河干流东白城子至绕阳河河口现有堤防总长312 km，其中左岸现有堤防长165 km，右岸现有堤防长147 km，堤防的防洪标准为20年一遇至30年一遇，局部河段可达50年一遇。王回窝堡至河口，在67.6 km 的河道两岸，已经整修的堤防总长81.4 km，其中，左岸堤防长50 km，右岸堤防长31.4 km，但在右岸自西沙河口以下至河口段是大片的苇田区，无防洪堤。

图1 绕阳河流域水系概化图

1.2 雨水情

2022 年入汛以来，辽河流域发生多次洪水，辽河干流全线发生超警戒以上洪水，其中辽干支流绕阳河流域6月1 日至7 月31 日共出现3 轮区域性暴雨天气过程，平均降雨量541.0 mm（常年平均降雨量234.1 mm），为历史同期第一位。其中，7月28-30日暴雨平均面雨量112.0 mm，最大日降雨量215.4 mm，最大小时降雨量63.6 mm。3 个国家站（阜新、黑山、北镇）降雨量超过历史过程，绕阳河流域近90%区域出现暴雨到大暴雨。

绕阳河淤河盖站实测水位超警戒水位59 d（6月29日至8月27日），超保证水位5 d（7月31日至8月4日持续），7月31日18时出现最高水位4.93 m（超保证水位0.31 m），见图2，为1951年以来最大洪水。

图2 淤河盖站6月25日至8月31日水位过程

1.3 溃堤情况

绕阳河下游左岸曙四联段堤防8 月1 日10 时30 分出现溃口，最初溃口宽度20 m左右，到8月3日16点30，溃口宽度发展到了51.7 m。因溃口转移群众8 100多人，洪水造成辽河油田油井等国家重要基础设施损失严重。8 月2 日晚上，溃口封堵行动正式开启，至8月6日18点20分，经现场抢险人员连续5 d 奋战，绕阳河盘锦曙四联段溃口堤坝成功合龙。

2 溃堤洪水模拟分析

2.1 洪水模拟模型构建

洪水模拟模型构建范围：绕阳河杜家站至辽河汇合口，辽河盘山水文站至绕阳河汇合口以下约3 km，西北以山区高地为界，模拟范围总面积1 113.73 km2，剖分为49 066个计算单元，最大计算单元不超0.01 km2，考虑区内的堤防、交通道路及河道内的套堤等阻水构筑物分布，采用二维非恒定流圣维南方程组进行有限体积法数值求解。洪水模拟模型构建范围见图3。

图3 洪水模拟模型构建范围

2.2 洪水模拟反演分析

模型输入绕阳河杜家水文站洪水入流过程、辽河盘山水文站洪水入流过程，模型出口为辽河与绕阳河汇合口下游张明甲站实测潮汐水位过程，考虑计算区域内的实际降雨情况，洪水过程时间范围为2022年7月30日8时至8月5日8时，如图4所示。模型计算的淤河盖站水位、曙光桥水位与实测误差分别为0.01 m和0.04 m，满足相关精度标准要求。

图4 洪水模型输入实测流量及水位过程

模型计算得到绕阳河下游及曙四联段溃口区域最大洪水淹没范围水深分布如图5所示。溃口发生后，修筑的二道、三道防线有效阻止了洪水淹没范围的进一步扩大。模型计算得到本次绕阳河洪水绕阳河下游淹没区域总面积约127.60 km2，其中溃口淹没区域面积约36.52 km2。模型计算的淹没范围与2022 年8 月4 日（溃口发生后约3 d，尚未完成封堵）高分3B 卫星（GF3B）遥感监测的淹没范围（图6）基本接近。

图5 模型计算最大淹没范围

图6 GF3B卫星遥感监测淹没范围

为分析辽河洪水对绕阳河洪水的影响，假定辽河来水为常态流量800 m3/s，模型其他输入条件不变，模型计算后，提取绕阳河水面线并与实际洪水模拟水面线对比如图7（a）所示。可见，相对于辽河常态流量800 m3/s，“2022.8”洪水过程中，辽河洪水对绕阳河水位壅高河段长度约15 km，绕阳河口壅高约0.64 m，往上逐步递减，到淤河盖站水位壅高仅约0.01 m。

从绕阳河口出流中心位置的流速对比看（图7（b）），相对于辽河常态流量800 m3/s，“2022.8”洪水过程中，辽河洪水使绕阳河出流峰值流速减少约0.45 m/s，平均减少约0.21 m/s。可见辽河洪水对绕阳河河口出流的流速影响较明显。

图7 辽河洪水对绕阳河洪水影响

3 相关分析与讨论

3.1 河势变化分析

从绕阳河与辽河汇合口1984年与2020年遥感影像提取的河流形态对比看（图8），30 多年来，绕阳河与辽河汇合口的河势形态有较大变化（图中①对比位置），1984 年绕阳河汇入辽河的汇合口形态更有利于绕阳河的出流；2020 年（现状）绕阳河汇入辽河的汇合口形态更有利于辽河向绕阳河绕流，实际也可能是由于辽河向绕阳河绕流导致了绕阳河与辽河汇合口的现状形态。从图中②对比位置看，绕阳河与辽河汇合口上游的现状情况对1984年的一段弯曲河段进行了裁弯取直，使得辽河的水更顺畅向下游流动；从图中③对比位置看，绕阳河与辽河汇合口的下游，与1984 年相比，为了防止河流凹岸冲刷，在2020 年③的位置由于修建了防冲刷的防护工程，这样对上游的来水有顶冲的作用。在上疏下顶的作用下，不利于中间绕阳河出口的出流。辽河经常性壅阻绕阳河出流，形成了现状绕阳河与辽河汇合口的形态，该汇合口形态反过来使得绕阳河更加出流不畅，甚至加重绕阳河下游相关区域的洪水淹没。

图8 绕阳河与辽河汇合口不同时期遥感影像提取河流对比图

3.2 绕阳河与辽河洪水关系探讨

从绕阳河下游及辽河下游各测站2022 年洪水过程水位对比看（图9），测站位置见图3，绕阳河杜家站与辽河盘山站洪水过程基本都是从6月底开始上涨、到8月底结束，尽管绕阳河洪水过程中出现两个洪峰，辽河洪水过程为宽大的单峰（受辽河上游防洪工程调控影响），但总体上看，都属同一个暴雨洪水过程；绕阳河杜家站水位基本不受张明甲站的潮汐水位影响；淤河盖站水位受杜家站洪水及张明甲站潮汐水位双重影响，但在两个峰值附近主要受上游杜家站洪水过程影响，张明甲站潮汐水位影响已不明显，说明本次洪水过程中，淤河盖站附近最大洪水淹没主要受上游杜家站来水影响；辽河盘山站洪水过程水位基本不受张明甲站的潮汐水位影响，只在退水阶段受部分影响，辽河曙光桥站受潮汐影响明显。

从绕阳河杜家站与辽河盘山站近3年不同大小洪水的同期水位对比看（图10），这3 次不同大小的洪水，洪水过程均具有变化一致的特点，说明一般情况下，绕阳河洪水与辽河洪水是基本同步的；但尽管同步，淤河盖站的水位主要还是受杜家来水及张明甲站潮汐水位的影响，其中杜家来水影响明显大于张明甲站潮汐水位的影响，辽河的洪水基本影响不到淤河盖站，这与前述洪水模拟反演分析结果基本一致；张明甲站的水位主要以潮汐特征为主，尽管2022 年辽河与绕阳河洪水比2021 年和2020 年大很多，但张明甲站2022年的最高水位也没有超过2021年和2020年的最高水位，说明潮汐水位的变化不是本次洪水灾害的主要影响因素。

图10 绕阳河下游及辽河下游有关测站近3年水位对比

3.3 溃堤原因分析

绕阳河下游辽河油田区域受采油等导致的地面沉降影响，该区域地势低洼，河流深槽狭窄，蜿蜒曲度大，洪水在此极易出槽、漫溢，并滞留于滩地低洼区域（图11）。再加上下游不远处绕阳河出口又受辽河洪水和潮汐顶托，更加出流不畅，造成洪水在绕阳河下游低洼区域进一步壅高。在2022 年洪水中，绕阳河淤河盖水位站（位于绕阳河下游低洼区附近）超警戒、超保证水位时间长。绕阳河左堤曙四联段存在大量穿堤的输油管道，在长时间高水位的浸泡下，最终在8月1日有一条输油管沿穿堤接合面出现渗漏破坏，导致溃堤的发生。这一溃堤事件的出现，看似偶然，实则必然，主要原因：一是区域地势低洼、下游出流不畅，势必壅高区域洪水位，增加区域洪水淹没深度；二是区域地面沉降严重，破坏该区域相关堤防的安全稳定性，使堤防出现破坏的可能性增大；三是该区域穿堤管线多，大多是油田管理单位自己布设，没有做专门的防渗工程处理，在长时间洪水浸泡下，穿堤管线位置出现渗漏破坏的概率大大增加。从这些原因分析可知，假使本次洪水侥幸没有出现溃堤情况，也难保下一次洪水来临时不会发生堤防溃决。

图11 辽河、绕阳河相关河道地形

4 结 语

绕阳河2022 年洪水在绕阳河下游段持续超警戒时间长，超保证水位也达数天，导致绕阳河左堤曙四联段发生堤防溃决。从洪水模拟反演结果看，绕阳河2022年洪水造成绕阳河下游洪水淹没总面积达127.60 km2，其中溃堤淹没面积36.52 km2。对比GF3B卫星遥感监测结果，可以看到模型计算的淹没范围与其基本一致。利用模型分析辽河洪水对绕阳河洪水的影响表明，2022年辽河洪水对绕阳河下游有壅阻作用，相对于辽河800 m3/s的常态流量，在绕阳河河口水位壅高约0.64 m、流速平均减少约0.21 m/s，从绕阳河河口沿绕阳河往上辽河洪水的壅阻影响逐步减小，到淤河盖站影响已很小。绕阳河河口的河势变化分析及近3年相关站点的洪水过程对比分析也佐证了这一结果。从溃堤原因分析可以看到，绕阳河左堤曙四联段的溃堤具有其必然性。绕阳河下游河滩地分布着大量辽河油田的特种油井，作为一项国家重要的基础设施，加强绕阳河下游相关区域的防洪治理工作非常有必要。但在防洪治理工作中需真正贯彻落实“十六字”治水方针中的核心思想，在合理规划工程治理的同时，亦需着重提高采油设施耐淹建设以及区域“四预”“数字孪生”“智慧防洪”等非工程措施的洪水防御能力。限于资料及工作量，本文对绕阳河“2022.8”溃堤洪水的模拟与分析结果还比较初步，有待于今后收集更详细的资料进一步开展深入分析研究。在此谨以此文抛砖引玉，建议对于像绕阳河这样的洪水问题或者全国其他区域类似洪水问题的防洪治理，在确定防洪治理方案之前，开展系统性的专题研究及充分论证分析，以便找准问题根源，对症下药地制定防洪治理方案，避免治理效果不理想，造成反复，严重威胁国家和人民的生命财产安全。

志谢：辽宁省水利厅、盘锦市水利局为本文的分析研究提供了部分资料，在此深表感谢！