北京市永定河流域水工程调度实践与思考——以海河“23·7”流域性特大洪水应对为例

李芳华 潘兴瑶 宋佳杰 陈建刚 周 星

（1.北京市水务应急中心，北京 100038；2.北京市水科学技术研究院，北京 100048）

0 引 言

受2305 号台风“杜苏芮”残余环流影响，2023 年7 月29 日至8 月2 日，北京市遭遇历史罕见特大暴雨，全市平均降雨量331 mm。大清河、永定河发生特大洪水，海河流域发生流域性特大洪水，此次洪水量级大、峰值高、起涨快、来势猛。北京市内永定河、大石河、拒马河等多个流域干支流同时发生历史性特大洪水。永定河卢沟桥洪峰流量4 650 m3/s，超50 年一遇，是1925 年以来最大洪水。大石河漫水河站洪峰流量5 300 m3/s，超200 年一遇，列历史第1 位。拒马河张坊站洪峰流量7 330 m3/s，列历史第2 位。

为打好这次流域性特大洪水攻坚战，北京市树牢底线思维、极限思维，主动防御、连续作战、精细调度，全市防洪工程经受住了大洪水考验，未出现严重损毁情况，水库有效发挥拦洪削峰错峰作用，实现了“保安全、多蓄水”的调度总体目标。

1 河系及防洪工程现状

永定河发源于内蒙古高原的南缘和山西高原的北部，流域面积4.7×104km2。北京上游官厅水库控制面积4.34×104km2，占全流域的92.3%，是流域中上游洪水调蓄的重要控制节点。永定河北京段（幽州—崔指挥营）主河道长169.6 km，流域面积3 152 km2，占永定河流域总面积的6.7%。

按照河道不同特征和洪涝防御特点，永定河北京段划分为山峡段、卢三段和卢梁段。官厅水库至三家店间的峡谷为山峡段，长约91.2 km，河宽70～300 m，平均纵坡3.1‰，两岸有沿河城沟、清水河、湫河等14 条主要支流汇入。三家店至卢沟桥段为卢三段，长约17.6 km，此段河道已进入低山区和平原区，较为顺直，河宽300～500 m，平均纵坡3‰，两岸有门头沟、高井沟等5 条主要支流汇入。卢沟桥至市界梁各庄为卢梁段，长约60.8 km，两岸均有堤防，河道纵坡1‰～0.38‰，此段河槽宽度变幅较大220～1 770 m，河道为地上悬河，主流左右迂回，两岸险工较多。

永定河北京段已形成由超122 km 干流堤防、官厅水库、卢沟桥枢纽、大宁水库、滞洪水库、小清河蓄滞洪区等组成的防洪工程体系，防洪标准基本达到百年一遇的设计标准。卢沟桥枢纽是永定河干流的控制性枢纽，包括卢沟桥拦河闸、小清河分洪闸，洪水经小清河分洪闸入大宁水库、滞洪水库。洪水经大宁水库泄洪闸入小清河蓄滞洪区。

2 洪水调度过程

2.1 降雨洪水预报与调度策略

2.1.1 降雨预报

7 月28 日8 时，台风“杜苏芮”登陆前，气象部门提前36 h 给出降雨总量、落区、雨强预测建议：预计北京全市累计降雨量250～300 mm，西部、南部及城区可达350 mm，个别点可达600 mm，最大雨强70～100 mm/h。

7 月29 日，气象部门细化降雨时段预报：西部、南部及城区可达300～500 mm。29 日20 时至30 日8 时，全市大部分地区降雨量25～50 mm，西部、南部地区暴雨60～100 mm；30 日8 时至8 月1 日8 时，全市大部分地区降雨量120～150 mm，西部、南部地区200～300 mm。31 日8 时至8 月1 日8 时，全市大部分地区降雨量80～100 mm，西部、南部地区100～150 mm。8 月1 日8 时至2 日8 时，全市大部分地区降雨量10～20 mm。

2.1.2 洪水预报及调度策略

（1）流域洪水预报及调度策略。7 月27 日，水利部、水利部海河水利委员会（以下简称海委）预测，受台风“杜苏芮”影响，7 月28 日至8 月1 日，永定河等河系可能发生编号洪水。充分部署发挥骨干水库拦洪削峰错峰作用，减轻下游防汛压力；有序组织拦河闸坝预泄，提前降低河道水位迎汛，为河道行洪和城市排涝创造有利条件；做好蓄滞洪区运用各项准备。28 日，水利部组织海河流域防洪调度会商，给出永定河山峡区间为主产流域的结论，预计卢沟桥洪峰流量1 200 m3/s，提出“上游水库能拦尽拦，中游水闸枢纽和蓄滞洪区精细调度，下游河道应排尽排”总体应对策略。海委预计卢沟桥洪峰流量将达1 000～1 200 m3/s，卢沟桥枢纽下泄流量可能达400 m3/s，研判永定河泛区可能行洪运用，要求做好河道行洪管理，提醒落实永定河泛区预案，做好蓄滞洪区运用准备。

（2）北京市洪水预报及调度策略。北京市利用“北京模型”开展控制性工程、重要断面洪水预报，及时研判洪水总量和洪峰等关键要素，根据预报结果和工程情况，按照流域统一安排，利用历史洪水对比法、预案对比分析法等，实时动态调整具体工程调度策略。

7 月28 日，预报官厅水库9 d 洪量为0.44 亿～0.5 亿m3，按照流域统一安排，确定官厅水库采取闭闸拦蓄调度策略。滚动预测斋堂水库来水情况，7 月29 日23 时，预 报 水 库7 d 洪 量4 452 万m3，接 近 水 库 总 库 容4 600 万m3，决定实施水库预泄调度，腾出调蓄空间；31 日8 时，预报水库7 d 洪量7 592 万m3，决定加大水库下泄；31日9时，考虑3列火车在沿河城至落坡岭区间滞留情况，调整水库调度策略，决定推迟大流量下泄；8 月1 日，预测斋堂水库已进入退水阶段，决定调减下泄流量，为下游河道错峰。滚动预测卢沟桥枢纽来水情况，7 月30 日，预报卢沟桥枢纽洪峰流量701 m3/s，按照流域统一安排，决定利用大宁、滞洪水库分蓄洪水，控制卢沟桥拦河闸下泄流量。31日8时，预报卢沟桥枢纽洪峰流量2 070 m3/s，峰现时间为31日16时，提出加大卢沟桥拦河闸下泄流量，保障大宁、滞洪水库工程安全的建议，逐小时研判大宁、滞洪水库剩余调蓄能力，并将信息实时共享下游地区，提请做好拦河闸加大下泄流量准备；8 月1 日，按照流域统一安排，控制卢沟桥拦河闸下泄流量，综合运用上游斋堂水库、三家店调节池调蓄洪水。

2.2 实际洪水过程与调度措施

（1）官厅水库洪水过程与调度措施。7 月29 日，官厅水库水位475.51 m，相应库容45 447 万m3。按照调度策略，官厅水库闭闸拦蓄，暂停向永定河进行生态补水。7月30日洪水开始入库，最大实测入库流量355 m3/s。8月2日到达汛限水位476.00 m。场次洪水过程水库入库总洪量7 221 万m3，拦洪率100%，削峰率100%。

（2）斋堂水库洪水过程与调度措施。7 月29 日，北京市出现明显降雨。30 日斋堂水库开始实施预泄调度，初始下泄流量40 m3/s。30日斋堂水库最大入库流量为190 m3/s，积极发挥水库拦洪削峰作用，维持下泄流量40 m3/s。31 日水库入库流量达到峰值1 170 m3/s，最高库水位461.54 m，超防洪高水位2.60 m，水库逐级加大下泄流量至800 m3/s，水库错峰超17 h。8 月1 日斋堂水库处于退水阶段，出库流量由800 m3/s逐级调整至不大于150 m3/s。

（3）三家店枢纽洪水过程与调度措施。7 月30 日开始泄洪，根据上游降雨和来水情况逐级加大下泄流量，31 日三家店拦河闸实施敞泄,最大洪峰流量达3 500 m3/s。洪峰过后，8 月1 日逐级减小三家店拦河闸下泄流量，充分利用三家店调节池拦蓄洪水，实现为卢沟桥枢纽削峰。

（4）卢沟桥枢纽洪水过程与调度措施。7 月31 日，开启卢沟桥拦河闸泄洪，开始最大下泄流量400 m3/s，其余经小清河分洪闸入大宁水库和滞洪水库。随着卢沟桥枢纽上游流量达到1 030 m3/s，14 时起，加大卢沟桥拦河闸下泄流量至700 m3/s。14 时30 分，卢沟桥枢纽上游流量达到峰值4 650 m3/s，按照洪水调度预案，拦河闸最大下泄流量不超过2 500 m3/s，其余洪水经小清河分洪闸入大宁水库和滞洪水库进行削峰拦洪，减小下游河北、天津地区永定河河道行洪压力。8月1日6时，关闭小清河分洪闸，大宁水库和滞洪水库蓄水量合计7 843万m3（总库容8 000万m3），并综合利用上游斋堂水库、三家店调节池减小卢沟桥枢纽来水。

3 经验做法

（1）防洪工程是实施洪水调度的重要基石。永定河流域各水库在确保工程安全的基础上，最大程度实施拦洪削峰，官厅水库闭闸拦蓄全部洪水7 221万m3，拦洪率100%。斋堂水库在入库洪峰1 170 m3/s 的情形下，最大下泄流量150 m3/s，推迟大流量泄洪，错峰超17 h。大宁水库、滞洪水库累计蓄滞洪水7 500 万m3，将卢沟桥洪峰流量由4 650 m3/s 调低到北京出境时的1 330 m3/s，极大减轻了下游防洪压力。

（2）准确预报是优化调度的必要前提。暴雨洪水准确预报是水工程调度准备、预泄、优化调整调度方案的前提。7 月28 日台风“杜苏芮”登陆之前，即研判得出北京市将有暴雨到大暴雨，局地特大暴雨，永定河可能发生编号洪水或超警戒洪水的结论，为全面开展调度准备工作争取主动。根据预报，提前36 h实施水库、河道、湖泊、管网预泄腾容调度，腾出蓄洪空间1 800 万m3。洪水演进过程中，为永定河山峡区间列车旅客预留转移时间，逐小时订正斋堂水库入库洪水预报并滚动调度方案，推迟大流量下泄，既保证工程安全，又为下游人员转移、洪水错峰创造了有利条件。

（3）基于雨情、水情、工情、险情实时及其发展趋势信息，动态调整调度策略是控制风险的关键。全面掌握雨情、水情、工情、险情等实时信息及其发展趋势，综合考虑各因素实时会商，权衡利弊，动态调整调度策略是控制调度风险的关键。降雨初期，斋堂水库预泄流量不超过40 m3/s，斋堂水库成为暴雨中心后，优化调度策略，加大水库下泄流量不超过800 m3/s，确保工程安全。永定河干流涨水阶段，果断开启小清河分洪闸，为下游泛区转移预留时间，随着山峡段和卢三段来水量加大，及时调整卢沟桥枢纽调度策略，逐级加大拦河闸下泄流量，适时关闭小清河分洪闸，保障大宁水库、滞洪水库工程安全；退水阶段，根据上游来水情况再次调整调度策略，适时开启小清河分洪闸，控制卢沟桥拦河闸下泄流量不超过2 500 m3/s，保障下游卢梁段安全。

（4）科学精细调度是实施调度的重点。科学精细调度进一步提高了水工程调度的精准性、针对性、可操作性，最大程度发挥了水工程综合效益。此次小清河分洪闸、大宁水库、滞洪水库均为首次启用，水库较高水位运行过程中，逐半小时联合调度卢沟桥拦河闸与小清河分洪闸，保证工程安全基础上，利用大宁水库、滞洪水库库容全力削峰，挖掘斋堂水库和三家店调节池调蓄空间，精细控制水位，确保了下游永定河卢梁段的行洪安全。

（5）流域统筹是效益最大化的保障。台风“杜苏芮”登陆后，水利部、海委加密组织流域防洪调度会商，强化流域统一调度，综合预报结果和流域工程情况，制定全流域调度策略。永定河山区洪水行进至平原的关键时刻，水利部紧急组织京津冀防洪会商，果断决策启用永定河上的大宁水库、滞洪水库，提前组织做好蓄滞洪区运用准备。实现了上游大型水库拦洪、中游水库调洪错峰、平原水库滞洪、下游堤防行洪的综合功能，为保障流域安全发挥了基础性关键作用，最大程度减少了灾害损失。

4 薄弱环节和存在问题

（1）山峡区间洪水量级大来势猛，预报调度难度大。北方流域洪水预报方案精度普遍不高，海河流域仅38%预报断面正式发布。永定河山峡区间洪水陡涨陡落、峰高流急，且支流多，除清水河外其他支流均缺少水文监测设施，进一步增加了预报难度。此次洪水过程，官厅山峡区间及卢三段均产流明显，平均降雨量分别为541 mm、510 mm，三家店洪峰流量3 500 m3/s，汇入卢三段支流来水，卢沟桥洪峰流量达4 650 m3/s，且从1 000 m3/s 上涨到4 650 m3/s 仅1.5 h，洪水量级大、峰值高、起涨快、来势猛，预报难度大。

（2）突发紧急状况多，对调度方案的普适性和可操作性要求高。调度规程是以设计洪水调洪演算结果为依据的，不能考虑实际工程的各种突发状况。实际调度过程中，暴露出预案规程与实时调度实践不协调、精细化程度不高等问题。例如斋堂水库下泄过程中的火车滞留、卢沟桥枢纽运用期间的分水堤豁口、滞洪水库退水闸下游边坡水毁、退水闸启用条件不清晰等问题，均需在调度过程中不断调整调度方案，以满足现实需求。下一步需根据防洪形势、大洪水的调度实践及调度目标，优化完善调度规程及应急状态的调度程序，提高其灵活性和可操作性，为调度实践提供指导和依据。

（3）流域协同任务重，需要更多智能化手段支持。卢沟桥枢纽是永定河干流的控制性枢纽，上游关系北京城区安全，下游涉及大兴国际机场及津冀两地安全，流域协同要求高。上游山峡区间洪水峰值高、上涨速度快，雨水情监测和预报信息变化快、工程调度频率高，导致风险研判、调度方案制定、信息共享等事项增多。目前的信息化平台实现了雨水情信息统析和水库调洪演算，但还不具备实时预演风险、调度方案制定、调度请示、调度指令下发、调度信息反馈等功能，信息流转还靠传真等传统方式，高频调度时，信息生成与流转效率相对低下，如部分调度指令几乎到执行时间才能送达工程运行管理单位，影响调度指令执行。

5 措施与建议

（1）完善监测站网布局，提高洪水测报能力。完善水文站网布局，尤其完善永定河支流水文监测设施建设，提高监测设备防灾能力，提高数据保存、传输保障能力，提高水文监测感知整体水平。强化实时感知信息在洪水预报模型中的应用，实现对斋堂水库、卢沟桥枢纽等干支流控制性工程的精准滚动预报，为实时优化调度赢得时间，争取主动。

（2）细化调度指标，提高预案可操作性。在调度规程基础上不断细化、优化预案调度指标，提高预案的可操作性。进一步深化预报调度，完善大洪水及以上量级洪水情景下流域联合调度措施，通过提前预泄挖掘水库调蓄潜力，完善应对超标准洪水措施。细化调度指标，减小泄量的大幅度突变对下游河道、堤防及重要基础设施的不利影响。优化应急状态下的调度程序，提高调度方式的灵活性，满足下游工况发生复杂变化和突发紧急情况下的实际工作需求。

（3）加快智慧化建设，提高调度管理效能。推动数字孪生流域建设，对水工程调度进行精准预演，实现对不同调度方案下淹没风险、调度效益分析，提高调度决策效率。优化实时调度方案管理，支持水工程调度指令的自动生成与下发，实现调度信息的自动反馈。优化信息共享平台，实现流域内省市间、市内各级各部门间的调度信息高效共享。