十三陵水庫流域模擬“7·21”暴雨洪水及應(yīng)對分析

宋 磊，秦麗娜

（1.北京市十三陵水庫管理處，102200，北京；2.北京市郊區(qū)水務(wù)事務(wù)中心，100073，北京）

2012年7月21日10時至22日3時，北京市房山區(qū)發(fā)生了百年不遇的特大暴雨，最大點雨量站河北鎮(zhèn)在不到24小時內(nèi)降雨量達541 mm，為500年一遇，給房山區(qū)帶來重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡?？紤]到北京市昌平區(qū)十三陵水庫上游流域地形類似房山區(qū)河北鎮(zhèn)、十渡等區(qū)域，將此降雨過程移植至十三陵水庫流域，采用模型模擬，分析可能出現(xiàn)的洪水情況及應(yīng)對措施。

十三陵水庫建于北京市昌平區(qū)東沙河上，控制流域面積223km2，占東沙河流域面積的84%。上游有德勝口溝、碓石口溝、上下口溝和老君堂溝四條天然河道，多年平均年降水量556 mm，年蒸發(fā)量 1 230 mm，年徑流量2 900萬m3。攔河大壩位于蟒山和漢包山之間，為黏土斜墻壩，壩長627 m，最大壩高29 m，壩頂寬7.5 m，壩頂高程103 m，防浪墻高程104 m。水庫功能為防洪和保障抽水蓄能電站發(fā)電。水庫防洪標準為100年一遇設(shè)計，2 000年一遇洪水校核。設(shè)計洪水位98.04 m，校核洪水位101.89 m，死水位85 m，汛限水位93 m，總庫容7 310萬m3，其中調(diào)洪庫容4 300 m3，死庫容778 m3。溢洪道建在大壩右岸，閘室寬14 m，閘底高程89.5 m，安裝14 m×8.15 m的弧形鋼閘門，2臺225 kN卷揚機啟閉，最大泄洪能力為1 151 m3/s。水庫現(xiàn)建有1個水文站和4個雨量遙測站。水庫下游即為昌平城區(qū)，并有京通鐵路、六環(huán)路、京密引水渠等重要交通和水利工程設(shè)施，屬于承擔重要防洪任務(wù)的水庫。水庫以下東沙河長14km，河道規(guī)劃防洪標準為50年一遇，規(guī)劃流量290～358 m3/s，相應(yīng)十三陵水庫50年一遇洪水應(yīng)控泄280 m3/s。同時考慮昌平城區(qū)的排水安全，發(fā)生一般洪水時水庫通過控泄不淹沒下游雨水管，相應(yīng)控制流量100 m3/s。近十幾年因為上游無來水，依靠調(diào)水補水，水庫水位一直維持在85～87.5 m。

一、暴雨洪水模擬

1.暴雨過程選擇

為模擬極端情況，選取房山區(qū)河北鎮(zhèn)、漫水河、張坊、十渡、崇青5個雨量比較大的站點雨量，分別模擬十三陵水庫德勝口、碓臼峪、老君堂、水庫站、上下口5個站的雨量（見表1）。

其中河北鎮(zhèn)和漫水河站采用實測雨量過程，其余3站采用人工分配雨量。降雨主要集中在兩個時段，一是12：00至15：00共3個小時，河北鎮(zhèn)降雨127.4 mm，漫水河降雨98mm；二是 16：00至 22：00共 6 個小時，河北鎮(zhèn)降雨369 mm，漫水河降雨279 m，雨量和雨強均達到極端天氣情況。

2.洪水模擬

洪水采用十三陵水庫洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)模擬，其內(nèi)核為分布式水文模型的流域動態(tài)模擬模型。模擬時假定前期影響雨量為零，庫水位為87.5 m，經(jīng)計算，洪水過程如圖1?？梢?，洪峰流量 1 757.5 m3/s，洪量2 539.57 萬 m3，峰現(xiàn)時間為19：24。洪水形成陡漲陡落態(tài)勢，14：30 開始入庫，17：30 流量陡增，2小時內(nèi)達到峰值，后經(jīng)2小時快速回落，至24：00流量降至200 m3/s左右。流域平均降雨380 mm，相當于超100年一遇設(shè)計，洪峰1 757 m3/s，相當于超50年一遇設(shè)計洪水。若不泄洪,庫水位將達95 m高程，超汛限水位運行。

表1 各站雨量表

圖1 模擬洪水過程線

二、暴雨、洪水應(yīng)對分析

1.人員響應(yīng)

按照防汛預(yù)警發(fā)布標準，10：00前應(yīng)發(fā)藍色預(yù)警，12：00發(fā)黃色預(yù)警，14：00 發(fā)橙色預(yù)警，15：00 發(fā)紅色預(yù)警。由于當日是周六，除了值班人員，大多數(shù)人不在單位，按照水庫管理處防汛預(yù)警制度，橙色預(yù)警后要求全員到崗，2012年7月21日，主要骨干在黃色預(yù)警后就開始向單位集合，最長用時3小時，于15：00左右到崗，所以只要預(yù)警及時，預(yù)警響應(yīng)及時，除了個別路途較遠的或受交通等其他因素影響的人員，主要力量基本能到位。

2.通信系統(tǒng)保障

考慮強降雨情況下通信可能中斷，預(yù)警發(fā)布后應(yīng)立即開啟所有電臺；黃色預(yù)警后開啟異地會商系統(tǒng)，安排專人監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)保障正常使用；紅色預(yù)警后檢查衛(wèi)星電話，確保隨時能用。

3.雨情監(jiān)測

專人負責監(jiān)視雨情遙測系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時與遙測點住戶聯(lián)系，人工比對數(shù)據(jù)，同時安排專業(yè)人員去現(xiàn)場維修維護。小時雨量達到20 mm后，水文站開始向水文總站發(fā)報，并向處防辦報雨情，以后每增加10 mm報一次。降雨達到50 mm后處防辦向市防辦報告雨情，每增加10 mm報一次。降雨50 mm后做洪水預(yù)報，以后每增加50 mm做一次洪水預(yù)報，并根據(jù)要求隨時做洪水預(yù)報。

4.水情監(jiān)測

藍色預(yù)警后應(yīng)對上游流域巡查，黃色預(yù)警后在德勝口溝燕子口及七孔橋安排專人值守，一旦形成產(chǎn)匯流隨時報告。七孔橋處水匯流入庫后，用超聲波流速儀每半小時測流一次，流量顯著增大時加大測流頻次。水庫水位上漲時注意啟用高水位自記水位計，保管好低水位時的自記水位計和成果。庫水位每上升0.5 m報處防辦一次，達汛限水位93 m后及時向水文總站發(fā)報。

5.工情監(jiān)測

預(yù)警發(fā)布后加強大壩、溢洪道、輸水洞、排水溝、濾水壩址等部位的巡視檢查，庫水位每上升2 m巡查一次，同時監(jiān)測測壓管水位，發(fā)現(xiàn)問題及時報告處理。當水位達到89.5 m即溢洪道底坎高程時，加強對溢洪道和閘門的檢查，同時注意及時打撈閘門附近的大型漂浮物。

十三陵水庫風光

6.會商調(diào)度

按照模擬結(jié)果，水位達到92 m時大約在20：30組織會商，建議閘門開啟1 m，控泄100 m3/s，庫水位最高將接近94 m。由于水位持續(xù)上漲，應(yīng)通知上游經(jīng)營戶做好避險工作，及時轉(zhuǎn)移游客，溢洪道下游設(shè)置警戒線及時封路，并派專人看守，同時通知下游做好泄洪準備。21：35左右下達調(diào)度令，提閘放水，考慮強降雨情況下市電可能中斷，備用90 kW發(fā)電機15分鐘內(nèi)可發(fā)電提閘，但要注意將市電斷開。

7.雨后應(yīng)對

一是要將降雨過程、洪水過程、庫水位變化過程、測壓管水位變化等情況進行整理，并對本次降雨洪水及應(yīng)對情況進行全面總結(jié)。二是雨后第一周變形觀測每3天一次，以后每周一次；測壓管觀測每天一次，庫水位回落至87.5 m后恢復(fù)正常觀測。

三、結(jié) 語

通過對“7·21”暴雨洪水的模擬和桌面推演，進一步理清了應(yīng)對細節(jié)，明確了關(guān)鍵節(jié)點和響應(yīng)要求，完善了防汛預(yù)案。同時也說明在現(xiàn)狀水位情況下，發(fā)生24小時流域平均380 mm降雨，按照各項防汛工作要求和預(yù)案、標準執(zhí)行，可以確保水庫工程安全和下游防洪安全，將損失降至最低。

[1]土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（SL 551—2012）[S].2012.