薊運(yùn)河洪水預(yù)報(bào)預(yù)警現(xiàn)狀分析

于福民

（天津市水文水資源管理中心，天津 300074）

薊運(yùn)河水系是天津市境內(nèi)唯一具有山區(qū)防洪、平原排瀝、河口擋潮的行洪排瀝河道。2021 年汛期，該河系發(fā)生了1996 年以后的最大洪水，天津域內(nèi)的于橋水庫(kù)、楊莊水庫(kù)相繼超過汛限水位后棄水，導(dǎo)致泃河、州河及薊運(yùn)河干流高水位行洪排瀝，防御洪澇形勢(shì)嚴(yán)峻。針對(duì)嚴(yán)峻汛情，天津水文部門開展了于橋水庫(kù)、楊莊節(jié)潛水庫(kù)的產(chǎn)匯流預(yù)報(bào)、九王莊河道匯流預(yù)報(bào)、河口薊運(yùn)河閘的最高洪水位估報(bào)等洪水預(yù)報(bào)預(yù)警作業(yè)，相關(guān)預(yù)報(bào)成果為防洪調(diào)度決策提供了支撐。為了應(yīng)對(duì)未來可能出現(xiàn)的大洪水，針對(duì)薊運(yùn)河的歷史洪水特性和現(xiàn)狀河道情況，筆者再次梳理天津境內(nèi)的重要預(yù)報(bào)預(yù)警節(jié)點(diǎn)，探求切合實(shí)際的洪水預(yù)報(bào)預(yù)警方法，解決該河系的洪水預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)預(yù)警難題，為各級(jí)防御洪澇災(zāi)害部門提供技術(shù)支撐。

1 薊運(yùn)河基本情況

薊運(yùn)河有兩個(gè)源頭，即泃河和州河，泃河發(fā)源于河北省興隆縣境內(nèi)的青灰?guī)X，州河發(fā)源于河北省遵化市北部的燕山山脈南麓。泃河、州河流經(jīng)興隆、平谷、三河、遵化、薊縣、寶坻等縣市區(qū)，在天津?qū)氎鎱^(qū)張古莊匯流后稱薊運(yùn)河，于天津塘沽北塘匯入永定新河入海[1]。薊運(yùn)河干流左岸有蘭泉河、雙城河、還鄉(xiāng)新河匯入，右岸下游有箭桿河匯入。下游有曾口河、衛(wèi)星引河、西關(guān)引河與南部的潮白新河聯(lián)通。

2 薊運(yùn)河典型洪水及洪水特性

2.1 歷史上大洪水[2-4]

1964 年8 月泃河大洪水，泥河水文站洪峰流量625 m3/s，洪量0.522 億m3；1969 年泃河大洪水，泥河水文站洪峰流量896 m3/s，洪量0.356 m3。1978 年7—8 月州河大洪水，于橋水庫(kù)最大入庫(kù)洪峰流量1 650 m3/s，入庫(kù)洪水總量8.44 億m3。1996 年8 月，于橋水庫(kù)入庫(kù)洪水總量6.09 億m3，最大入庫(kù)洪峰流量1 720 m3/s，出現(xiàn)歷史最高洪水位22.62 m，最大下泄流量250 m3/s；州河、泃河兩岸限制排瀝給洪水讓路，州河洪水漫過楊津莊節(jié)制閘下泄；8 月7 日九王莊閘最大下泄流量301 m3/s，8月10日出現(xiàn)最高水位8.52 m，受河口潮汐影響薊運(yùn)河干流高水位行洪過程近20 d。

2.2 洪水特性及水利工程現(xiàn)狀

薊運(yùn)河山區(qū)洪水匯流時(shí)間短，陡漲陡落，峰量比高。于橋水庫(kù)等3座大型水庫(kù)控制面積占山區(qū)面積的70%，除泃河西部山區(qū)（北京平谷縣）外，山區(qū)洪水基本得到控制。水庫(kù)入庫(kù)過程影響因素比較復(fù)雜，于橋水庫(kù)多以復(fù)式洪峰為主，海子、邱莊水庫(kù)多以單洪峰為主。洪水出山后進(jìn)入中下游地區(qū)行進(jìn)緩慢，行洪河道兩岸束堤，極容易漫堤或決口。沿途洪水匯入支流多，河道匯流路徑曲折冗長(zhǎng)，泃河最為明顯。中下游地區(qū)平原河道洪水與瀝水遭遇概率高。薊運(yùn)河干流九曲十八彎，河道調(diào)蓄能力強(qiáng)，小水深槽行洪，大水上灘，行洪緩慢。薊運(yùn)河干流河道地勢(shì)低洼，洪水下泄入永定新河受到永定新河閘前水位和閘下潮汐影響。中下游河道堤防現(xiàn)狀不達(dá)標(biāo)，防御超現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)洪水風(fēng)險(xiǎn)較高。

3 洪水預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)方案

洪水預(yù)報(bào)作為非工程措施，在防御洪水中發(fā)揮重要的作用。依托目前的水情報(bào)送站網(wǎng)，根據(jù)薊運(yùn)河洪水調(diào)度方案所依據(jù)的水文控制點(diǎn)作為建立洪水預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)方案的節(jié)點(diǎn)，圍繞著這些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，逐步完善優(yōu)化或建立洪水預(yù)報(bào)方案，結(jié)合實(shí)時(shí)水情監(jiān)視、滾動(dòng)分析預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)洪水走勢(shì)、發(fā)布洪水預(yù)警，為防御洪澇災(zāi)害提供情報(bào)預(yù)報(bào)服務(wù)支撐[5]。

3.1 州河于橋水庫(kù)以上洪水預(yù)報(bào)方案

于橋水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)模型已經(jīng)在《中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)》上集成，模型包括區(qū)域降雨徑流模型和分布式新安江模型，實(shí)現(xiàn)了上游般若院、上關(guān)、龍門口水庫(kù)區(qū)域洪水預(yù)報(bào)，以及各水庫(kù)不同調(diào)度條件下前毛莊、水平口、淋河橋、于橋水庫(kù)來水過程的聯(lián)合調(diào)度預(yù)報(bào)和于橋水庫(kù)調(diào)洪演算。同時(shí)，可以實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)入庫(kù)洪量、入庫(kù)洪峰及峰現(xiàn)時(shí)間、洪水歷時(shí)等。

根據(jù)于橋入庫(kù)預(yù)報(bào)洪水過程計(jì)算洪水重現(xiàn)期，分析是否達(dá)到洪峰或洪量預(yù)警指標(biāo)，詳見表1。例如，預(yù)報(bào)于橋入庫(kù)洪峰流量1 500 m3/s（或W7洪量1.70億m3），超出5 a一遇洪水，則提出四級(jí)洪水預(yù)警建議。

表1 于橋水庫(kù)站洪水（洪峰或洪量）預(yù)警指標(biāo)

或經(jīng)過于橋水庫(kù)調(diào)洪演算，模擬水庫(kù)最高洪水位及出現(xiàn)時(shí)間，分析是否達(dá)到水位預(yù)警指標(biāo)，進(jìn)而提出洪水預(yù)警建議，詳見表2。根據(jù)實(shí)時(shí)水情滾動(dòng)修訂洪水預(yù)報(bào)成果，提出新的預(yù)警級(jí)別建議。

表2 于橋水庫(kù)站洪水（水位）預(yù)警指標(biāo)

3.2 泃河楊莊截潛水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)方案

楊莊截潛水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)模型已經(jīng)在《中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)》上集成，為降雨徑流相關(guān)和河道匯流模型，該方案是2017 年由北京市海子水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)模型縮小移植而來的，實(shí)現(xiàn)了入庫(kù)洪水過程預(yù)報(bào)和水庫(kù)調(diào)洪演算。同時(shí)，可以實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)入庫(kù)洪量、入庫(kù)洪峰及峰現(xiàn)時(shí)間、洪水歷時(shí)等。以楊莊截潛水庫(kù)汛限水位、設(shè)計(jì)水位、正常高水位、校核水位作為預(yù)警指標(biāo)，詳見表3。

表3 楊莊截潛水庫(kù)站洪水預(yù)警指標(biāo)

3.3 泃河海子水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)方案

根據(jù)《京津冀水文合作協(xié)議》規(guī)定，泃河海子水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)成果由北京市水文部門提供。

3.4 泃河三河站洪水預(yù)報(bào)方案

三河水文站是海河流域防洪規(guī)劃泃河上的重要洪水控制站，洪水主要由海子水庫(kù)以上來水、西部山區(qū)的錯(cuò)河等支流匯入。該站的洪峰洪量大小關(guān)系到是否啟用泃河辛撞閘分洪，關(guān)系到是否啟用南周莊分洪閘或桑梓口門向青淀洼分洪等，因此三河站的洪水預(yù)報(bào)至關(guān)重要。根據(jù)《京津冀水文合作協(xié)議》規(guī)定，三河站洪水預(yù)報(bào)成果由河北省水文部門提供。

目前，三河站尚無常規(guī)的洪水預(yù)報(bào)方案，需借助“以測(cè)補(bǔ)報(bào)”手段進(jìn)行預(yù)報(bào)。重點(diǎn)關(guān)注海子水庫(kù)—三河區(qū)間的實(shí)時(shí)暴雨過程，采用于橋或海子水庫(kù)預(yù)報(bào)方案進(jìn)行區(qū)間徑流估報(bào)。實(shí)時(shí)監(jiān)控三河站的徑流過程，采用自回歸分析法滾動(dòng)預(yù)報(bào)該站水位流量變幅。

3.5 九王莊以上區(qū)間預(yù)報(bào)方案

九王莊水文站是州河和泃河（含鮑邱河來水及兩岸排澇）的重要控制站，其水位流量決定著州河和泃河兩岸是否采取限制排水措施、是否向青淀洼分洪等。

州河于橋水庫(kù)下泄洪水至九王莊傳播時(shí)間為20 h 左右，采用分段馬斯京根法演算至九王莊或平推20 h作為九王莊預(yù)報(bào)過程。泃河三河水文站流量大于830 m3/s 時(shí)，泃河辛撞閘分洪過程采用分段馬斯京根法演算至九王莊，洪水傳播時(shí)間24 h左右；鮑邱河西羅屯采用分段馬斯京根法演算至九王莊，洪水傳播時(shí)間24 h左右。三股洪水同時(shí)段疊加得到九王莊流量預(yù)報(bào)過程。同時(shí)，借助“以測(cè)補(bǔ)報(bào)”方法對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。

實(shí)時(shí)監(jiān)控該區(qū)間的實(shí)時(shí)暴雨過程，采用降雨徑流系數(shù)法估算區(qū)間徑流量，評(píng)估兩岸的排瀝及支流匯入，分析確定區(qū)間降雨對(duì)下游九王莊洪峰流量的貢獻(xiàn)。

實(shí)時(shí)監(jiān)控州河沿線山下屯閘、楊津莊閘，泃河沿線邵家莊分洪閘、南周莊分洪閘等水情報(bào)訊站的實(shí)時(shí)水位漲落幅度和調(diào)度情況，滾動(dòng)預(yù)報(bào)九王莊站的水位流量過程，根據(jù)九王莊站洪水預(yù)警指標(biāo)提出洪水預(yù)警建議，詳見表4。

表4 九王莊站洪水預(yù)警指標(biāo)

3.6 還鄉(xiāng)河邱莊水庫(kù)、小定府莊以上預(yù)報(bào)方案

根據(jù)《京津冀水文合作協(xié)議》規(guī)定，邱莊水庫(kù)站和小定府莊站預(yù)報(bào)結(jié)果由河北省水文部門提供。

3.7 薊運(yùn)河新防潮閘水位預(yù)報(bào)方案

薊運(yùn)河干流作為行洪排澇的復(fù)式河道，九王莊閘為上口，沿途有蘭泉河、雙城河、箭桿河、還鄉(xiāng)新河匯入，下游有曾口河、衛(wèi)星引河、西關(guān)引河與潮白新河互通，沿途設(shè)有小河口、張頭窩、大盤龍、閆莊、蘆臺(tái)、漢沽等水位遙測(cè)站點(diǎn)，下口由新防潮閘控制。由于九王莊—新防潮閘之間排澇流量占比達(dá)到50%以上，排澇以機(jī)排為主，排水受當(dāng)時(shí)農(nóng)田積水程度、河道容量等多種因素影響，排澇過程受人工影響嚴(yán)重。并且薊運(yùn)河閘的出流嚴(yán)重受到永定新河河口水位和永定新河防潮閘啟閉的影響，經(jīng)常導(dǎo)致薊運(yùn)河干流下段河道水位壅高，行洪排澇受阻，威脅兩岸堤防安全。

該河段洪水預(yù)報(bào)方案采用“以測(cè)代報(bào)”滾動(dòng)預(yù)報(bào)方案。

（1）確定薊運(yùn)河閘上高水位出現(xiàn)時(shí)機(jī)。天津沿海潮汐遵從“漲五落七”規(guī)律，當(dāng)永定新河防潮閘閘上水位與閘下落潮水位持平時(shí)提閘行洪，與閘下漲潮水位持平時(shí)閉閘擋潮。行洪排澇期間，參照永定新河防潮閘閘下潮汐預(yù)報(bào)，確定防潮閘提閘時(shí)機(jī)和閉閘時(shí)機(jī)，一般情況下防潮閘提閘行洪6～7 h、閉閘擋潮5～6 h，閉閘期間下游河道形成壅水，薊運(yùn)河閘上出現(xiàn)高水位（此時(shí)薊運(yùn)河閘處于開啟狀態(tài)）。為防止洪水倒灌而關(guān)閉薊運(yùn)河閘后水位回升，在該閘具備再次提閘行洪時(shí)將出現(xiàn)高水位。

（2）充分利用沿途九王莊、張頭窩、小河口、小定府莊、薊運(yùn)河閘水文站點(diǎn)的實(shí)時(shí)水情信息，大盤龍、蘆臺(tái)、漢沽等遙測(cè)水位站的實(shí)時(shí)信息，了解各區(qū)實(shí)時(shí)排瀝、主要支流的匯入水量，分析沿途站點(diǎn)水位的變化趨勢(shì)和預(yù)見期內(nèi)的洪澇水增量，預(yù)報(bào)薊運(yùn)河閘上高水位，為兩岸限制排澇及下游閘群錯(cuò)峰調(diào)度提供參考依據(jù)。

4 結(jié)論

2021 年薊運(yùn)河水系發(fā)生的較大洪水表明未來發(fā)生大洪水的概率在增加，天津水文部門要汲取2021 年防御洪澇災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，強(qiáng)化“四預(yù)”支撐[5]，完善水情服務(wù)體系和專業(yè)隊(duì)伍建設(shè)，大力開展“以測(cè)補(bǔ)報(bào)”，實(shí)行專家經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)與模型預(yù)報(bào)相結(jié)合、洪水預(yù)報(bào)與洪水調(diào)度相結(jié)合，解決中下游洪水受到水利工程調(diào)控和河網(wǎng)化影響后洪水預(yù)報(bào)難題，為各級(jí)水旱災(zāi)害防御部門提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。