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.pdf

海河“23 7”流域性特大洪水HAIHE 23 7 BASIN-WIDE EXTREME FLOODCHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷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1潘兴瑶1宋佳杰1陈建刚2周星2（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）摘要：2023 年 78 月，受 2305 号台风“杜苏芮”北上和西北太平洋副热带高压异常偏北影响，海河流域发生“237”流域性特大洪水。北京市永定河段首次启用大宁水库、滞洪水库分蓄洪水。围绕本次北京市永定河流域水工程调度实践，简述洪水预报与调度策略，梳理斋堂水库、三家店拦河闸、卢沟桥枢纽调度过程，总结实施预报调度、精细调度、流域统一调度等经验，从精准预报调度技术、突发状况应急处置、智能化调度能力提升等方面提出对策建议。关键词：海河“23 7”流域性特大洪水；水工程调度；永定河；北京市中图分类号：TV122；TU998.4文献标识码：A文章编号：1673-9264（2024）01-64-05DOI:10.16867/j.issn.1673-9264.2023430李芳华，潘兴瑶，宋佳杰，等.北京市永定河流域水工程调度实践与思考以海河“237”流域性特大洪水应对为例J.中国防汛抗旱，2024，34（1）：64-67，77.LI Fanghua,PAN Xingyao,SONG Jiajie,et al.Practice and reflection on water works regulation in the Yongding River Basin of Beijing CityCase study of the response to the Haihe 237 basin-wide extreme floodJ.China Flood&Drought Management，2024，34（1）：64-67，77（in Chinese）收稿日期：2023-10-27第一作者信息：李芳华，女，一级主任科员，E-mail：。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 4.7104km2。北京上游官厅水库控制面积4.34104km2，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 70300 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 300500 m，平均纵坡3，两岸有门头沟、高井沟等5条主要支流汇入。64海河“23 7”流域性特大洪水HAIHE 23 7 BASIN-WIDE EXTREME FLOOD中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENTJan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷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 10.38，此段河槽宽度变幅较大2201 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250300 mm，西部、南部及城区可达350 mm，个别点可达600 mm，最大雨强70100 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300500 mm。29日20时至30日8时，全市大部分地区降雨量 2550 mm，西部、南部地区暴雨 60100 mm；30日8时至8月1日8时，全市大部分地区降雨量120150 mm，西部、南部地区200300 mm。31日8时至8月1日8时，全市大部分地区降雨量80100 mm，西部、南部地区100150 mm。8月1日8时至2日8时，全市大部分地区降雨量1020 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 0001 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65海河“23 7”流域性特大洪水HAIHE 23 7 BASIN-WIDE EXTREME FLOODCHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷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66海河“23 7”流域性特大洪水HAIHE 23 7 BASIN-WIDE EXTREME FLOOD中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENTJan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷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。参考文献1 乔建华.防御海河“23 7”流域性特大洪水经验启示J.中国水利，2023（18）：9-12.2张大伟，毕吴瑕.从下游视角浅谈海河“23 7”流域性特大洪水应对方略 J.中国防汛抗旱，2023，33（10）：27-30.3 李琛亮，刘国庆，杨光，等.基于“四预”的永定河洪水预报调度系统研究与应用J.水利水运工程学报，2022（6）：45-53.4 李琛亮.永定河“四预”智慧防洪系统建设初探 J.中国防汛抗旱，2022，32（3）：57-60.5 王毅，霍风霖.北京市永定河洪水预报调度技术研究J.北京水务，2021（6）：1-7.6 霍风霖，潘兴瑶，阴悦，等.北京市“北京模型”助力“四预”有效发挥防洪工程体系综合减灾效益J.中国防汛抗旱，2023，33（9）：81-82，88.7 魏新平.建立现代水文测报体系的实践与思考J.中国水利，2020（17）：4-6.（下转第77页）67Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT工作交流EXPERIENCE EXCHANGEPractice and reflection on flood disaster prevention in Chongqing City in 2023SONG Gangyong1,2,HU Honghao2.3,YANG Maosong4,ZHAO Penghui2(1.School of Infrastructure Engineering,Nanchang University,Nanchang 330031;2.Department of Hydrology and Flood and Drought Disaster Prevention,Chongqing Water Resources Bureau,Chongqing 401147；3.Chongqing Hydrological Monitoring Station,Chongqing 401120;4.Chongqing Flood and Drought Disaster Prevention Center,Chongqing 401147)Abstract:Chongqing has frequent and complex types of floods,with heavy flood control tasks and enormous pressure.In order toclarify the ideas and methods of flood disaster response,enhance the citys flood disaster prevention capacity under extremeweather conditions,and further improve the disaster prevention and reduction systems,taking the 2023 Chongqing flood disasterprevention practice as the starting point,a review and analysis of the flood situation and problems faced in Chongqing isconducted,and flood disaster prevention measures are summarized.The research results can provide reference for flood disasterprevention in other provinces and cities.Keywords:flood disaster;defense;Chongqing City编辑 赵乐媛Practice and reflection on water works regulationin the Yongding River Basin of Beijing CityCase study of the response to the Haihe 237 basin-wide extreme floodLI Fanghua1,PAN Xingyao1,SONG Jiajie1,CHEN Jiangang2,ZHOU Xing2（1.Beijing Water Emergency Center,Beijing 100038；2.Beijing Hydyaulic Research Institute,Beijing 100048）Abstract:From July to August 2023,the Haihe River Basin experienced a 23.7 basin-wide catastrophic flood due to thenorthward movement of Typhoon 2305 Doksuri and the abnormally northward influence of the subtropical high pressure in thenorthwest Pacific.The Yongding River section in Beijing has been opened for the first time with the use of the Daning Reservoirand the other two detention reservoirs for flood diversion and storage.Based on the practice of water works regulation in theYongding River section in Beijing,this paper briefly describes flood forecasting and scheduling strategies,sorts out thescheduling processes of Zhaitang Reservoir,Sanjiadian Sluice,and Lugouqiao complex,summarizes the experience ofimplementing forecasting regulation,fine scheduling,and unified basin-wide regulation,and proposes countermeasures andsuggestions from the aspects of precise forecasting scheduling technology,emergency response to unexpected situations,andimprovement of intelligent scheduling capabilities.Keyword:Haihe 237 basin-wide extreme flood;water works regulation;Yongding River;Beijing编辑 姚力玮（上接第67页）77