小清河分洪区布局调整对防洪的影响及消除影响措施研究_赵志才.pdf

【防凌防洪】小清河分洪区布局调整对防洪的影响及消除影响措施研究赵志才1，王海宏2，何玉3(1 中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222;2 内蒙古自治区水利水电勘测设计院有限公司，内蒙古 呼和浩特 010020;3 河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司，天津 300250)摘要 文章通过构建大清河系北支一二维耦合的水动力学模型，模拟小清河分洪区布局调整前后洪水演进变化情况，分析增设安全区给小清河分洪区带来的水位、流量、蓄洪量、淹没面积变化，分析增设安全区对小清河分洪区带来的不利影响，并提出合适的预泄措施，消除安全区设立带来的影响。关键词 小清河分洪区;安全区调整;防洪;消除措施中图分类号:TV87文章标识码:B文章编号:1009 0088(2022)12 0038 031分洪区概况小清河分洪区北起大宁水库，南至古城小埝和小营横堤，东部以永定河右堤为界，西部以京广铁路和自然高地为界，总面积 424 km2，容积 2 86 亿 m3。区内地势西北高、东南低。历来是大清河北支北拒马河、大石河、小清河三河洪水以及永定河分泄洪水汇集蓄滞的地区。行洪区涉及北京市丰台区、房山区以及河北省涿州市，共计 12 个乡(镇)、206 个村庄，户籍总人口 31 万人。区内国内生产总值 138 63 亿元，其中，北京市94 亿元、河北省 44 45 亿元。2布局调整方案北京市提出考虑永定河防洪的重要性，并兼顾长阳新城等地区已开发建设的事实以及房山区作为疏解首都核心区人口及相关产业承接区的发展需求，建议将长阳新城及小清河干流以西、哑叭河以北建成区调整为安全区。长阳安全区:南北长 9 5 km，东西宽1 5 3 3 km，面积14 km2，地面高程 65 42m，地势东高西低、北高南低，人口约 10 4 万人。区内已经建有大宁山庄、靠山居艺墅 7 处居民小区，北京农业职业学院、长阳镇政府、北京四中房山分校及地铁房山线，涉及独义村、高岭村、稻田村等 10 个村庄。房山分区规划(国土空间规划)确定长阳镇为“京西南商务会展引领的文体休闲、科技创新智慧小镇”，作为首都核心区人口和功能疏解的集中承载地。小清河干流以西、哑吧河以北安全区:南北长 6 0 km，东西宽 0 3 1 6 km，面积3 5 km2，地面高程50 42 m，地形北高南低，人口 1 15 万人。哑吧河以北保护区占地面积 3 5 km2，现在主要是商务住宅区，有篱笆房村、长阳天地、合景领峰等 8 个社区。规划定位为以居住及商业商务及生态复合街区为主要功能。3计算方法3 1模型构建本次计算采用流域水动力模拟的思路，利用 MIKE FLOOD模块(含一维 MIKE11、二维 MIKE21 耦合模块)，建立大清河北支一、二维耦合的非恒定流数学模型。利用 Mike11 模型，输入各条河道的横断面数据，按照河道实际情况给定河道糙率，设定各枢纽建筑物、分洪、退水口门尺寸及调度运用规则，设定各条河道不同重现期洪水来水过程及下边界水位变化过程。小清河干流、哑叭河、刺猬河、大石河均采用 2018 年实测断面资料，北拒马河、白沟河、南拒马河采用2022 年实测断面资料。小清河分洪区地形采用 2018 年实测的 1 10000 地形图，高程统一采用 1985 年国家高程基准。将小清河分洪区以 50 150 m、兰沟洼滞洪区以 200 300 m 为边长进行非结构化三角形网格剖分，并精度差别化处理，对原规划的 750 m 行洪通道进行网格局部加密，总面积约917km2，共剖分约3 5 万个网格。利用实测高程散点数据，将高程散点数据嵌入网格，对高程散点数据进行插值处理，模拟实际地形。3 2设计洪水(1)小清河流域。根据小清河流域的产汇流特性、径流深以及推理公式计算的分区汇流时间，计算小清河流域的洪水过程线形状系数。以北京市政设计院的推理公式 简化式 计算的洪峰流量为准，用概化过程线法计算 20、50、100、200 年一遇各分区的洪水过程线，并对概化过程线峰后进行修正，保证洪量平衡。83内蒙古水利2022 年第 12 期(总第 244 期)小清河铁路以东平原区的径流过程计算:首先根据 北京市水文计算手册 第一分册暴雨图集中的设计雨型时程分配计算雨量过程，参照河北省太行山迎风北坡区暴雨初损、稳渗，计算小清河铁路以东平原区的径流过程。小清河流域洪峰流量采用成果，见表 1。表 1小清河流域洪峰流量采用成果序号分区名称项目20 年50 年100 年200 年1小清河铁路以西2哑叭河铁路以西3刺猬河铁路以西洪峰(m3/s)139193246305洪量(亿 m3)0 050 070 080 10洪峰(m3/s)290426540667洪量(亿 m3)0 110 160 200 25洪峰(m3/s)261376492628洪量(亿 m3)0 220 320 400 48(2)拒马河设计洪水。采用 2019 年大清河系水文修订成果，张坊站设计洪水成果，见表 2。表 2张坊站设计洪水成果项 目100 年50 年20 年10 年5 年Qm(m3/s)13 80010 4006 3003 6401 610洪量(亿 m3)W1 d4 803 642 221 310 59W3 d8 596 544 042 411 12W6 d10 928 445 393 351 67W15 d13 4110 587 064 632 54W30 d15 9612 888 976 203 71(3)大石河设计洪水。大石河漫水河站设计洪峰采用北京市水利设计院大石河流域规划成果，20 年一遇洪峰 2 100m3/s，50 年一遇洪峰 3 200 m3/s，100 年一遇洪峰 4 190 m3/s。大石河漫水河站至京广铁路桥区间、大石河京广铁路桥以东设计径流深与小清河流域一致，径流深分别为 20 年一遇 143mm、50 年一遇 210 mm、100 年一遇 264 mm。大石河洪峰流量采用成果，见表 3。表 3大石河洪峰流量采用成果大石河20 年50 年100 年洪峰(m3/s)2 3553 5774 428洪量(亿 m3)1 682 513 11(4)大宁水库出流。根据大清河系防洪规划，大清河系 50年一遇对应永定河系 100 年一遇洪水，大清河系 100 年一遇对应永定河系 200 年一遇洪水。大宁水库出库过程:按照水库调度原则进行调洪演算，50 年一遇洪水不泄洪，100 年一遇洪水最大下泄 214 m3/s，洪量 308 万 m3，200 年一遇洪水最大下泄3 130 m3/s，洪量 3 770 万 m3。3 3洪水调度方案3 3 1小清河分洪区调度按照 大清河洪水调度方案 对小清河分洪区和兰沟洼洪水进行调度。(1)当白沟河上游洪水超过其河道现状行洪能力时，充分利用北拒马河两岸小清河分洪区及刁窝套等洼地缓洪、滞洪，减轻白沟河泄洪压力。(2)当永定河超标准洪水向小清河分洪区分洪时，应利用古城小埝及白沟河左堤(上延段)将洪水控制在白沟河左堤以西。3 3 2大宁水库调度(1)当大宁水库水位达到 49 0 m(北京高程)时，开启永定河滞洪水库进水闸，同时开启稻田水库与马厂水库间的连通闸。当马厂水库水位达到设计水位 50 5 m(北京高程)时，关闭连通闸。当稻田水库水位达到设计水位 53 5 m(北京高程)时，关闭永定河滞洪水库进水闸。(2)当大宁水库水位达到 60 01 m(北京高程)且继续上涨时，开启大宁水库泄洪闸向小清河分洪区分洪，分洪流量不超过 214 m3/s。当大宁水库水位达到 61 21 m(北京高程)且将继续上涨时，大宁水库泄洪闸加大泄量直至敞泄。3 4计算方案洪水频率采用防洪规划确定的大清河 50 年一遇+永定河100 年一遇;大清河 100 年一遇+永定河 200 年一遇。基础方案保留已批复的 3 个安全区，即良乡卫星城安全区、良乡卫星城未来发展区安全区和涿仝安全区，总面积 86 5km2。调整方案为增设长阳安全区、小清河干流以西、哑吧河以北区域安全区，面积分别为 14、3 5 km2。4防洪影响分析小清河 50 年一遇+永定河 100 年一遇洪水，与基础方案相比，小清河干流沿程洪峰流量、水位基本不变。小清河干流左堤与安全区西围堤形成宽约 750 m 的通道，通道内水位抬高0 03 0 11 m。小清河干流省界断面洪峰流量、行洪水位不变。大宁水库泄洪闸下水位在安全区设立前后均为 52 54 m，没有变化，不影响水库泄洪。安全区占用蓄洪容积约 30 万m3，安全区设立对小清河分洪区行蓄洪基本没有影响。小清河 100 年一遇+永定河 200 年一遇洪水，小清河干流沿程洪峰流量增大 362 133 m3/s，干流沿程水位抬高 0 17 0 88 m。其中，省界断面洪峰流量增大 133 m3/s，水位抬高0 17 m，省界下游右堤矮小，干流洪水漫溢至右岸区域，至小清河干流末端洪峰流量和水位恢复至调整前。280 750 m 的通道内水位抬高 0 06 0 27 m。100 年一遇，2 处安全区共占用蓄洪容积约 560 万 m3。大宁水库泄洪闸下最高水位由 55 73 m 抬高至 55 80 m，大宁水库 200 年一遇泄洪水位 61 21 m(北京高程)，泄洪闸下游水位 55 80 m，闸门顶高程 48 m(北京高程)。小清河刺猬河口下游左右岸分洪口门分洪水量有所增加。其中，左岸分洪量增加 92 万 m3，右岸分洪量增加 130 万 m3，导致分洪区淹没水深有所增大。其中，左岸京深路以下水深抬高0 11 m，右岸分洪区域水深增加 0 11 m。由于大石河、北拒马河、白沟河距北京拟设立 2 处安全区较远，安全区设立对大石河、北拒马河、白沟河流量和水位基本没有影响。省界断面(含小清河干流以及蓄滞洪区过流)通过洪量 4 06 亿 m3，相比基础方案略有增多。安全区设立前后洪水指标对比，见表 4 表 6。93小清河分洪区布局调整对防洪的影响及消除影响措施研究赵志才等表 4大清河系北支各河道洪峰流量对比m3/s河道节点50 年一遇100 年一遇基础方案调整方案差值基础方案调整方案差值小清河干流大石河北拒马河白沟河首端2892890480706227哑吧河口61461401 1551 442287刺猬河口87987901 6782 040362省界断面77477401 1021 235133末端81381301 0421 0420入分洪区3 5653 56504 3814 3810末端2 9582 95803 2373 2370入分洪区7 3817 38109 0909 0900末端1 9881 98802 2362 2360东茨4 4874 48704 2714 2710末端3 4743 47403 8553 8550表 5大清河系北支各河道最高水位对比m河道节点50 年一遇100 年一遇基础方案调整方案差值基础方案调整方案差值小清河干流大石河北拒马河白沟河首端49 5649 560 0050 5851 460 88哑吧河口41 5541 550 0042 5943 070 48刺猬河口35 8435 840 0036 4436 670 24省界断面30 1830 180 0030 8331 000 17末端29 3629 360 0029 4629 460 00入分洪区31 1331 130 0031 5731 570 00末端29 3629 360 0029 4629 460 00入分洪区35 6335 630 0036 2836 280 00末端29 5629 560 0029 7929 790 00东茨28 5028 500 0028 3228 320 00末端15 8415 840 0016 0316 030 00表 6小清河分洪区洪水指标对比蓄滞洪区项目单位50 年一遇100 年一遇基础方案调整方案 差值 基础方案调整方案 差值小清河分洪区淹没面积km2150 3148 91 4211 1204 36 8东茨水位m28 5028 500 0028 3228 320 00省界洪量亿 m32 932 930 004 024 060 045影响减免措施根据洪水演进分析计算，当小清河分洪区发生 100 年一遇+永定河 200 年一遇洪水时，调整方案较基础方案小清河干流省界断面流量增加133 m3/s，水位抬高0 17 m。初步拟定减免措施，消除其影响。通过增加六环路以南、刺猬河左堤以东、小清河右堤以西面积为 4 08 km2三角形区域主动滞洪，提前承泄小清河干流及刺猬河洪水。经计算，小清河右堤六环路以南设置分洪口门，口门宽度 300 m，分洪水位 37 8 m，100 年一遇最大分洪流量 180 m3/s，分洪水量 160 万 m3;刺猬河左堤六环路以南设置分洪口门，口门宽度 300 m，分洪水位 36 2 m，100 年一遇最大分洪流量 125 m3/s，分洪水量 220 万 m3，2 处口门共分洪 380万 m3，小清河省界断面洪峰流量恢复至调整前。小清河分洪区调整前后洪水指标对比，见表 7。表 7小清河分洪区调整前后洪水指标对比河道节点单位100 年一遇消除影响方案基础方案调整方案差值消除后差值小清河干流首端m3/s480706227706227哑吧河口m3/s1 1551 4422871 404249刺猬河口m3/s1 6782 0403621 66712省界断面m3/s1 1021 2351331 1020末端m3/s1 0421 04201 0420淹没面积km2211 1204 36 8207 04 16结论与建议(1)长阳新城和小清河干流以西、哑吧河以北区域，现状基本为建成区，人口集中，配套基础设施相对完善，一旦滞洪，将会遭受巨大的洪灾损失，也会带来严重的负面影响。因此，有必要划为安全区。通过洪水影响分析，若划定长阳安全区和小清河干流以西、哑吧河以北区域安全区，对小清河分洪区承纳标准洪水行蓄洪影响不大。对于超标准洪水，会增大小清河干流沿程洪峰流量，抬高干流行洪水位，将洪水风险传导至下游，增大下游的防洪压力。(2)划定 2 处安全区，会抬高大宁水库泄洪闸下水位，但抬高幅度较小。经分析计算，大宁水库泄流状态仍为自由出流，安全区的划定基本不影响大宁水库泄流。(3)划定 2 处安全区，需要采取必要的补偿措施和工程措施，置换安全区设立所占用的滞洪容积，消除安全区设立带来的影响。初拟在六环路、刺猬河左堤、小清河右堤围成的三角区域滞洪，采取预泄调度措施，基本消除对北京、河北省界断面洪峰洪量的影响。(4)长阳安全区西边界与小清河干流左堤形成了 1 个宽度约 280 750 m 宽的洪水通道，通道内仍有部分建筑物、构筑物，在一定程度上会影响洪水下泄，需要对通道内的建筑物、构筑物进行清理，确保通道畅通。(5)严格执行 防洪法 国务院办公厅转发水利部等部门关于加强蓄滞洪区建设与管理若干意见的通知，规范蓄滞洪区经济社会活动，限制蓄滞洪区内高风险区的经济开发活动。加强蓄滞洪区土地管理，严格执行非防洪建设项目洪水影响评价制度。(编校:刘燕英)收稿日期:2022 11 14作者简介:赵志才，男，主要从事水利相关工作。04内蒙古水利2022 年第 12 期(总第 244 期)