張民升，秦 茜

（1.天津市永定河管理處，天津 300131；2.海河水利委員會水利信息網(wǎng)絡(luò)中心，天津 300170）

1 研究的必要性

海河流域的北四河系是由北運河系、潮白河系、薊運河系和永定河系構(gòu)成，這些河系的雨洪水主要經(jīng)過天津市境內(nèi)的北京排污河閘、里自沽閘、寧車沽閘、薊運河閘等水閘控制下泄，在永定新河左岸匯入永定河系的永定新河，經(jīng)永定新河防潮閘（以下簡稱防潮閘）匯入渤海。統(tǒng)計資料顯示，天津市入海雨洪水總量的約75%通過防潮閘下泄，也就是說天津市近3/4 的雨洪水需要經(jīng)過以上控制性工程入海，這就要求在防汛工作中要把北京排污河閘、里自沽閘、樂善橡膠壩、寧車沽閘、薊運河閘、永定新河深槽蓄水橡膠壩、防潮閘的控制運用相互關(guān)聯(lián)起來，通過開展聯(lián)合運行合理安排水閘啟閉時間，最大限度發(fā)揮水閘的泄水能力和效率，提高水資源利用率，進一步保證北四河系防洪安全。

2 存在問題

2.1 北四河系洪水下泄能力受防潮閘下潮位控制

防潮閘在正常工況下需要利用落潮期開展運行，每次運行泄水在2 000萬～3 000萬m3，由于薊運河閘距防潮閘2 km、寧車沽閘距離防潮閘9 km，兩閘閘下水面線在短時間內(nèi)即可受到防潮閘運行影響。同時，防潮閘為完成擋潮蓄淡任務(wù)，運行時機與時間受潮位變化影響，如遇上游河道來水較大的情況，必須提前溝通上游工程的運行信息，以便防潮閘提前騰空河道，預(yù)留足夠的槽蓄量來滿足上游河道來水下泄需要。

2.2 永定新河下段河道設(shè)計過流納容能力不足

永定新河自寧車沽閘下河道設(shè)計流量4 640 m3/s，與防潮閘設(shè)計流量相同，寧車沽閘與防潮閘之間在河道設(shè)計洪水中未將薊運河河道來水量進行疊加考慮。

由于薊運河的河道標準比較低，為保證薊運河洪水順利下泄，必須綜合考慮北四河下游各條河道的來水情況，利用堤防的地勢條件、河道的槽蓄量、各閘與防潮閘之間的距離（也就是水面線傳播時間）統(tǒng)籌開展運行，才能確保各河道的洪水能夠全部順利排出。

2.3 薊運河河道治理標準偏低，必須重點保證

由于薊運河河道干流長達154 km、彎道多，過去作為航運河道，為了降低河底坡降人為修建了很多彎道，現(xiàn)狀河底縱坡平均達到1∶43 900，造成雨洪水下泄非常緩慢。薊運河的防洪標準為20 a 一遇，局部堤段還未進行徹底治理，而其他河道的防洪標準全部是50 a 一遇，特別是薊運河的警戒水位與保證水位之間只有40 cm，2個水位之間的有效槽蓄量約為2 600 萬m3，對于兩岸排瀝水排入河道以及上游洪水下泄來說，很難起到明顯的作用。因此，如果薊運河來水和其他河道來水碰頭，在薊運河洪水下泄困難的情況下一旦河道水位突破了警戒水位，如不采取其他水閘讓路措施，薊運河將會很快突破保證水位，加重上游險工險段防守壓力。

2.4 北四河系控制性水閘年度泄水量比較穩(wěn)定，汛期泄水量集中，易造成洪水碰頭問題

防潮閘作為北四河系控制性工程，其上游來水主要通過北京排污河、潮白新河、薊運河3條河流下泄。從防潮閘上游來水量組成來看，北京排污河閘上游雖然沒有集中水量，但其年度泄水量占防潮閘泄水量的25%以上；薊運河閘上游來水量雖然不大，但其年度泄水量占防潮閘泄水量的30%以上。從單閘泄水量看，各閘汛期泄水量占年度泄水量的60%左右，因此需要對北四河系重點控制性工程進行聯(lián)合運用，以提高水閘單孔運行效率。

2.5 攔河橡膠壩需要納入聯(lián)合運用，避免人為形成洪峰

為了做好水資源利用，天津市在永定新河樁號26+000處建有永定新河深槽蓄水橡膠壩、潮白新河寧車沽閘閘上10 km處建有樂善橡膠壩，這2座橡膠壩通過抬升河道水位，利用河道的槽蓄量進行蓄水，這也導致下游水閘運行的有效河道長度縮短。當上游有洪峰過境，一旦橡膠壩落壩，將在河道中形成一個集中峰值，直接影響到下游水閘的運行安全。因此，需要將2座橡膠壩納入聯(lián)合運行中，以確保河道整體調(diào)度以及雨洪水平順下泄。

2.6 北京排污河閘長時間小開度泄流，造成運行效率低下

北京排污河閘雖然設(shè)計流量不大，但由于該閘位于永定新河上游且其上游河道常年來水、頻繁啟閉和單次長歷時、小流量的運行特點，造成下游永定新河河道水位持續(xù)上漲，而防潮閘為了確保河道控制水位同時兼顧上游用水需求，需要增加運行頻次，使得單次運行效率降低。

3 綜合因素分析

3.1 河道來水量分析

北四河系來水中永定河上游來水較少，北運河洪水主要經(jīng)青龍灣減河入潮白新河或經(jīng)過北京排污河下泄，為此本次研究中未將屈家店樞紐納入聯(lián)合調(diào)度。

防潮閘作為北四河系控制性工程，其上游來水主要通過北京排污河、潮白新河、薊運河3條河道下泄。2016年，防潮閘共泄水14.12億m3，其中北京排污河閘泄水4.186億m3，占防潮閘總泄量的30%；潮白新河寧車沽閘泄水4.30億m3，占防潮閘總泄量的30%；薊運河閘泄水5.36 億m3，占防潮閘總泄量的38%。2017 年，防潮閘共泄水11.34 億m3，其中北京排污河閘泄水2.83 億m3，占防潮閘總泄量的24.96%；潮白新河寧車沽閘泄水3.72 億m3，占防潮閘總泄量的32.8%；薊運河閘泄水3.29億m3，占防潮閘總泄量的29.01%。

從以上數(shù)據(jù)可以看出防潮閘上各河道來水量的對比情況，雖然通過對比可以得出北京排污河、潮白新河、薊運河的來水量比較平均，但由于各河道堤防工程的設(shè)計標準和治理程度不同，特別是薊運河堤防有治理不達標段導致工程標準較低，加之潮白新河與薊運河相距僅7 km 運行時容易互相影響等原因，必須在調(diào)度運行中綜合考慮各河道的來水情況，以確保北京排污河、潮白新河、薊運河上游河道的堤防工程運行安全。

3.2 控制水位分析

根據(jù)天津市防辦《關(guān)于印發(fā)〈天津市主要行洪河道特征水位〉的通知》內(nèi)容比較可以得知，薊運河閘的警戒水位和保證水位均低于其他各閘，且差值較小，加之薊運河河道堤防工程標準低導致兩水位之間的河道納容能力偏小，因此為保證薊運河來水的順利排出，必須通過對其他閘壩的聯(lián)合運行來確保薊運河上游河道堤防安全。

3.3 主要河道槽蓄量分析

防潮閘上控制水位與警戒水位之間槽蓄量約3 650 萬m3，考慮上游匯入永定新河流量1 000 m3/s的情況下，可為上游各河提供約10 h 的匯流時間。在需要上游各河錯峰給薊運河來水讓路的情況下，北京排污河和潮白新河需要下泄的來水可以充分利用這部分槽蓄量。

潮白新河寧車沽閘上控制水位與警戒水位之間槽蓄量約1 400萬m3，考慮樂善橡膠壩落壩、里自沽閘泄水500 m3/s且寧車沽閘閉閘錯峰為薊運河泄水的情況下，可為里自沽閘提供約8 h的控泄時間。

北京排污河由大三莊閘至北京排污河閘長約33 km河道在這2個水位之間的槽蓄量約為900萬m3，此部分槽蓄量可為北京排污河閘上游來水325 m3/s的情況下提供約7.5 h的閉閘錯峰時間。

因薊運河河道地勢較低、河道長、河勢彎曲和上游存在險工險段且洪水下泄困難，因此不能考慮薊運河槽蓄量。

從上述槽蓄量分析可以看出，北京排污河、潮白新河、永定新河等河道在汛限水位與警戒水位之間均存在較大的槽蓄量，這給閘群聯(lián)合運行調(diào)度提供了時間和容量。

4 閘群聯(lián)合調(diào)度原則

為保證北四河系洪水安全下泄，必須通過對防潮閘、薊運河閘、寧車沽閘、北京排污河閘、里自沽閘以及永定新河深槽蓄水橡膠壩、潮白新河樂善橡膠壩開展聯(lián)合調(diào)度，主要原則是對上游河道入永定新河的北京排污河閘、寧車沽閘、薊運河閘、防潮閘的運行時機進行掌控，同時加強潮白河上游里自沽閘、樂善橡膠壩以及永定新河深槽蓄水橡膠壩運行信息溝通，確保下游各閘能夠科學有序的調(diào)度運行。

4.1 防潮閘上游1條河道來水

（1）北京排污河來水。北京排污河閘因汛期控制水位高于防潮閘、寧車沽閘閘上警戒水位及薊運河閘保證水位，因此在上游來水的情況下，該閘運行不受下游永定新河水位影響，可按照控制水位直接運行。

（2）潮白新河來水。寧車沽閘控制水位高于防潮閘控制水位，可按照控制水位開展運行，但若潮白新河來水量較大，則需防潮閘趕潮運行，以確保洪水順利下泄。

（3）薊運河來水。由于薊運河閘控制水位與防潮閘控制水位接近，薊運河來水下泄時薊運河閘必須與防潮閘開展聯(lián)合運行，利用防潮閘低潮位運行時段泄水或通過預(yù)先降低水位的永定新河槽蓄量泄水。

4.2 防潮閘上游2條河道來水相遇

（1）北京排污河和潮白新河同時來水。由于北京排污河閘控制水位高于潮白新河寧車沽閘控制水位，其洪水下泄不受下游河道水位影響；同時，由于北京排污河閘設(shè)計流量較小，常采用小流量長歷時的運行方式，且該閘距離寧車沽閘28 km，可利用永定新河槽蓄量直接運行。

潮白新河寧車沽閘距防潮閘約9 km，該閘控制水位高于防潮閘閘上控制水位，當閘上水位高于控制水位時寧車沽閘可以直接運行；但當潮白新河上游里自沽閘提閘、樂善橡膠壩落壩時，需視上游來水情況提前運行防潮閘降低河道水位，寧車沽閘和防潮閘開展聯(lián)合運行。

（2）北京排污河和薊運河同時來水。為保證薊運河洪水下泄，此時應(yīng)先關(guān)閉北京排污河閘，運行防潮閘，薊運河閘與防潮閘開展聯(lián)合運行，利用低潮位時段下泄薊運河洪水。

因薊運河閘控制水位較低，其可運行時間較短，薊運河閘運行時必須關(guān)閉北京排污河閘，薊運河閘閉閘后北京排污河閘方可提閘運行。

（3）潮白新河和薊運河同時來水。因薊運河閘、寧車沽閘距防潮閘較近，兩閘應(yīng)充分與防潮閘進行聯(lián)動，利用一個落潮時間段開展運行。

一般情況下，防潮閘低于控制水位的一個低潮時段長約2～3 h，極低潮時段長約4～5 h。如兩河同時超過控制水位，則先運行寧車沽閘，將潮白新河水泄入永定新河，提高防潮閘閘上水位，給防潮閘提前運行創(chuàng)造條件。

防潮閘運行以后，閘上水位將隨著潮位的降低而降低，待薊運河閘上下游水位具備提閘條件后運行薊運河閘，此時關(guān)閉寧車沽閘，利用低潮位最大程度下泄薊運河來水。防潮閘閘下漲潮后，薊運河閘閘下水位接近閘上水位時關(guān)閉薊運河閘，此時開啟寧車沽閘，利用永定新河與潮白新河的水位差繼續(xù)下泄潮白新河來水。

由于潮白新河河道堤防標準較高，如兩河來水壓力均較大，可提前關(guān)閉寧車沽閘，利用潮白新河槽蓄量緩滯洪水，為薊運河閘運行提供便利。按照2012、2016 年數(shù)據(jù)，防潮閘壓潮運行時寧車沽閘閘上水位分別達到了超警戒水位80、97 cm 仍可保障運行安全，所以在潮白新河河道水位較高、寧車沽閘超警戒水位且沒有天文大潮的情況下，防潮閘閘下潮位不會對寧車沽閘的運行造成影響。

特殊情況下，潮白河、薊運河來水都較大，超過警戒水位，同時防潮閘處在小潮期間（潮底比較高且潮差?。捎诔卑仔潞拥姆篮闃藴蕿?0 a一遇并經(jīng)過達標治理、薊運河的防洪標準為20 a 一遇且存在險工險段，此時應(yīng)該適當控制寧車沽閘的運行，為薊運河排水創(chuàng)造條件。寧車沽閘盡量安排在薊運河閘閉閘后運行，以保證薊運河充分泄水。

4.3 防潮閘上游3條河道來水相遇

當薊運河、潮白新河、北京排污河同時來水時，為保證薊運河洪水下泄，必須提前關(guān)閉北京排污河閘，為下游的薊運河閘、寧車沽閘運行提供基礎(chǔ)條件。此時，可按照薊運河、潮白新河兩河來水相遇情況調(diào)度薊運河閘、寧車沽閘以及防潮閘，北京排污河閘可在薊運河閘關(guān)閉后與寧車沽閘同時開啟，利用其河道位置較高的優(yōu)勢下泄北京排污河來水。

4.4 里自沽閘、樂善橡膠壩運行

里自沽閘洪水傳播至寧車沽閘的時長約12 h，此時樂善橡膠壩應(yīng)提前落壩，為寧車沽閘的充分運行創(chuàng)造條件。由于樂善橡膠壩至寧車沽閘河道長度約10 km，加上自汛限水位至警戒水位之間的槽蓄量約700 萬m3，寧車沽閘運行一次的效果不明顯。而樂善橡膠壩上游至里自沽閘蓄水量約3 000萬m3，落壩時會人為制造一個小洪峰，急速抬升寧車沽閘閘上水位，2017年曾有過閘上水位上漲13 cm/h 的記錄。因此，里自沽閘、樂善橡膠壩運行前需與寧車沽閘聯(lián)動，將運行計劃提前通知下游相關(guān)單位，以確保運行安全、動作及時準確。

2017 年冬季，里自沽閘小流量運行（1 孔0.6 ～1.2 m、日均流量20～50 m3/s），樂善橡膠壩漫壩后寧車沽閘閘上水位緩慢上漲，由于處于閘上已經(jīng)封凍，寧車沽閘只能減少孔數(shù)運行（日均流量40～50 m3/s），以避免破壞上游冰蓋，造成該閘運行頻次增加和鋼絲繩、止水磨損比較嚴重。因此，建議冬季應(yīng)該適當抬升寧車沽閘閘上水位，以增加河道槽蓄量來保證水資源，同時減少寧車沽閘的運行頻次。

4.5 北辰區(qū)永定新河深槽蓄水橡膠壩運行

永定新河深槽蓄水橡膠壩位于永定新河樁號26+000 處，其下游為北京排污河入永定新河交口，該壩為了郊野公園景觀效果常年處于鼓壩運行狀態(tài)。由于其壩頂高程高于薊運河閘保證水位，壩上槽蓄量677 萬m3，若落壩運行必須提前通知下游相關(guān)單位，以確保永定新河下游段各閘站合理安排調(diào)度運行。

5 運行實例與結(jié)論

2018 年8 月8 日開始，潮白新河上游水量逐漸加大，里自沽閘加大泄量，寧車沽閘、薊運河閘采取了與防潮閘同步運行的方式，此時以寧車沽閘泄水為主。由于薊運河河道長且上游洪水下泄困難，薊運河閘、寧車沽閘于8月10日開始錯峰運行,即防潮閘運行主要配合薊運河閘進行，寧車沽閘運行盡量與薊運河閘運行避開，為薊運河閘泄水創(chuàng)造條件。

8 月 11 日凌晨 4 時 22 分防潮閘提閘，4 時 37 分薊運河閘提閘，8 時左右寧車沽閘采取了閉閘錯峰措施，此時防潮閘水位接近最低點，薊運河閘的瞬時流量達到708 m3/s，為相同水位情況下該閘瞬時流量統(tǒng)計的最大值。

8 月13 日開始，受河系強降雨影響，薊運、潮白兩河系來水均逐步加大，潮白新河受過境洪水影響水位持續(xù)上漲，薊運河受兩岸排瀝影響水位緩慢上漲。為了保證雨洪水下泄，三閘全天候開展運行，每次運行均采用全孔數(shù)敞泄的方式。受臺風“摩羯”影響，薊運河沿線瀝水集中排出，為了確保薊運河閘充分泄水，14 日 20 時 47 分，防潮閘敞泄；21 時 18 分，寧車沽閘在閘上水位超警戒水位25 cm的情況下閉閘錯峰；21時23分，薊運河閘敞泄，此時閘上水位超警戒水位20 cm。寧車沽閘閉閘后，閘上水位上漲速度最快達到7 cm/h，最高達超警戒水位81 cm，根據(jù)水情安排寧車沽閘再次運行，該閘瞬時流量達到1 443 m3/s，接近2016年1 450 m3/s的最大值。在這次運行后，寧車沽閘上水情逐步趨于穩(wěn)定，由于將要出主汛期，轉(zhuǎn)為采取將閘上控制水位適當抬升的保水措施，及時攔蓄汛末尾水，做好水資源的留控工作。

5.1 有效解決了水閘什么時候運行的問題

防潮閘作為北四河系來水的共同入海通道，需要根據(jù)下游潮位開展運行，因此每次運行能夠下泄的水量有限，需要統(tǒng)籌考慮各河系來水。以往的各閘均按照控制水位開展運行的模式會導致在集中來水情況下部分河道泄水壓力陡增，通過聯(lián)合調(diào)度，在防潮閘的一次啟閉過程中，給上游每座水閘均安排運行時間，各控制性水閘按照運行時間節(jié)點次序開展運行，這樣各河系雨洪水均能夠有效排出。

5.2 有效解決了重點河系的出險隱患

由于閘群聯(lián)合調(diào)度充分考慮了河道槽蓄量、各控制性水閘的控制運用水位、上游河道的防洪標準等條件，因此可以對上游多河系同時來水的情況進行統(tǒng)籌運用安排。當河道來水較大或重點河道發(fā)生險情時，可以不按照水閘超過控制水位運行的要求，利用其他水閘上游河道槽蓄量為重點河道雨洪水下泄提供時間差，最大限度保證各河系防洪安全。

5.3 有效提升了水閘運行效率

水閘運行效率主要是看單孔單次運行泄水量，由于防潮閘閘上水位會隨著潮位有著頂慢、坡快、底慢的規(guī)律性變化，聯(lián)合運行充分利用了防潮閘每次運行造成的河道水位變化，最大限度發(fā)揮河道納容能力，通過高水位河道充分提升防潮閘閘上水位，使防潮閘的運行持續(xù)時間得以增加；通過利用水面線坡降優(yōu)勢給處于泄水劣勢的薊運河閘創(chuàng)造運用條件，使得薊運河閘運行效率得以提升。

5.4 可以利用河道槽蓄量增加水資源存儲能力

水閘的控制運用主要是根據(jù)控制水位開展的，單純根據(jù)控制水位運用會造成閘上水位過低，對于潮白新河、北京排污河等相對工程位置較高的河道來說，可以適當抬升閘上控制水位，利用河道槽蓄量開展水資源存儲，只需要保持永定新河的控制水位，如果上游有雨洪水下泄需求，那么可以及時將河道內(nèi)的水位降低即可。