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(huì)信息中心，天津 300170）

新開(kāi)河-金鐘河是連結(jié)海河干流與永定新河的重要一級(jí)河道，擔(dān)負(fù)著從海河干流向永定新河相機(jī)分洪以及部分中心城區(qū)、環(huán)外重要功能區(qū)和兩岸農(nóng)田排澇的任務(wù)，具有減輕天津市區(qū)防洪壓力、橡膠壩以上水環(huán)境保護(hù)和排澇任務(wù)的功能，排澇安全保證程度要求較高。為充分發(fā)揮新開(kāi)河-金鐘河在防汛調(diào)度、水環(huán)境換水中的水利工程效益，加強(qiáng)新開(kāi)河-金鐘河上下游各閘站、橡膠壩的協(xié)調(diào)調(diào)度，對(duì)河系內(nèi)各水利工程的運(yùn)用進(jìn)行系統(tǒng)分析研究，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

新開(kāi)河-金鐘河流經(jīng)天津市河北區(qū)、北辰區(qū)、東麗區(qū)，全長(zhǎng)35.5 km。根據(jù)《天津城市防洪規(guī)劃》規(guī)定，現(xiàn)河道設(shè)計(jì)行洪能力200 m3/s，左岸有永金引河（樁號(hào)14+000處）和津唐運(yùn)河（樁號(hào)22+000處）匯入，永金引河河口以上河段稱新開(kāi)河、長(zhǎng)約16.1 km，以下河段稱金鐘河、長(zhǎng)約19.4 km。新開(kāi)河-金鐘河上游首端建有耳閘，尾閭建有金鐘河閘，于2013年開(kāi)工新建了排水能力58 m3/s的金鐘河泵站。

2 工程存在問(wèn)題

2.1 防洪排澇規(guī)模受下游限制

因地勢(shì)和地面連年沉降影響，金鐘河閘只有當(dāng)永定新河低水位時(shí)才能實(shí)現(xiàn)自排，即上游水位高于下游水位時(shí)方可啟閉閘門，防洪排澇規(guī)模受下游永定新河水位制約嚴(yán)重。

（1）天津市在2012年7月份連續(xù)遭遇強(qiáng)降雨，其中7月25—26日市區(qū)平均降雨量147 mm，略低于10 a一遇最大24 h設(shè)計(jì)暴雨量（10 a一遇176 mm，20 a一遇220 mm）。根據(jù)金鐘河閘水文站統(tǒng)計(jì)，金鐘河閘閘下（永定新河7月26日）最高水位為4.14 m（大沽凍結(jié)高程，下同），接近永定新河5 a一遇水位4.51 m；金鐘河閘閘上（新開(kāi)河-金鐘河7月26日）最高水位為3.60 m，閘下水位高于閘上水位0.56 m，難以實(shí)現(xiàn)自流；耳閘閘上最高水位為3.50 m，距京山鐵路橋梁底（4.30 m）僅余0.80 m凈空。按天津市防汛抗旱指揮部辦公室調(diào)度安排，新開(kāi)河于7月24日—8月6日共14 d連續(xù)反向運(yùn)用通過(guò)耳閘向海河干流泄水，最大流量達(dá)321 m3/s。

（2）據(jù)統(tǒng)計(jì)，金鐘河閘閘下水位常年高于閘上水位，甚至2014、2018年提閉閘0孔次。由于提閘次數(shù)相當(dāng)有限，下泄水量不能滿足水位要求，主要通過(guò)金鐘河泵站進(jìn)行強(qiáng)排，以保證新開(kāi)河-金鐘河的運(yùn)行安全。

2.2 水環(huán)境保護(hù)形勢(shì)嚴(yán)峻

新開(kāi)河橡膠壩位于新開(kāi)河樁號(hào)5+780處，主要作用為保持上游新開(kāi)河景觀水位，實(shí)現(xiàn)與金鐘河水體的隔離效果。而金鐘河段水體多為雨污合流，若金鐘河下泄不暢，則易導(dǎo)致金鐘河水位長(zhǎng)時(shí)間與橡膠壩運(yùn)行水位持平或高于運(yùn)行水位，造成漫壩倒灌污染上游景觀水體。

2.3 水資源調(diào)度難度大

一是每月月底新開(kāi)河段經(jīng)由新開(kāi)河橡膠壩通過(guò)金鐘河進(jìn)行定期水體置換；金鐘河段需提前降低水位0.4～0.5 m，通過(guò)降低水位增加與新開(kāi)河橡膠壩上游水位差，形成置換條件。二是為防止橡膠壩下水體逆流，橡膠壩下水位日?？刂菩璧陀趬紊?.2 m；由于金鐘河閘閘下水位常年持續(xù)高水位運(yùn)行，導(dǎo)致運(yùn)用金鐘河閘很難實(shí)現(xiàn)水位降低的效果，必須經(jīng)常動(dòng)用金鐘河泵站強(qiáng)排，以保證日常水位壩下低于壩上0.2 m。

3 工程控制運(yùn)用分析

3.1 水位控制分析

（1）根據(jù)天津市防汛抗旱指揮部辦公室《關(guān)于印發(fā)〈天津市主要行洪河道特征水位〉的通知》規(guī)定，金鐘河閘特征水位中汛限水位一般控制在2.5 m。

（2）應(yīng)充分考慮保持新開(kāi)河景觀水位，同時(shí)為避免水體污染、防止風(fēng)力等外力因素影響，金鐘河控制水位必須低于橡膠壩壩頂0.2 m，非汛期控制水位為2.75 m（見(jiàn)表1）。

（3）以2015年金鐘河閘上下游水位為例分析可以得出（圖1以7、8月主汛期為例），2015年金鐘河閘閘下水位高于閘上水位運(yùn)行時(shí)間約占全年的95%，在有限的提閘次數(shù)內(nèi)泄水量相當(dāng)有限，閘門運(yùn)行受下游水位制約因素影響較大；同時(shí)，無(wú)論金鐘河閘閘下水位是否符合提閉閘運(yùn)行條件，新開(kāi)河-金鐘河的泄水需求常年保持在一個(gè)較高的水平，金鐘河泵站在金鐘河閘不能滿足運(yùn)行條件時(shí)以強(qiáng)排形式控制上游水位。

表1 新開(kāi)河-金鐘河水位關(guān)系（大沽凍結(jié)高程）

圖1 金鐘河閘上下游水位匯總（2015年主汛期）

3.2 水量調(diào)度分析

（1）據(jù)統(tǒng)計(jì)，金鐘河泵站自2014年建成具備運(yùn)行能力后，全年運(yùn)行近1 200臺(tái)時(shí)，排水約2 506萬(wàn)m3，其中汛期運(yùn)行時(shí)間占全年的35%、非汛期占65%；2015年運(yùn)行近1 400臺(tái)時(shí)，排水約2 923萬(wàn)m3，其中汛期運(yùn)行時(shí)間占全年的42%、非汛期占58%，基本為全年運(yùn)行。雖然2015年運(yùn)行1 400臺(tái)時(shí)，但也有部分時(shí)間橡膠壩下游水位高于上游水位，未滿足水環(huán)境保護(hù)要求，所以必然還要增加開(kāi)泵時(shí)間。

與此同時(shí)，隨著上游河北區(qū)與沿線北辰區(qū)、東麗區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新開(kāi)河-金鐘河作為城市排瀝河道的作用愈發(fā)明顯。2018年，金鐘河泵站更是創(chuàng)紀(jì)錄運(yùn)行4 007臺(tái)時(shí)，排水近1.4億m3，其中汛期運(yùn)行時(shí)間占全年的48%、非汛期占52%，基本為全年運(yùn)行。

（2）金鐘河閘2014年全年提閉閘0孔次；2015年汛期符合運(yùn)行條件提閉閘僅16孔次、泄水約447萬(wàn)m3，非汛期提閉閘104孔次、泄水約1 408萬(wàn)m3；2016年汛期未提閉閘操作；2017年全年提閉閘5孔次，泄水約151萬(wàn)m3；2018年全年未符合運(yùn)行條件。金鐘河閘泄流量，詳見(jiàn)表2。

表2 金鐘河閘泄流量統(tǒng)計(jì)

（3）金鐘河在2014年金鐘河泵站具有排水能力后，經(jīng)由金鐘河閘站樞紐分別于2014年泄水2 506萬(wàn)m3、2015年泄水4 778萬(wàn)m3。因受下游高水位頂托影響，金鐘河閘提閉孔次相當(dāng)有限，尤其是汛期提閉孔次僅占全年的13%，汛期泄水量占金鐘河閘站樞紐汛期泄水量的27%，全年總泄水量占金鐘河閘站樞紐汛期總泄水量的38%，而金鐘河泵站基本處于全年運(yùn)行狀態(tài)。2015年金鐘河閘、金鐘河泵站運(yùn)行量，如圖2所示。

圖2 2015年金鐘河閘、金鐘河泵站運(yùn)行量統(tǒng)計(jì)

3.3 工程運(yùn)行分析

天津市在2012年7月份連續(xù)遭遇強(qiáng)降雨，為保障新開(kāi)河-金鐘河防汛安全、減輕下游永定新河行洪壓力，天津市防汛抗旱指揮部辦公室安排調(diào)度新開(kāi)河于7月24日—8月6日共14 d連續(xù)反向運(yùn)用，最大瞬時(shí)流量達(dá)321 m3/s，通過(guò)耳閘向海河干流泄水共計(jì)862萬(wàn)m3（見(jiàn)表3）。

以2015年為例，金鐘河泵站運(yùn)行1 400臺(tái)時(shí)，排水約2 923萬(wàn)m3?？紤]到新開(kāi)河-金鐘河水位持續(xù)增高及永定新河高水位頂托等特殊情況，參考2012年耳閘反向運(yùn)用共泄水862萬(wàn)m3，若通過(guò)金鐘河泵站強(qiáng)排則需在正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上增加至少413臺(tái)時(shí)。

表3 海河干流水情信息m3/s

4 結(jié)論

新開(kāi)河-金鐘河防洪工程控制運(yùn)用應(yīng)按照“全面兼顧、重點(diǎn)保證、提高效率、合理運(yùn)用”的原則，在保證各河系洪水安全的同時(shí)，兼顧市區(qū)排澇問(wèn)題與雨洪資源的利用、水生態(tài)環(huán)境的改善。

4.1 強(qiáng)化調(diào)度運(yùn)行管理

為充分利用雨洪資源，耳閘、金鐘河閘、金鐘河泵站的運(yùn)行應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)調(diào)度指令，上下游行洪河道原則上均應(yīng)低水位運(yùn)用，不得隨意抬高水位，同時(shí)沿途河北區(qū)、北辰區(qū)、東麗區(qū)所轄大型排水口門做好實(shí)時(shí)備案工作。

4.2 重新核準(zhǔn)斷面過(guò)流能力

新開(kāi)河-金鐘河的控制運(yùn)用主要是根據(jù)控制水位開(kāi)展的，且沿途大小水閘、泵站超過(guò)60處，造成工程運(yùn)行難度加大。如金鐘河閘閘上水位常年與永定新河水位差約1 m無(wú)法實(shí)現(xiàn)自排，在此情況下只能啟用金鐘河泵站強(qiáng)排，另外在冰凍期運(yùn)行頻繁，進(jìn)一步加速了設(shè)備的老化。建議對(duì)金鐘河泵站增大維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用投入，限制沿途水閘、泵站匯流總量，重新對(duì)新開(kāi)河-金鐘河過(guò)流斷面能力進(jìn)行核準(zhǔn)。

4.3 科學(xué)利用槽蓄量，提升運(yùn)行效率

由于金鐘河泵站排水效率受站前水位“頂快、底慢”的規(guī)律性變化影響，通過(guò)高水位河道充分提升金鐘河閘閘上水位，利用水面線坡降給金鐘河泵站的運(yùn)行創(chuàng)造條件，增加開(kāi)泵持續(xù)時(shí)間，使得金鐘河泵站運(yùn)行效率得以提升。