北京市城市河湖管理處 馬新浩

一、概況

（一）北京城區(qū)的防洪排澇格局

北京市地處華北平原西北端，全市面積1.64萬(wàn)平方公里，其中山區(qū)面積1.00萬(wàn)平方公里，約占總面積的61%，平原區(qū)面積的0.64萬(wàn)平方公里，約占總面積39%。北京地勢(shì)西北高、東南低，西部為太行山山脈，北部和東北部為燕山山脈，中部和東南部為平原。這一地勢(shì)特點(diǎn)對(duì)暴雨顯著增幅、強(qiáng)對(duì)流天氣觸發(fā)極其有利[1]。北京中心城區(qū)包括東城區(qū)、西城區(qū)、朝陽(yáng)區(qū)、海淀區(qū)、石景山區(qū)、豐臺(tái)區(qū)等六區(qū)。近年來(lái)，北京極端天氣頻發(fā)，特別是中心城區(qū)，降雨呈現(xiàn)出強(qiáng)度高、局地性強(qiáng)等特點(diǎn)，并造成不同程度的災(zāi)害損失。2004年“7·10”暴雨造成市內(nèi)交通癱瘓；2010年“6·10”暴雨造成城區(qū)多處橋區(qū)積水；2012年“7·21”特大暴雨，全市16小時(shí)平均降雨量170毫米，中心城區(qū)平均降雨量215毫米，給城市運(yùn)行和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失，對(duì)城市水系的防洪排洪安全提出了極大挑戰(zhàn)。北京中心城區(qū)分布著通惠河、涼水河、清河、壩河等排水河道，按照北京市防洪排澇格局，洪水調(diào)度以“西蓄、東排，南北分洪”為原則[2]?！拔餍睢笔侵竿ɑ莺铀涤駵Y潭以上的雨洪，利用城區(qū)西部湖泊、河流、砂石坑等蓄洪，控制洪水進(jìn)入城區(qū)；“東排”是指城區(qū)主要洪水由通惠河、清河、壩河涼水河等城區(qū)骨干排水河流向東排入北運(yùn)河；南護(hù)城河西段以上洪水，可通過(guò)右安門分洪樞紐向涼水河“南分洪”；城區(qū)北部洪水，可通過(guò)北護(hù)城河、小月河、京密引水昆玉段向壩河、清河“北分洪”，并最終排入北運(yùn)河。

（二）通惠河概況和高碑店閘的防洪功能

通惠河是北京城區(qū)東排的骨干河流，通惠河流域面積約264平方公里，干流為通惠河，上游有永定河引水渠、南旱河、京密引水渠昆玉段、南長(zhǎng)河、轉(zhuǎn)河、北護(hù)城河、南護(hù)城河、前三門暗溝、二道溝等支流。通惠河流域跨石景山、海淀、西城、東城、朝陽(yáng)、豐臺(tái)等六個(gè)行政區(qū)，范圍包括首都功能核心區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域，因此，能否安全有效排除洪水直接關(guān)系到首都防洪排澇安全，影響重大。通惠河起自東便門鐵路橋，向東匯入北運(yùn)河，全長(zhǎng)20.35公里。起點(diǎn)處有東護(hù)暗溝、南護(hù)城河、前三門暗溝的洪水在東便門附近集中匯入，是中心城區(qū)的主要排洪通道[3]。

通惠河高碑店閘以上河段內(nèi)設(shè)有樂(lè)家花園、高碑店兩座水文站。樂(lè)家花園水文站位于朝陽(yáng)區(qū)大北窯鎮(zhèn)二閘村，始建于1977年，承擔(dān)水位、流量等7項(xiàng)觀測(cè)任務(wù)，其監(jiān)測(cè)的斷面流量是城區(qū)洪水預(yù)警的發(fā)布指標(biāo)；高碑店水文站位于高碑店閘，始建于1960年9月，承擔(dān)水位、流量等項(xiàng)觀測(cè)任務(wù)。兩座水文站均是海河流域北運(yùn)河水系通惠河上的控制站，被列為國(guó)家基本水位站。

通惠河高碑店閘上游設(shè)有東便門橡膠壩、大北窯橡膠壩、大北窯船閘等水利工程。東便門橡膠壩建于1989年，距通惠河起點(diǎn)0.25公里，結(jié)構(gòu)形式為充水壩袋砼雙楔塊錨固梯形曲面堰，過(guò)壩設(shè)計(jì)流量391立方米/秒，校核流量542立方米/秒，主要功能為防洪排澇；大北窯橡膠壩建于1998年，距通惠河起點(diǎn)2.03公里，充水壩袋螺栓壓板雙錨固矩形曲面堰，過(guò)壩設(shè)計(jì)流量448立方米/秒，校核流量622立方米/秒，主要功能為防洪排澇；大北窯船閘與大北窯橡膠壩位于同一斷面，結(jié)構(gòu)形式為平板平開(kāi)式鋼閘門，用于河道通航，汛期開(kāi)啟后可發(fā)揮防洪排澇功能。高碑店閘距通惠河起點(diǎn)8.08公里，閘前水面寬闊，閉閘蓄水后形成高碑店湖，庫(kù)容35萬(wàn)立方米。高碑店閘為4孔平板舌瓣鋼閘門，閘門寬7.0米，高5.0米（含舌瓣1.0米），20年一遇設(shè)計(jì)水位30.73米，流量434立方米/秒，100年一遇校核水位32.00米，流量640立方米/秒。在汛期，高碑店閘以上日常維持景觀水位，以下至北運(yùn)河段不蓄水，且河底高程較低，一般情況下排洪過(guò)程中不會(huì)頂托上游洪水下泄。因此，可以認(rèn)為高碑店閘是中心城區(qū)洪水調(diào)度的末端閘門，是通惠河“東排”最重要的水利工程節(jié)點(diǎn)。

（三）一熱電廠與通惠河高碑店閘的關(guān)系

原北京第一熱電廠（以下簡(jiǎn)稱“一熱電廠”）是新中國(guó)在首都建設(shè)的第一家高溫高壓熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)。一熱電廠位于北京市朝陽(yáng)區(qū)西大望路長(zhǎng)安街延長(zhǎng)線上，總裝機(jī)容量40萬(wàn)千瓦，供熱能力約2100萬(wàn)平方米，是北京市重要的集中供熱熱源和電力支撐點(diǎn)，為首都經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。為響應(yīng)北京市2013年至2017年清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃，一熱電廠燃煤機(jī)組于2015年3月20日關(guān)停。由于一熱電廠位于高碑店閘上游通惠河附近，電廠關(guān)停前，曾長(zhǎng)期以通惠河河水作為機(jī)組冷卻用水。為保證電廠從河道內(nèi)正常取水，高碑店閘需閉閘蓄水，維持上游水位穩(wěn)定。電廠燃煤機(jī)組關(guān)停后，供水保障也隨之取消，對(duì)高碑店閘的防洪調(diào)度產(chǎn)生了重要影響。

二、高碑店閘防洪調(diào)度

（一）通惠河為一熱電廠供水期間高碑店閘的調(diào)度

電廠燃煤機(jī)組運(yùn)行期間，持續(xù)從通惠河抽取冷卻水源，取水口位于高碑店湖上游，為保證供水，高碑店湖需長(zhǎng)期控制水位在30.60米以上，距離設(shè)計(jì)水位30.73米非常接近。在防汛調(diào)度時(shí)，高碑店閘需在上游水位開(kāi)始上漲后逐漸增加泄量，同時(shí)保證水位不發(fā)生大幅下降，影響電廠取水。這種調(diào)度方式造成了較大的排洪壓力，一方面，當(dāng)降雨造成水位上漲時(shí)，流域已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)流，高碑店閘無(wú)法利用降雨開(kāi)始到產(chǎn)流前的時(shí)間段下泄洪水；另一方面，上游水閘泄水時(shí)，高碑店閘無(wú)法同步開(kāi)啟閘門，只能犧牲調(diào)蓄空間承接來(lái)水，造成流量劇增和波動(dòng)頻繁，尤其是突發(fā)短時(shí)強(qiáng)降雨，往往呈現(xiàn)洪水總量小但排洪流量大的特點(diǎn)。以2011年8月13日降雨為例，上游流域平均降雨量55.2毫米，高碑店閘洪水總量82.09萬(wàn)立方米，卻出現(xiàn)建閘以來(lái)的最大過(guò)閘流量560立方米/秒，高于2012年“7.21”、2016年“7.20”等特大暴雨。

（二）通惠河停止為一熱電廠供水后高碑店閘的調(diào)度

電廠燃煤機(jī)組關(guān)停后，高碑店湖不再承擔(dān)電廠的供水任務(wù)，調(diào)蓄空間明顯增加。根據(jù)調(diào)度預(yù)案，高碑店閘雨中控制水位29.80米至31.00米排洪，并且可以通過(guò)雨前預(yù)泄，為雨中排洪做足準(zhǔn)備。根據(jù)水位庫(kù)容關(guān)系線，分別列出關(guān)停前最低水位30.60米和關(guān)停后最低水位29.80米的蓄水量，并計(jì)算調(diào)蓄庫(kù)容增加情況見(jiàn)表1按照最低水位從30.60米降低到29.80米計(jì)算。通惠河各河段增加調(diào)蓄庫(kù)容見(jiàn)表1。

表1 通惠河各段調(diào)蓄庫(kù)容對(duì)比（單位：萬(wàn)m3）

如果再次發(fā)生前文所述2013年8月13日的降雨過(guò)程，雖然降雨強(qiáng)度大，但洪水總量較少，如果提前泄洪，降低起調(diào)水位，增加調(diào)蓄空間，將可大幅削減洪峰流量，保障防洪安全。

三、停止供水對(duì)高碑店閘排洪的實(shí)際影響

選取停止為一熱電廠供水前后的明顯降雨過(guò)程，并計(jì)算排洪數(shù)據(jù)，各場(chǎng)降雨排洪情況見(jiàn)表2。

表2 高碑店閘典型降雨排洪情況

對(duì)比可知，在實(shí)際調(diào)度過(guò)程中，電廠燃煤機(jī)組關(guān)停以來(lái)，高碑店閘的最大洪流量大幅減小，并且普遍如此，通過(guò)通惠河調(diào)蓄庫(kù)容削峰效果明顯。

統(tǒng)計(jì)以上雨洪過(guò)程的起調(diào)水位情況見(jiàn)表3。

表3 歷年明顯降雨起調(diào)水位

由表3可知，電廠燃煤機(jī)組關(guān)停前后，最高洪水位變化較小，但起調(diào)水位整體上降低，是高碑店閘洪峰流量得以削減的重要原因。需要注意的是，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)強(qiáng)降雨，由于無(wú)法根據(jù)預(yù)報(bào)實(shí)施預(yù)泄，仍會(huì)出現(xiàn)起調(diào)水位較高的情況，需及時(shí)泄洪，避免水位上漲過(guò)快，流量波動(dòng)過(guò)大。

通過(guò)總結(jié)和分析電廠燃煤機(jī)組關(guān)停后的大量雨洪水調(diào)度過(guò)程，高碑店閘在2018年制訂了防汛預(yù)調(diào)度方案，措施如下：

（1）當(dāng)北京中心城區(qū)一小時(shí)平均降雨量達(dá)到或超過(guò)20毫米且沒(méi)有停止趨勢(shì)，高碑店閘可開(kāi)始預(yù)泄洪，增加高碑店湖雨中調(diào)蓄空間。

（2）預(yù)泄洪流量控制在100立方米/秒以內(nèi)，水位維持在29.80-31.00米之間。大北窯橡膠壩坍壩運(yùn)行。

（3）若受降雨匯流影響，在預(yù)泄洪過(guò)程中水位開(kāi)始上漲，則按照城市河湖雨洪調(diào)度預(yù)案執(zhí)行調(diào)度排洪措施。

（4）若雨前接市防汛辦關(guān)于應(yīng)對(duì)極端天氣的調(diào)度指令（降低水位或放空河道等），按照調(diào)度指令執(zhí)行。

以上預(yù)調(diào)度方案在近兩年汛期已經(jīng)發(fā)揮作用，今后可繼續(xù)在實(shí)踐中總結(jié)完善，并為其他城區(qū)河道的預(yù)調(diào)度提供參考。

四、結(jié)論和建議

通過(guò)以上實(shí)測(cè)資料的對(duì)比分析可得出結(jié)論：一熱電廠燃煤機(jī)組關(guān)停后，高碑店閘上游調(diào)蓄空間增加，在實(shí)際調(diào)度中能夠有效削減洪峰流量，為中心城區(qū)排洪創(chuàng)造有利條件。結(jié)合目前通惠河現(xiàn)狀，提出以下建議：

（1）積極實(shí)踐和探索雨前預(yù)泄，研究制訂不同降雨過(guò)程等預(yù)泄方案，提前降低水位，增加調(diào)蓄空間。

（2）雨中充分調(diào)度，發(fā)揮調(diào)蓄功能，削減洪峰流量。

（3）河道定期清淤，避免淤積擠壓調(diào)蓄空間，保證行洪能力。

今后，通惠河的防洪調(diào)度不僅是中心城區(qū)排水的重要保障，還將關(guān)系到城市副中心的防汛安全。時(shí)刻以防汛安全為前提，通過(guò)河槽調(diào)蓄使洪水平穩(wěn)下泄，將是高碑店閘調(diào)度的長(zhǎng)期要求，也是城區(qū)防洪需要繼續(xù)總結(jié)和探索的重要課題。

相關(guān)鏈接

防 洪 調(diào) 度 flood control operation 運(yùn)用防洪工程或防洪系統(tǒng)中的設(shè)施，有計(jì)劃地實(shí)時(shí)安排洪水以達(dá)到防洪最優(yōu)效果。防洪調(diào)度的主要目的是減免洪水為害，同時(shí)還要適當(dāng)兼顧其他綜合利用要求，對(duì)多沙或冰凌河流的防洪調(diào)度，還要考慮排沙、防凌要求。

①將確保工程安全置于首位；②防護(hù)區(qū)的洪災(zāi)總損失最小;③妥善處理防洪與興利的矛盾,在汛期興利服從防洪,防洪兼顧興利；④編制防洪調(diào)度方案,嚴(yán)格按調(diào)度方案進(jìn)行運(yùn)用；⑤由于基本資料、水情預(yù)報(bào)、調(diào)度決策等可能存在誤差或失誤,運(yùn)行時(shí)需要留有余地,以策安全。

分洪區(qū)運(yùn)用

分洪區(qū)包括有閘控制或臨時(shí)扒口兩類。一般以防護(hù)區(qū)控制點(diǎn)的保證水位或安全泄量作為分洪工程運(yùn)用的判別指標(biāo)，當(dāng)河道實(shí)際水位或流量即將超過(guò)判別指標(biāo)時(shí)，首先啟用有閘門控制的分洪區(qū)。如仍不能控制河道水位,或流量繼續(xù)增大時(shí),再使用其他分洪道、分洪區(qū)削減超額洪水，以保證重點(diǎn)堤段或防護(hù)區(qū)的安全。選擇臨時(shí)分洪區(qū)要以洪災(zāi)總損失最小為原則，盡先考慮淹沒(méi)損失小，靠近防護(hù)區(qū)上游、分洪效果較好的分洪區(qū)，據(jù)此安排分洪區(qū)的使用順序。當(dāng)分洪區(qū)全部蓄滿后，如洪水仍繼續(xù)上漲，需要將分洪區(qū)作滯洪區(qū)或分洪道使用時(shí)，可同時(shí)打開(kāi)下游泄洪閘（或扒口），采取"上吞下吐"的運(yùn)用方式，或與鄰近分洪區(qū)聯(lián)合運(yùn)用的方式，滯蓄超額洪水。