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)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(yùn)河系、潮白河系、薊運(yùn)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(yùn)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(jiǎn)稱防潮閘）匯入渤海。統(tǒng)計(jì)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(yùn)河閘、永定新河深槽蓄水橡膠壩、防潮閘的控制運(yùn)用相互關(guān)聯(lián)起來，通過開展聯(lián)合運(yùn)行合理安排水閘啟閉時(shí)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(jìn)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(yùn)行，每次運(yùn)行泄水在2 000萬～3 000萬m3，由于薊運(yùn)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(shí)間內(nèi)即可受到防潮閘運(yùn)行影響。同時(shí)，防潮閘為完成擋潮蓄淡任務(wù)，運(yùn)行時(shí)機(jī)與時(shí)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(yùn)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(jì)過流納容能力不足

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

由于薊運(yùn)河的河道標(biāo)準(zhǔn)比較低，為保證薊運(yùn)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(shì)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(shí)間）統(tǒng)籌開展運(yùn)行，才能確保各河道的洪水能夠全部順利排出。

2.3 薊運(yùn)河河道治理標(biāo)準(zhǔn)偏低，必須重點(diǎn)保證

由于薊運(yùn)河河道干流長(zhǎng)達(dá)154 km、彎道多，過去作為航運(yùn)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(dá)到1∶43 900，造成雨洪水下泄非常緩慢。薊運(yùn)河的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a 一遇，局部堤段還未進(jìn)行徹底治理，而其他河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)全部是50 a 一遇，特別是薊運(yùn)河的警戒水位與保證水位之間只有40 cm，2個(gè)水位之間的有效槽蓄量約為2 600 萬m3，對(duì)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(yùn)河來水和其他河道來水碰頭，在薊運(yùn)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(yùn)河將會(huì)很快突破保證水位，加重上游險(xiǎn)工險(xiǎn)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(yùn)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(yùn)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(duì)北四河系重點(diǎn)控制性工程進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)用，以提高水閘單孔運(yùn)行效率。

2.5 攔河橡膠壩需要納入聯(lián)合運(yùn)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(hào)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(jìn)行蓄水，這也導(dǎo)致下游水閘運(yùn)行的有效河道長(zhǎng)度縮短。當(dāng)上游有洪峰過境，一旦橡膠壩落壩，將在河道中形成一個(gè)集中峰值，直接影響到下游水閘的運(yùn)行安全。因此，需要將2座橡膠壩納入聯(lián)合運(yùn)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(zhǎng)時(shí)間小開度泄流，造成運(yùn)行效率低下

北京排污河閘雖然設(shè)計(jì)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(zhǎng)歷時(shí)、小流量的運(yùn)行特點(diǎn)，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(shí)兼顧上游用水需求，需要增加運(yùn)行頻次，使得單次運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(duì)比情況，雖然通過對(duì)比可以得出北京排污河、潮白新河、薊運(yùn)河的來水量比較平均，但由于各河道堤防工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和治理程度不同，特別是薊運(yùn)河堤防有治理不達(dá)標(biāo)段導(dǎo)致工程標(biāo)準(zhǔn)較低，加之潮白新河與薊運(yùn)河相距僅7 km 運(yùn)行時(shí)容易互相影響等原因，必須在調(diào)度運(yùn)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(yùn)河上游河道的堤防工程運(yùn)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(yùn)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(yùn)河河道堤防工程標(biāo)準(zhǔn)低導(dǎo)致兩水位之間的河道納容能力偏小，因此為保證薊運(yùn)河來水的順利排出，必須通過對(duì)其他閘壩的聯(lián)合運(yùn)行來確保薊運(yùn)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(shí)間。在需要上游各河錯(cuò)峰給薊運(yùn)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(cuò)峰為薊運(yùn)河泄水的情況下，可為里自沽閘提供約8 h的控泄時(shí)間。

北京排污河由大三莊閘至北京排污河閘長(zhǎng)約33 km河道在這2個(gè)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(cuò)峰時(shí)間。

因薊運(yùn)河河道地勢(shì)較低、河道長(zhǎng)、河勢(shì)彎曲和上游存在險(xiǎn)工險(xiǎn)段且洪水下泄困難，因此不能考慮薊運(yùn)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(yùn)行調(diào)度提供了時(shí)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(duì)防潮閘、薊運(yùn)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(duì)上游河道入永定新河的北京排污河閘、寧車沽閘、薊運(yùn)河閘、防潮閘的運(yùn)行時(shí)機(jī)進(jìn)行掌控，同時(shí)加強(qiáng)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(yùn)行信息溝通，確保下游各閘能夠科學(xué)有序的調(diào)度運(yùn)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(yùn)河閘保證水位，因此在上游來水的情況下，該閘運(yùn)行不受下游永定新河水位影響，可按照控制水位直接運(yùn)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(yùn)行，但若潮白新河來水量較大，則需防潮閘趕潮運(yùn)行，以確保洪水順利下泄。

（3）薊運(yùn)河來水。由于薊運(yùn)河閘控制水位與防潮閘控制水位接近，薊運(yùn)河來水下泄時(shí)薊運(yùn)河閘必須與防潮閘開展聯(lián)合運(yùn)行，利用防潮閘低潮位運(yùn)行時(shí)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(shí)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(shí)，由于北京排污河閘設(shè)計(jì)流量較小，常采用小流量長(zhǎng)歷時(shí)的運(yùn)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(yùn)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(dāng)閘上水位高于控制水位時(shí)寧車沽閘可以直接運(yùn)行；但當(dāng)潮白新河上游里自沽閘提閘、樂善橡膠壩落壩時(shí)，需視上游來水情況提前運(yùn)行防潮閘降低河道水位，寧車沽閘和防潮閘開展聯(lián)合運(yùn)行。

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

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

（3）潮白新河和薊運(yùn)河同時(shí)來水。因薊運(yùn)河閘、寧車沽閘距防潮閘較近，兩閘應(yīng)充分與防潮閘進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，利用一個(gè)落潮時(shí)間段開展運(yùn)行。

一般情況下，防潮閘低于控制水位的一個(gè)低潮時(shí)段長(zhǎng)約2～3 h，極低潮時(shí)段長(zhǎng)約4～5 h。如兩河同時(shí)超過控制水位，則先運(yùn)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(yùn)行創(chuàng)造條件。

防潮閘運(yùn)行以后，閘上水位將隨著潮位的降低而降低，待薊運(yùn)河閘上下游水位具備提閘條件后運(yùn)行薊運(yùn)河閘，此時(shí)關(guān)閉寧車沽閘，利用低潮位最大程度下泄薊運(yùn)河來水。防潮閘閘下漲潮后，薊運(yùn)河閘閘下水位接近閘上水位時(shí)關(guān)閉薊運(yùn)河閘，此時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)河閘運(yùn)行提供便利。按照2012、2016 年數(shù)據(jù)，防潮閘壓潮運(yùn)行時(shí)寧車沽閘閘上水位分別達(dá)到了超警戒水位80、97 cm 仍可保障運(yùn)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(huì)對(duì)寧車沽閘的運(yùn)行造成影響。

特殊情況下，潮白河、薊運(yùn)河來水都較大，超過警戒水位，同時(shí)防潮閘處在小潮期間（潮底比較高且潮差?。?，由于潮白新河的防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇并經(jīng)過達(dá)標(biāo)治理、薊運(yùn)河的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a 一遇且存在險(xiǎn)工險(xiǎn)段，此時(shí)應(yīng)該適當(dāng)控制寧車沽閘的運(yùn)行，為薊運(yùn)河排水創(chuàng)造條件。寧車沽閘盡量安排在薊運(yùn)河閘閉閘后運(yùn)行，以保證薊運(yùn)河充分泄水。

4.3 防潮閘上游3條河道來水相遇

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

4.4 里自沽閘、樂善橡膠壩運(yùn)行

里自沽閘洪水傳播至寧車沽閘的時(shí)長(zhǎng)約12 h，此時(shí)樂善橡膠壩應(yīng)提前落壩，為寧車沽閘的充分運(yùn)行創(chuàng)造條件。由于樂善橡膠壩至寧車沽閘河道長(zhǎng)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(yùn)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(shí)會(huì)人為制造一個(gè)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(yùn)行前需與寧車沽閘聯(lián)動(dòng)，將運(yùn)行計(jì)劃提前通知下游相關(guān)單位，以確保運(yùn)行安全、動(dòng)作及時(shí)準(zhǔn)確。

2017 年冬季，里自沽閘小流量運(yùn)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(yùn)行（日均流量40～50 m3/s），以避免破壞上游冰蓋，造成該閘運(yùn)行頻次增加和鋼絲繩、止水磨損比較嚴(yán)重。因此，建議冬季應(yīng)該適當(dāng)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(shí)減少寧車沽閘的運(yùn)行頻次。

4.5 北辰區(qū)永定新河深槽蓄水橡膠壩運(yùn)行

永定新河深槽蓄水橡膠壩位于永定新河樁號(hào)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(yùn)行狀態(tài)。由于其壩頂高程高于薊運(yùn)河閘保證水位，壩上槽蓄量677 萬m3，若落壩運(yùn)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(yùn)行。

5 運(yùn)行實(shí)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(yùn)河閘采取了與防潮閘同步運(yùn)行的方式，此時(shí)以寧車沽閘泄水為主。由于薊運(yùn)河河道長(zhǎng)且上游洪水下泄困難，薊運(yùn)河閘、寧車沽閘于8月10日開始錯(cuò)峰運(yùn)行,即防潮閘運(yùn)行主要配合薊運(yùn)河閘進(jìn)行，寧車沽閘運(yùn)行盡量與薊運(yùn)河閘運(yùn)行避開，為薊運(yùn)河閘泄水創(chuàng)造條件。

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

8 月13 日開始，受河系強(qiáng)降雨影響，薊運(yùn)、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(yùn)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(yùn)行，每次運(yùn)行均采用全孔數(shù)敞泄的方式。受臺(tái)風(fēng)“摩羯”影響，薊運(yùn)河沿線瀝水集中排出，為了確保薊運(yùn)河閘充分泄水，14 日 20 時(shí) 47 分，防潮閘敞泄；21 時(shí) 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(cuò)峰；21時(shí)23分，薊運(yùn)河閘敞泄，此時(shí)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(dá)到7 cm/h，最高達(dá)超警戒水位81 cm，根據(jù)水情安排寧車沽閘再次運(yùn)行，該閘瞬時(shí)流量達(dá)到1 443 m3/s，接近2016年1 450 m3/s的最大值。在這次運(yùn)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(dāng)抬升的保水措施，及時(shí)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(shí)候運(yùn)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(yùn)行，因此每次運(yùn)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(yùn)行的模式會(huì)導(dǎo)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(yùn)行時(shí)間，各控制性水閘按照運(yùn)行時(shí)間節(jié)點(diǎn)次序開展運(yùn)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(diǎn)河系的出險(xiǎn)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(yùn)用水位、上游河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)等條件，因此可以對(duì)上游多河系同時(shí)來水的情況進(jìn)行統(tǒng)籌運(yùn)用安排。當(dāng)河道來水較大或重點(diǎn)河道發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，可以不按照水閘超過控制水位運(yùn)行的要求，利用其他水閘上游河道槽蓄量為重點(diǎn)河道雨洪水下泄提供時(shí)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(yùn)行效率

水閘運(yùn)行效率主要是看單孔單次運(yùn)行泄水量，由于防潮閘閘上水位會(huì)隨著潮位有著頂慢、坡快、底慢的規(guī)律性變化，聯(lián)合運(yùn)行充分利用了防潮閘每次運(yùn)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(yùn)行持續(xù)時(shí)間得以增加；通過利用水面線坡降優(yōu)勢(shì)給處于泄水劣勢(shì)的薊運(yùn)河閘創(chuàng)造運(yùn)用條件，使得薊運(yùn)河閘運(yùn)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(chǔ)能力

水閘的控制運(yùn)用主要是根據(jù)控制水位開展的，單純根據(jù)控制水位運(yùn)用會(huì)造成閘上水位過低，對(duì)于潮白新河、北京排污河等相對(duì)工程位置較高的河道來說，可以適當(dāng)抬升閘上控制水位，利用河道槽蓄量開展水資源存儲(chǔ)，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(shí)將河道內(nèi)的水位降低即可。