韋廣龍，黎協(xié)銳，鄒 毅，覃天林，黃福培

（1.南寧水文中心南寧水文中心站，南寧 530008；2.廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院，南寧 530003；3.廣西南寧水利電力設(shè)計(jì)院有限公司，南寧 530001）

1 研究背景

南寧市為廣西首府，自治區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，南寧市稱(chēng)為綠城，邕江為南寧市“母親”河，近年來(lái)，市政府加大南寧生態(tài)文明建設(shè)，對(duì)邕江兩岸整治綠化，建成兩岸公園，吸引市民及游客來(lái)休閑觀賞。目前，沿江景觀帶的一級(jí)親水平臺(tái)高程在69.00～70.00 m高程之間。每年汛期洪水水位超69.00 m時(shí)，邕江兩岸親水平臺(tái)就被水淹，水位回落后，一級(jí)親水平臺(tái)及部分景觀植被被淤泥覆蓋，不能行走，影響市民及游客的玩游，同時(shí)對(duì)兩岸景觀及植被生長(zhǎng)也有影響。對(duì)此情況，主要由環(huán)衛(wèi)部門(mén)對(duì)淤泥進(jìn)行人工沖洗，每次清積泥的費(fèi)用開(kāi)支大，同時(shí)工作量大，耗時(shí)長(zhǎng)，一般需要3～7 d，被洪水淹沒(méi)的花草植被有大部分死亡，需要重新種植。洪水淹沒(méi)沿江兩岸景觀，清淤泥耗時(shí)、耗財(cái)、耗力，兩岸生態(tài)受損害。在這樣背景下，提出了郁江南寧河段的洪水治理研究。

目前，國(guó)內(nèi)開(kāi)展城市防洪和水生態(tài)保護(hù)的洪水治理研究不多，楊勇《淮河流域徐州城市洪水治理研究》主要介紹了淮河流域徐州城市的水系概況和歷史演變，分析了防洪排澇的現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題，針對(duì)洪澇災(zāi)害的特征和防洪出現(xiàn)的突出問(wèn)題，按照“人水相諧”的治水理念，著重研究了“擋、分、攔、蓄、避、排”等綜合工程措施，有效地解決徐州城市的洪澇問(wèn)題，最大限度地降低洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也研究了城市防洪非工程措施建設(shè)以及水生態(tài)環(huán)境建設(shè)等內(nèi)容[1]；彭小倩《城市洪水成因及其治理方法》[2]，郭峰《淺談城市洪水的原因及措施》[3]，孫文佳、張琨、鄭艷娜等《我國(guó)城市防洪現(xiàn)狀研究》[4]都對(duì)城市防洪和水生態(tài)保護(hù)的洪水治理進(jìn)行了研究。針對(duì)郁江南寧河段洪水，當(dāng)郁江南寧河段的洪水超出69.00 m時(shí)，河段兩岸景觀被洪水淹沒(méi)，郁江南寧河段上游的老口航運(yùn)樞紐工程調(diào)節(jié)洪水只限于水位71.00 m以下的洪水，只能調(diào)節(jié)部分洪水。在有限調(diào)洪能力的情況下，本文研究洪水減峰（即降低洪峰水位）調(diào)控方案，既能做到老口航運(yùn)樞紐（以下稱(chēng)老口電站）安全度汛，又能減少南寧河段兩岸景觀被洪水淹的次數(shù)，用洪水調(diào)控方案發(fā)揮減峰作用，使郁江南寧河段的景觀更美麗，取得良好的社會(huì)效益和生態(tài)效益[5]。

2 流域概況

2.1 河流概況

郁江南寧水文站（下稱(chēng)南寧（三）站）河段上游分為左、右江，南寧（三）站流域面積72 656 km2。左江崇左站流域面積26 823 km2，崇左站上游有龍州、寧明、新和、水口、平而關(guān)、那堪、那岸、大新站；右江隆安站流域面積32 709 km2，隆安站上游有百色、榮華、百色樞紐站。

2.2 洪水概況

根據(jù)郁江南寧（三）站1937—2019年洪水水位資料統(tǒng)計(jì)，出現(xiàn)洪水71.00、72.00、73.00 m（警戒水位73.00 m）以上概率分別為83.3%、58.3%、51.2%，水位變幅在7.00 m以上，漲水平均歷時(shí)120 h。

對(duì)南寧（三）站2016—2019年歷年洪水的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)近4年來(lái)邕江洪水洪峰水位在71.00 m以下有10次，平均每年有2～3次，洪峰水位在69.00～71.00 m持續(xù)時(shí)間多為2～4 d，特別是2018年8月5日的洪水69.00 m以上持續(xù)影響時(shí)間達(dá)到了7 d。這些洪水對(duì)沿江景觀帶一級(jí)親水平臺(tái)及部分景觀植被均造成了一定的不利影響。

2.3 水利工程

郁江南寧河段以上的水工程有：左、右江匯合處的老口電站，位于邕江大橋上游約29 km處，2016年9月，老口電站建成并投入使用，成為一個(gè)集防洪、發(fā)電、航運(yùn)、兼顧為改善南寧市水環(huán)境創(chuàng)造條件的綜合性樞紐。老口水庫(kù)控制集水面積72 368 km2，完全控制了左江、右江洪水。由于百色水庫(kù)控制集水面積較小，區(qū)間洪水來(lái)流較大，水庫(kù)防洪調(diào)度采用補(bǔ)償防洪調(diào)度方式；老口水庫(kù)控制集水面積較大，距離防洪控制點(diǎn)很近，采用固定泄量調(diào)洪方式。

3 洪水調(diào)控分析

3.1 基本思路

提出郁江南寧河段洪水期兩岸淤泥治理系統(tǒng)的研究思路，利用現(xiàn)有工程和非工程措施，在可控洪水能力下，對(duì)南寧河段洪水期兩岸淤泥進(jìn)行治理。根據(jù)歷年洪水資料，結(jié)合洪水預(yù)測(cè)模型，制定洪水調(diào)控方案，以老口電站調(diào)控為主，左江的左江水利樞紐、右江的金雞灘水利樞紐、邕江的邕江水利樞紐協(xié)同配合調(diào)控，對(duì)南寧河段水位71.00 m以下洪水調(diào)控在水位69.00 m以下，使得邕江兩岸親水平臺(tái)（高程69.30 m）不被水淹。實(shí)現(xiàn)南寧邕江兩岸淤泥治理。

3.2 洪水分析

郁江南寧河段洪水調(diào)控主要是水位流量的調(diào)控，調(diào)控范圍要依據(jù)老口電站調(diào)控的能力，運(yùn)用南寧（三）站收集到的洪水資料，通過(guò)分析計(jì)算，建立洪水預(yù)報(bào)模型，進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，確定洪水調(diào)控方案。

3.2.1 上、下游站水位流量關(guān)系分析

根據(jù)郁江南寧河段洪水調(diào)控要求，水位調(diào)控范圍：69.00～71.00 m。在2016—2019年4年間最高洪水水位72.28 m，小于2年一遇水位72.68 m。郁江南寧河段兩岸防洪堤及護(hù)坡是2001年特大洪水后加高加固，于2006年竣工。郁江南寧河段兩岸護(hù)坡，使河道變小，在同級(jí)水位的流量比護(hù)坡前相應(yīng)變小，即2006年前的同級(jí)水位的流量大，因此采用南寧（三）站2008—2019年各次洪水洪峰水位流量關(guān)系綜合線(xiàn)的流量與實(shí)際合理。南寧（三）站2008—2019年各次洪水統(tǒng)計(jì)成果見(jiàn)表1。

表1 南寧（三）站2008—2019年69.00 m以上洪水統(tǒng)計(jì)成果表

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 20160816 20160817 20170712 20170825 20170830 20180805 20180818 20180831 20180920 20190529 20190714 20190804 20190902平均8月16日8月17日7月12日8月25日8月3日8月5日8月18日8月31日9月2日5月29日7月15日8月4日9月2日09：00 22：00 08：30 17：00 12：00 07：00 06：00 18：00 06：00 21：00 17：00 05：30 0：00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 69.00 68.97 5070 4830 5630 5380 5150 5120 4830 4860 5240 5310 5060 5430 5740 5368 8月16日8月19日7月13日8月26日8月4日8月6日8月19日9月2日9月21日5月29日7月16日8月6日9月3日15：00 18：00 12：25 19：45 0：25 09：15 19：25 2：00 3：45 21：35 22：35 16：30 5：35 69.20 70.25 70.44 69.84 69.45 72.28 71.31 69.80 69.49 69.01 69.83 72.09 70.33 5330 6000 6560 5660 5530 7540 6700 5360 5360 5330 5760 7200 6300 8月17日8月21日7月15日8月28日8月4日8月10日8月20日9月3日9月21日5月29日7月17日8月7日9月3日7：00 14：00 13：00 13：00 20：30 08：00 19：00 7：00 18：00 22：00 19：00 19：00 18：30 68.99 68.99 68.99 68.97 68.99 69.00 68.99 68.98 68.99 68.99 68.99 68.98 68.99 4840 4710 4830 4820 4820 4240 3870 4410 4450 5200 4560 3720 4500 4581 22.0 88.0 76.5 68.0 36.0 122.0 61.0 61.0 36.0 1.0 50.0 85.5 42.5

3.2.2 上、下游站洪水調(diào)控分析

南寧（三）站位于郁江南寧河段上游，上游距老口電站約24.3 km，距南寧三江匯合口約29.3 km。

每一次洪水過(guò)程漲水與退水的同級(jí)水位69.00 m的流量均不相同，查南寧（三）站2008—2019年（69.00～74.99 m）洪水洪峰水位流量關(guān)系線(xiàn)得水位69.00 m時(shí)的流量5000 m3/s，統(tǒng)計(jì)漲水水位69.00 m的平均流量5368 m3/s，退水水位69.00 m的平均流量4581 m3/s。經(jīng)分析，確定漲水段水位69.00 m的最大調(diào)控流量4800 m3/s（＜5000 m3/s），退水段水位69.00 m的最大調(diào)控流量3800 m3/s，作為流量過(guò)程線(xiàn)模型最大調(diào)控流量。

3.3 調(diào)控分析

老口電站設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 老口電站設(shè)計(jì)指標(biāo)

由表2得知，老口電站設(shè)計(jì)洪水位84.33 m，查老口電站壩上水位與庫(kù)容關(guān)系線(xiàn)（見(jiàn)圖1）得相應(yīng)庫(kù)容20.6億m3，老口電站死水位75.00 m（不發(fā)生大水）/72.00 m（發(fā)生大水），死庫(kù)容3.62億m3。按設(shè)計(jì)洪水庫(kù)容20.6億m3減去防洪庫(kù)容3.60億m3，再減去死庫(kù)容3.62億3，得可調(diào)節(jié)庫(kù)容13.38億m3。

圖1 老口電站壩上水位與庫(kù)容關(guān)系線(xiàn)

4 洪水預(yù)報(bào)模型建立

根據(jù)郁江南寧（三）站歷年洪水洪峰水位流量資料，建立南寧（三）站洪峰流量預(yù)報(bào)模型，用預(yù)測(cè)洪峰流量推算洪峰水位。

4.1 合成流量預(yù)報(bào)模型

4.1.1 基本依據(jù)

根據(jù)南寧（三）站二階合成流量預(yù)報(bào)模型[6]進(jìn)行郁江南寧（三）站洪峰流量預(yù)測(cè)，計(jì)算得南寧（三）站洪峰流量和洪峰水位，合成流量關(guān)系式為：

4.1.2 模型建立

建立南寧（三）站二階合成流量模型，以崇左站上游的龍州Qa1、寧明Qa2、新和站Qa3斷面流量，隆安站上游的百色Qb1、榮華Qb2、英竹Qb3站斷面流量的合成流量Qc，加上區(qū)間流量Qx，匯流至南寧（三）站斷面組成二階合成流量Qt（即預(yù)測(cè)流量），其二階合成流量模型：

其中：

式中：Kx為區(qū)間流量系數(shù)。

南寧（三）站二階合成流量模型是在一階合成流量模型基礎(chǔ)上，在其斷面上游多支流進(jìn)行合成流量分析，匯流歷時(shí)是一階合成流量模型的一倍，即洪水預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期是一階合成流量模型的一倍。南寧（三）站一階合成流量模型洪水預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期是24 h，以上游崇左、隆安站洪水作洪水預(yù)報(bào)；二階合成流量模型洪水預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期是48 h，以崇左、隆安站上游的龍州、寧明、新和、百色、榮華、英竹站洪水作洪水預(yù)報(bào)，這6個(gè)站洪水匯流至南寧（三）站的歷時(shí)在48 h以上。

左江寧明、右江百色至郁江南寧匯流歷時(shí)見(jiàn)表3。

表3 左江寧明、右江百色至郁江南寧匯流歷時(shí)

4.1.3 區(qū)間流量系數(shù)分析

根據(jù)南寧（三）站2008—2015年16場(chǎng)次洪水流量資料，建立區(qū)間流量系數(shù)Kx關(guān)系式。假定二階合成流量Qt等于南寧（三）站實(shí)測(cè)流量Qm，區(qū)間流量Qx=Kx·Qc，代入式（2）得Qm=Qc+Kx·Qc，則Kx=（Qm/Qc）-1。

4.2 洪峰水位流量預(yù)測(cè)

4.2.1 洪峰流量預(yù)測(cè)

根據(jù)郁江南寧（三）站2008—2015年68.00 m以上的16場(chǎng)次洪水資料，首先按式（3）計(jì)算合成流量Qc，根據(jù)南寧（三）站實(shí)測(cè)流量Qm、合成流量Qc按Kx=（Qm/Qc）-1計(jì)算區(qū)間流量系數(shù)Kx，按Qx=Kx·Qc計(jì)算區(qū)間流量Qx，根據(jù)合成流量Qc、區(qū)間流量Qx按式（3）計(jì)算南寧（三）站二階合成流量Qt，即為南寧（三）站二階合成流量模型的預(yù)測(cè)洪峰流量Qt，計(jì)算成果見(jiàn)表4。

表4 南寧（三）站預(yù)測(cè)流量計(jì)算成果表

10 2430 2930 350 510 15 11 246 6800 0.0 887 96 6342 11 5310 3090 1360 870 307 254 11 191 9800-0.1 243 172 11 363 12 5070 3130 1520 710 500 300 11 230 10 200-0.0 917 173 11 403 13 800 1130 1220 340 30 50 3570 4050 0.1 345 55 3625 14 2600 900 900 406 87 52 4945 5530 0.1 183 76 5021 15 16 2013年11月11日～11月14日05時(shí)2014年7月20日～7月23日20時(shí)2014年9月18日～9月20日12時(shí)2015年7月28日～7月30日11時(shí)2015年7月30日～8月2日05時(shí)2015年8月3日～8月5日11時(shí)2015年9月12日～9月14日12時(shí)區(qū)間流量平均系數(shù)3970 610 1000 150 915 270 526 3 150 126 140 62 35 6599 4355 6800 4560 0.0 305 0.0 471 0.0 154 102 67 6701 4422

4.2.2 洪峰水位預(yù)測(cè)

根據(jù)南寧（三）站2008—2015年16場(chǎng)次洪水，以南寧（三）站實(shí)測(cè)洪峰流量Qm與洪峰水位Zm建立關(guān)系，得預(yù)測(cè)洪峰水位Zt與預(yù)測(cè)洪峰流量Qt關(guān)系（見(jiàn)圖2），其關(guān)系式為：Zt=0.00 116 Qt+63.13 668。

圖2 南寧（三）站洪峰水位流量關(guān)系線(xiàn)

5 模型應(yīng)用

5.1 洪水級(jí)別

老口電站洪水級(jí)別分為4個(gè)水位級(jí)（見(jiàn)表5），即1～4級(jí)洪峰水位分別為69.40、70.00、70.50、71.00 m，對(duì)應(yīng)洪峰流量分別為5310、5810、6240、6660 m3/s，其洪水流量過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖3。以第4級(jí)洪峰水位71.00 m、洪峰流量6660 m3/s作為基本級(jí)別，以此進(jìn)行洪水調(diào)控減峰，提前加大泄洪，降低庫(kù)水位。

表5 老口電站洪水級(jí)別調(diào)控計(jì)算成果表

圖3 老口電站洪水流量過(guò)程線(xiàn)

5.2 洪峰流量預(yù)報(bào)

南寧（三）站20180819號(hào)洪水，南寧（三）站實(shí)測(cè)洪峰流量6670 m3/s，在洪水洪峰前3 d（72 h），采用二階合成流量預(yù)報(bào)模型進(jìn)行洪峰流量預(yù)測(cè)。8月14日，南寧（三）站上游的龍州站、寧明站、新和站、百色站、榮華站、英竹站出現(xiàn)明顯漲水過(guò)程，8月16日龍州站、寧明站、新和站、百色站、榮華站、英竹站洪水均出現(xiàn)洪峰，洪峰流量分別為2540、1770、513、1520、78、159 m3/s，采用南寧（三）站二階合成流量預(yù)報(bào)模型進(jìn)行計(jì)算，南寧（三）站合成流量Qc=2540+1770+513+1520+78+159=6580 m3/s，計(jì)算區(qū)間流量Qx=Kx·Qc=0.0 154×6580=101 m3/s，二階合成流量Qt=Qc+Qx=6580+101=6681 m3/s。則南寧（三）站2018年8月19日17時(shí)預(yù)測(cè)洪峰流量為6680 m3/s，洪峰預(yù)見(jiàn)期60 h。

5.3 模型應(yīng)用

以南寧（三）站2018年8月14～23日（共220時(shí)段，每時(shí)段1 h）水位流量過(guò)程線(xiàn)為例，這次洪水洪峰水位71.31 m，最大流量6670 m3/s，時(shí)段220 h。經(jīng)計(jì)算，南寧（三）站20180819號(hào)洪水調(diào)控水位流量過(guò)程線(xiàn)計(jì)算成果見(jiàn)表6。

表6 南寧（三）站21080819號(hào)洪水調(diào)控水位流量過(guò)程線(xiàn)模型計(jì)算成果表

對(duì)南寧（三）站20180819號(hào)洪水采用洪水調(diào)控級(jí)別第4級(jí)進(jìn)行調(diào)控。由老口電站泄流量與南寧（三）站流量關(guān)系線(xiàn)（見(jiàn)圖4）推算得老口電站庫(kù)容量，由老口電站實(shí)施流量調(diào)控，老口電站在上游洪峰流量到來(lái)之前，提前60～72 h加大泄量，當(dāng)泄流量加大到4800 m3/s時(shí)，就保持泄流量4800 m3/s持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，保持南寧（三）站河段水位在69.00 m以下。當(dāng)出現(xiàn)洪峰流量后，水位開(kāi)始退落時(shí)，老口電站泄流量開(kāi)始從4800 m3/s減少到3800 m3/s，歷時(shí)一段時(shí)間后維持調(diào)控水位69.00 m以下。洪水調(diào)控過(guò)程見(jiàn)表7。

圖4 老口電站泄流量與南寧（三）站流量關(guān)系

表7 老口電站8月14日～20日洪水調(diào)控流量庫(kù)容計(jì)算表

161 162 163 164 165 166 167 168 3850 3800 3750 3700 3650 3600 3550 3520 3600 3500 3450 3400 3350 3300 3250 3200-250-300-300-300-300-300-300-320-90-108-108-108-108-108-108-115-810-918-1026-1134-1242-1350-1458-1573 38 190.0 38 082.0 37 974.0 37 866.0 37 758.0 37 650.0 37 542.0 37 426.8 75.42 75.40 75.39 75.37 75.35 75.34 75.32 75.30 75.30 75.32 75.34 75.34 75.34 75.28 75.26 75.27

2018年8月19日洪水經(jīng)老口電站調(diào)控流量后，水位控制在69.00 m以下（見(jiàn)圖5），流量4800 m3/s（見(jiàn)圖6），退水后流量3800 m3/s。老口電站庫(kù)區(qū)蓄洪最高水位75.53 m，泄洪調(diào)控最低限制水位70.00 m，在正常運(yùn)行范圍內(nèi)。

圖5 南寧（三）站洪水調(diào)控水位69.00 m水位過(guò)程線(xiàn)

圖6 南寧（三）站洪水調(diào)控流量4800 m3/s模型流量過(guò)程線(xiàn)

6 結(jié)語(yǔ)

（1）利用水工程與非工程的措施，建立南寧（三）站洪水預(yù)報(bào)模型，應(yīng)用于老口電站洪水調(diào)控，實(shí)現(xiàn)降低洪峰水位的目標(biāo)。

（2）老口電站洪水調(diào)控級(jí)別的選擇，要由洪水預(yù)報(bào)的洪峰流量、洪峰水位及洪水歷時(shí)來(lái)決定，洪峰流量及洪峰水位預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高決定老口電站洪水調(diào)控的成功率高。