張 鴻,馬 濤,石東凱,陳偉杰,崔學(xué)禮

(西平縣水利局,河南 駐馬店 463900)

0 引 言

小洪河上中游流域內(nèi)現(xiàn)有大型水庫1座,中型水庫3座,小型水庫33座,大中型水閘12座,國家級滯洪區(qū)2個。河南省西平縣小洪河堤防段長43 km,是淮河防洪體系的重要組成部分?？h域內(nèi)有水庫、河道、堤防、水閘、滯洪區(qū)、分洪區(qū)等,這些防洪工程承擔(dān)了豫中南重點防洪任務(wù)。通過小洪河桂李節(jié)制閘、分洪閘聯(lián)合調(diào)控運用上下游防洪工程,使小洪河中上游防洪標(biāo)準(zhǔn)由10 a一遇提高到50 a一遇,減輕了洪河流域洪澇災(zāi)害和淮河干流洪水負(fù)擔(dān),對保護中下游京廣高鐵、京廣鐵路、107國道、京珠高速公路和西平縣城人民群眾生命和財產(chǎn)安全發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文采用暴雨移置方法[1-2],將鄭州“7·20”特大暴雨移置到洪汝河流域,分析西平縣小洪河對鄭州“7·20”特大暴雨洪水的響應(yīng)情況,旨在為西平縣小洪河流域防洪應(yīng)急預(yù)案的修訂提供參考,提高小洪河流域防洪水平。

1 小洪河流域概況

1.1 小洪河歷史及現(xiàn)狀

小洪河古名沅水,發(fā)源于方城縣東北境山區(qū),在方城縣境內(nèi)稱賈河,流入葉縣境內(nèi)稱乾江河,流入舞陽縣境內(nèi)稱三里河,流入西平縣境內(nèi)稱洪溪河,經(jīng)西平縣嫘祖鎮(zhèn)洪村鋪村向東南流入西平縣楊莊鄉(xiāng)合水鎮(zhèn)與滾河(今稱小洪河)匯流,始稱洪河。元末至正年間(1341～1368年),因乾江河水常給下游造成洪澇災(zāi)害,于舞陽縣卸甲店將乾江河向北導(dǎo)入漕河,堵死向東入河水路,從此,乾江河與洪河不再相通,因此自元末以后洪河源頭為舞陽縣三里河。新中國成立后,將滾河定為洪河的上源,源頭出自舞鋼市南部的蘇寨山,1951年在滾河上游老盤店建成石漫灘大型水庫,石漫灘水庫下游建有田崗中型水庫。滾河自西平縣嫘祖鎮(zhèn)常寺和宋莊之間入西平縣境,始稱西平縣小洪河,東行35 km到西平縣楊莊滯洪區(qū)大壩水閘,再東行16 km到小洪河桂李節(jié)制閘和老王坡滯洪區(qū)進洪閘。下行17 km到五溝營后鄭村出西平縣境,該河段有淤泥河匯入,匯入口以上即老王坡滯洪區(qū)。經(jīng)上蔡縣、汝南縣,在新蔡縣城東南三岔口與汝河匯合始稱大洪河,大洪河在東南豫皖交界處匯入淮河西平縣小洪河,自宋莊入境到楊莊滯洪區(qū)大壩段為自然河道,無堤防,河道比降1∶2 900;楊莊滯洪區(qū)大壩至桂李節(jié)制閘段為有堤防段,河道比降1∶5 200,堤防等級4級,設(shè)計流量650 m3/s,防洪標(biāo)準(zhǔn)20 a一遇;桂李節(jié)制閘以下至后鄭段,河道比降1∶5 200,堤防等級5級,設(shè)計流量350 m3/s,防洪標(biāo)準(zhǔn)10 a一遇。其中,17+900-24+550段為西平縣城市水系治理工程范圍河段,2018年河道治理完成后,河道比降1∶3 000,堤防等級提升為4級,設(shè)計流量420 m3/s,防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20 a一遇[3]。

1.2 小洪河支流概況

西平縣小洪河流域?qū)嶋H控制面積1 592 km2。流域內(nèi)控制面積在300 km2以上支流有3條,分別是滾河、洪溪河、淤泥河。其中,滾河流域控制面積305 km2,流域內(nèi)有石漫灘大型水庫(控制面積230 km2),田崗中型水庫(區(qū)間控制面積75 km2),袁門、油坊山、水磨灣、王老莊、袁門、三岔口、銀洞溝、任洞溝、老張溝等9座小型水庫;洪溪河流域控制面積388 km2,流域內(nèi)有紅衛(wèi)、朱蘭、小石漫灘、廟街、黃溝、葛莊、簍子溝、戚莊等8座小型水庫;淤泥河流域控制面積555 km2;西平縣西南部流域有4條支流匯入小洪河,控制面積共344 km2,流域內(nèi)有譚山、康山2座中型水庫,八家劉、陳連莊、后營、首帕陳、同官李、小柴莊、滾河孫、八里崗、桐木溝、同心寨、任三樓、黃灣、大溝、楊鳳溝、老家溝、袁莊等16座小型水庫,詳見圖1。

圖1 小洪河流域水系示意(單位:mm)Fig.1 River system of Xiaohong River Basin

1.3 小洪河流域滯、行洪區(qū)概況

(1) 滯洪區(qū)。西平縣境內(nèi)小洪河無堤防段下游建有楊莊滯洪區(qū),西平縣境內(nèi)淤泥河入小洪河河口以上建有老王坡滯洪區(qū)。兩個滯洪區(qū)基本情況見表1。

表1 滯洪區(qū)情況

(2) 行洪區(qū)。西平縣小洪河自楊莊以下分別設(shè)有翟莊東周莊西(2+940-3+060)、原楊莊鄉(xiāng)政府東(0+271-0+411)、龍泉寺(33+100-33+270)3個超標(biāo)準(zhǔn)分洪口門,3個分洪行洪區(qū)基本情況見表2。

表2 行洪區(qū)社會經(jīng)濟情況

2 2021年鄭州“7·20”特大暴雨特點

2.1 雨量大

鄭州市4 d平均降雨量546 mm,占多年年平均降雨量(637 mm)的86%。鄭州市區(qū)4 d降雨量625.6 mm,新密市603.6 mm,滎陽市586.9 mm,鞏義市535.6 mm,新鄭市448.2 mm,登封市437.7 mm,均創(chuàng)有歷史記錄以來極值[4]。

2.2 雨強高

鄭州國家氣象站最大1 h降雨量201.9 mm(7月20日16∶00～17∶00),為中國內(nèi)陸地區(qū)國家級地面氣象觀測站小時降雨量有氣象記錄以來歷史極值,最大日降雨量624.1 mm,最大3 d降雨量787.9 mm,均創(chuàng)當(dāng)?shù)赜涗洏O值。尖崗水庫3 h降雨量328 mm;地震局雨量站300 mm;常莊水庫降雨量277 mm;均創(chuàng)當(dāng)?shù)赜涗洏O值。

2.3 范圍廣

暴雨范圍籠罩整個鄭州市,還涉及周邊的洛陽、許昌、開封、新鄉(xiāng)、焦作等地,暴雨中心位于鄭州市區(qū)西部賈魯河上游源頭區(qū)尖崗水庫、常莊水庫以及黃河支流汜水河上游。累積雨量籠罩面積:大于800 mm的共115 km2、大于600 mm的共2 424 km2、大于400 mm的共6 355 km2、大于200 mm的共46 553 km2[5]。

3 鄭州“7·20”暴雨移置方法

3.1 暴雨中心選取

1975年8月4～8日,超過400 mm的降雨覆蓋了整個臺風(fēng)滯留地帶,面積達19 410 km2,大于1 000 mm的降水區(qū)集中在京廣鐵路以西板橋水庫、石漫灘水庫到方城一帶。8月5,6,7日的3 d降水量超過以往的正式記錄,最大的暴雨中心為河南泌陽板橋水庫北岸的林莊,8月7日降雨1 005.4 mm,其中6 h降雨量達830.1 mm,3 d的降雨量為1 606.1 mm,是當(dāng)?shù)卣Ｄ攴? a的降水量。洪水造成洪汝河流域石漫灘、板橋等大型水庫垮壩,60多座中小水庫也相繼潰壩,小洪河53處堤防決堤。因此,在暴雨移置時,選用“75·8”暴雨極值站點林莊站為“7·20”暴雨中心進行雨區(qū)平移。林莊站在汝河流域,位于東西走向山脈的南麓,板橋水庫以北山坡地帶;石漫灘水庫屬于小洪河流域,在相同山脈北麓,兩者相距25 km左右。

3.2 移置過程

“7·20”暴雨中心位于鄭州市尖崗水庫上游,將其移置至距石漫灘水庫東南25 km的“75·8”暴雨極值站點林莊,以此為基點,兩個流域空間雨量分布相對應(yīng),降雨量級、時程分布不變。在“7·20”暴雨降雨時段取7月17日8∶00至21日8∶00,共4 d進行移置。前期影響雨量按一般干旱情況處理[6]?！?·20”暴雨與“75·8”暴雨代表站時段最大雨量對比見表3。

表3 “7·20”暴雨與“75·8”暴雨特征值

3.3 移置結(jié)果

西平縣小洪河流域在淤泥河入河口以上控制流域面積1 592 km2;楊莊滯洪區(qū)以上流域1 037 km2,累積降雨量為400～800 mm,其中,石漫灘流域面積230 km2的降雨量在600 mm以上;田崗水庫流域面積70 km2降雨量在600 mm以上,面積約5 km2的降雨量在800 mm以上;西平縣西部山區(qū)流域面積200 km2的降雨量在600 mm以上,面積144 km2的降雨量在400mm以上;洪溪河流域面積388 km2的降雨量在400mm以上;淤泥河流域面積555 km2的降雨量在300 mm以上[7]。各小流域降雨量分布800,600,400,300 mm等值線示意詳見圖1。

4 洪水預(yù)報及響應(yīng)分析

4.1 洪水預(yù)報及調(diào)度

4.1.1 洪水預(yù)報方法

本文利用降雨徑流相關(guān)圖和謝爾曼單位線進行計算。首先以成因分析為基礎(chǔ),建立次雨量、相應(yīng)產(chǎn)生的徑流總量以及影響主要因素的定量相關(guān)圖;推求出單位線后,用卷積式進行流域匯流計算。河道匯流計算采用馬斯京根多河段連續(xù)流量演算模型[8]。

4.1.2 水庫調(diào)洪演算

依據(jù)水庫水量平衡方程和水庫蓄泄方程,采用蓄率中線法進行水庫調(diào)洪演算。

4.2 水庫洪水預(yù)報及調(diào)度

(1) 石漫灘水庫。入庫洪水總量1.07億m3,最大入庫流量2 700 m3/s,最高水位109.96 m出現(xiàn)在7月20日18∶00,低于設(shè)計水位(110.65 m)0.69 m,預(yù)判出現(xiàn)最大出庫流量時間在7月20日18∶00,流量可達2 030 m3/s。

(2) 田崗水庫。入庫洪水總量1.25億m3,最大入庫流量2 730 m3/s,最高水位88.50 m出現(xiàn)在7月20日18∶00,超過設(shè)計水位(87.35 m)1.15 m,預(yù)判出現(xiàn)最大出庫流量時間在7月20日20∶00,流量達2 700 m3/s,下游河道出現(xiàn)漫流。

(3) 譚山水庫。入庫洪水總量0.150 5億m3,最大入庫流量400 m3/s,最高水位111.50 m出現(xiàn)在7月20日18∶00,超過設(shè)計水位(110.55 m)0.95 m,預(yù)判出現(xiàn)最大出庫流量時間在7月20日20∶00,流量達408 m3/s。

(4) 康山水庫。入庫洪水總量0.133億m3,最大入庫流量367 m3/s,最高水位109.00 m出現(xiàn)在7月20日18∶00,超過設(shè)計水位(108.20 m)0.8 m,預(yù)判出現(xiàn)最大出庫流量時間在7月20日20∶00,流量達370 m3/s。

由上述水庫水情研判,石漫灘大型水庫未超過設(shè)計水位,庫水位超過109.62 m時,采用閘門全開泄洪方式調(diào)度可確保水庫安全;3座中型水庫均超過設(shè)計水位,暴雨量級均超過水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),達到或超過水庫的校核標(biāo)準(zhǔn)[9-10]。因此,洪水可能漫壩,水庫可能出現(xiàn)潰壩等險情,其余小型水庫同樣暴雨量級均超過水庫的校核標(biāo)準(zhǔn),洪水會漫壩,部分水庫可能會出現(xiàn)垮壩等險情,應(yīng)全力搶險,提前采取擴大溢洪道泄流能力、分洪等措施,并組織下游群眾避險。

4.3 滯洪區(qū)洪水預(yù)報及調(diào)度

(1) 楊莊滯洪區(qū)。最大進洪流量可達2 460 m3/s;滯洪區(qū)最高水位達到校核水位72.15 m,最大蓄滯洪量可達2.56億m3,滯洪時間預(yù)測需要2 d。

(2) 老王坡滯洪區(qū)。最大進洪流量830 m3/s;滯洪區(qū)最高水位57.45 m,最大蓄滯洪量1.48億m3,滯洪時間5 d。經(jīng)淤泥河流域內(nèi)澇水疊加,最大蓄洪量可達到2.38億m3,為了保證東大壩安全,在西平縣五溝營鎮(zhèn)龍泉寺排澇閘附近分洪口門將爆破小洪河左右岸堤防向南行洪,滯洪區(qū)新老2閘敞開泄洪,五溝營水文測站斷面水位不超過57.00 m(超保證水位0.51 m)時,時間不超過12 h,下游河道可保證安全,否則下游河道有決堤風(fēng)險,詳見表4。

表4 滯洪區(qū)洪水預(yù)報及調(diào)度

4.4 小洪河洪水預(yù)報及調(diào)度

(1) 小洪河楊莊滯洪區(qū)最大入庫流量2 460 m3/s,超過下游河道保證流量,需啟用楊莊滯洪區(qū)滯洪;楊莊最大下泄1 500 m3/s 持續(xù)6 h,需在楊莊鄉(xiāng)政府東(右堤)、翟莊東周莊西(左堤)處分洪。

(2) 小洪河桂李控制斷面最大流量650 m3/s,超過保證流量,按照調(diào)度方案,需啟用老王坡滯洪區(qū)滯洪,保證下游河道安全。

(3) 小洪河五溝營控制斷面最大流量420 m3/s,超過保證流量和保證水位,下游河道在加強防守的基礎(chǔ)上,可保證安全。五溝營斷面水位不超過57.00 m(超保證水位0.51 m)時,時間不超過12 h,下游河道可保證安全,否則下游河道有決堤風(fēng)險,詳見表5。

表5 小洪河洪水預(yù)報及調(diào)度

4.5 行洪區(qū)洪水預(yù)報調(diào)度

楊莊滯洪區(qū)大閘全開,最大下泄流量可達1 500 m3/s,下泄時間需持續(xù)6 h,下泄流量超過小洪河保證流量,需在翟莊東周莊西處爆破小洪河左堤向北分洪,并相機在原楊莊鄉(xiāng)政府東爆破小洪河右堤向南分洪;當(dāng)老王坡滯洪區(qū)最大蓄洪量達到2.38億m3,為了保證老王坡滯洪區(qū)東大壩安全,需在龍泉寺閘附近爆破小洪河兩岸堤防向南行洪,詳見表6。

表6 行洪區(qū)洪水預(yù)報及調(diào)度

5 結(jié)果分析

(1) 將“7·20”特大暴雨移置到洪汝河流域后,通過對小洪河流域水庫、河道、滯洪區(qū)、行洪區(qū)的預(yù)報調(diào)度分析,發(fā)現(xiàn)在以往的水庫調(diào)度中,忽略了水庫提前預(yù)泄、預(yù)留一定防洪庫容的積極條件[9]。尤其是石漫灘、田崗兩座水庫,以往較少預(yù)泄。水庫調(diào)度中,只對超過汛限水位的庫水進行預(yù)泄,但遇到極端暴雨洪水時,需充分考慮運用防洪庫容攔蓄進行水庫調(diào)度。水庫防洪庫容水量預(yù)泄的越多,越有利于下游洪水調(diào)度。例如,2020年7月石漫灘水庫除險加固工程完工后空庫運行,在遭遇流域強降雨后攔蓄滯洪3 300萬m3,使下游洪水錯峰行洪,避免了滯洪區(qū)運用。因此,梯級水庫迎洪峰迅速騰空防洪庫容對策也適用于小洪河流域水庫群[10]。此外,需加強對水庫大壩、河道、滯洪區(qū)可能出現(xiàn)的風(fēng)險點預(yù)測,大壩、堤防險工是防范重點,大型水庫防止大壩出現(xiàn)意外險情,中型水庫除防止險情出現(xiàn)外還應(yīng)防止洪水漫壩,小型水庫加大溢洪道泄流能力。

(2) 西平縣小洪河堤防險工險段應(yīng)重點防止堤防決口、做好潰壩影響范圍內(nèi)人員轉(zhuǎn)移。在小洪河3處分洪口門分洪前做好行洪區(qū)群眾轉(zhuǎn)移是防汛工作的重點。對比西平縣小洪河目前的防洪應(yīng)急預(yù)案,發(fā)現(xiàn)缺少對小洪河原楊莊鄉(xiāng)政府東分洪行洪區(qū)上蔡縣大路李、百尺2個鄉(xiāng)群眾轉(zhuǎn)移預(yù)案的編制;缺少對小洪河龍泉寺分洪行洪區(qū)上蔡縣無量寺、大路李2個鄉(xiāng)群眾轉(zhuǎn)移預(yù)案的編制。

(3) 在滯洪區(qū)、分洪行洪區(qū)的預(yù)報預(yù)警方面,還應(yīng)加大自動監(jiān)測設(shè)施配備,提高預(yù)測預(yù)報科技水平,王立輝等[10-11]在行洪區(qū)運用中建立含有多個行洪區(qū)的淮干中游段洪水模擬模型并進行了模型應(yīng)用,為淮河中游洪水調(diào)度管理提供了有利工具,可提高預(yù)測預(yù)報預(yù)警準(zhǔn)確性,最大程度減少人民生命財產(chǎn)損失。

(4) 西平縣老王坡滯洪區(qū)分洪一直沿用小洪河桂李站保證水位達到63.0m、保證流量420 m3/s的分洪標(biāo)準(zhǔn)。按駐馬店市防辦提供的最新老王坡滯洪區(qū)進洪洪水調(diào)度預(yù)案要求,在西平縣小洪河防洪應(yīng)急預(yù)案的修訂中增加了“桂李站流量達到420 m3/s,且下游洪水超過保證水位,上游來水繼續(xù)保持洪水流量的情況下,遵循老王坡滯洪區(qū)桂李進洪閘分洪”的調(diào)度指示。對比2020年7月,2021年7月、9月這3次小洪河桂李站洪水過程,考慮小洪河西平縣城區(qū)以下段防洪標(biāo)準(zhǔn)僅10 a一遇,而西平縣城區(qū)段防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20 a一遇的實際情況,經(jīng)計算,建議小洪河桂李站防汛特征水位警戒水位和流量不變,變更保證水位由63.0 m為62.51 m,保證流量為420 m3/s[12]。

6 結(jié)論與建議

本文將“7·20”特大暴雨移置到洪汝河流域,對小洪河流域洪水響應(yīng)情況進行分析,在鄭州“7·20”特大暴雨條件下,得到如下結(jié)論和建議:① 西平縣小洪河流域水利工程(除石漫灘外)均超保證水位。② 水庫大壩、堤防均有可能出現(xiàn)漫溢、潰壩險情,需采取全力搶險、分洪等措施,并組織下游群眾避險。③ 小洪河堤防險工處可能決口,需加強防范,同時,預(yù)留潰壩影響范圍內(nèi)群眾轉(zhuǎn)移時間。④ 滯洪區(qū)、行洪區(qū)全部運用。建議完善滯洪區(qū)、行洪區(qū)群眾轉(zhuǎn)移預(yù)案編制,注意翟莊東周莊西分洪口門爆破時間與楊莊政府東分洪口門爆破時間的銜接,建議先運用翟莊東周莊西分洪區(qū),后結(jié)合老王坡滯洪區(qū)應(yīng)用時間,再選擇楊莊政府東分洪口門爆破時間。⑤ 建議在防洪工程調(diào)度運用中對大中型水庫工程防洪庫容試行全部攔蓄原則,在水庫流域遇到大的降雨預(yù)報前使水庫預(yù)泄到最大防洪庫容。⑥ 建議小洪河桂李站防汛特征水位、警戒水位和流量不變,保證水位變更為62.51 m,保證流量變更為420 m3/s,為小洪河、洪汝河、淮河防汛工作提供決策依據(jù)。⑦ 建議建立小洪河洪水演進模型,為小洪河洪水精準(zhǔn)科學(xué)預(yù)報和科學(xué)調(diào)度提供技術(shù)支撐。