大黑汀水庫洪水資源調度初探——以2012年“7·21”洪水為例

高云明，溫立成，聞立蕓

（1.海河水利委員會水文局，天津 300170；2.海河水利委員會引灤工程管理局，河北遷西 064309）

1 引言

為緩解津、唐兩市用水緊張的局面，國務院批準于1975年開始修建引灤工程，分別于1980年5月、1983年7月、1984年12月實現灤河下游農業供水和入津、入唐供水。引灤工程主要包括引灤樞紐工程、引灤入津工程、引灤入唐工程以及灤河下游農業輸水工程。引灤樞紐工程作為引灤工程的龍頭由潘家口水利樞紐、大黑汀水利樞紐和引灤樞紐閘三部分組成，潘家口、大黑汀水庫作為津、唐兩市的供水水源地在水資源配置中起主要作用。截止到2011年年底已累計完成供水354億m3，其中向天津市供水157億m3、向唐山市及灤河下游農業供水197億m3,為津、唐兩市的經濟發展提供了保障。

大黑汀水庫位于潘家口水庫下游30 km灤河干流上，總庫容為3.37億m3。大黑汀水庫的主要作用是調節潘家口水庫水量，抬高水庫水位，為跨流域引水創造條件，同時汛期攔蓄潘家口、大黑汀水庫區間來水，并結合供水發電。引灤樞紐閘是引灤入津和引灤入唐工程的咽喉，位于大黑汀下游500 m處，通過引灤總干渠與大黑汀水庫相接，其作用是控制調節引灤入唐和入津的流量。引灤樞紐閘右側設有入津閘、設計流量60 m3/s，引灤樞紐閘左側設有入唐閘、設計流量80 m3/s，引灤樞紐閘以下分別與引灤入唐隧洞和引灤入津明渠相接。

大黑汀水庫設計上沒有防洪庫容，汛期在避免人造洪峰的前提下沒有限泄要求，當水庫水位達到133.00 m時，本著來多少泄多少的原則泄洪。

潵河是潘家口、大黑汀水庫區間的最大支流。潵河流域是華北地區著名的暴雨中心，流域面積1 400 km2，河長72 km，坡降5.3‰。潵河洪水具有峰高流急的特點，從主雨峰到洪峰入庫約5～6 h。由于大黑汀水庫沒有防洪庫容，能否利用引灤入津、引灤入唐工程實現跨流域調配洪水資源、達到充分利用大黑汀水庫洪水資源的目的，是本文研究的內容。

2 洪水資源利用的必要性

2.1 潵河雨洪特性

潵河流域冬季受內蒙高壓控制，雨雪稀少；夏季受大陸低壓和副熱帶高壓控制，氣溫偏高，蒸發劇烈，東南濕潤氣流受高山抬升，形成夏季豐沛的降水，年平均降水量500～800 mm。降水量年際分布和年內分配都極不均勻。年內降水，80%左右的降水量集中在汛期，特別是豐水年份汛期所占比重更大。降水集中和暴雨頻多量大是本地區氣候的顯著特點。暴雨多發生在7月下旬至8月上旬，由于雨量集中，加之中上游河道坡降較大，使得汛期洪水峰高流急，易造成洪澇災害。該流域地處燕山山脈西側的暴雨中心地帶，洪峰模數達 4.07～4.17 m3/（s·km2）。 據藍旗營水文站調查資料，1894年洪水為歷史之最，洪峰流量為 6 590 m3/s，洪峰模數 10.2 m3/（s·km2）。由于流域內植被較好，水土流失不甚嚴重，每年除7、8月以外，河水清澈見底，枯季最小流量一般在 0.6～1.0 m3/s。

潵河洪水由暴雨形成，降水的年際變化大導致了洪水年際變化也大。而北方河流的特點就是每年只有1～2場洪水，洪水調度是否得當決定了洪水資源利用的科學性，洪水的稀缺性決定了實施洪水資源調度的緊迫性。

2.2 引灤受水區的缺水形勢

目前，天津為了維持海河市區段水質，每年約利用0.5億m3的引灤指標，市區周邊河道水質較差，基本上沒有合適水源維持其自凈。根據《天津市中長期供水規劃》，預計到2020年天津市生態需水14.88億m3，僅城市環境需水就達3.99億m3，所以未來天津市生態水缺口較大。

由于陡河水庫多年不泄洪，流經唐山市內的陡河基本干涸，僅有一些生活污水，只有每年春季結合豐南農業供水，供水河道才有部分流量；邱莊水庫為平原水庫，水位較低、加之近幾年網箱養魚的影響，水質較差，已經不具備城市供水條件，如沒有大的洪水，邱莊水庫以下河道基本長年斷流。唐山市水環境形勢也相當嚴峻。

由于潘家口、大黑汀水庫的修建，灤河下游河流已為季節性河流，加之遷西、遷安、樂亭等縣修建了大量的攔蓄水工程和引水工程，如沒有較大洪水，汛期大黑汀、桃林口水庫以下區域產生的徑流幾乎全部被攔蓄，導致多年來灤河基本沒有入海水量。同時，由于經濟的發展和城鎮化步伐加快，灤河下游地區城鎮生活、生產和環境用水大多直接抽取地下水，導致灤河下游地下水位普遍下降，目前已經形成了2個較大的漏斗區。

針對嚴峻的缺水形勢，依托引灤工程實施大黑汀水庫洪水資源調度，改善津、唐兩市以及灤河下游水環境是十分必要的。

3 洪水資源調度的基本思路

3.1 實施原則及條件

3.1.1 實施原則

（1）在保障于橋、邱莊、陡河水庫以及相關河道的防洪安全、不增加淹沒損失的前提下，通過引灤入津、引灤入唐以及引灤沿線水庫、濕地、洼淀和湖泊等充分攔蓄洪水資源。

（2）以洪水調度方案為基礎，根據天氣形勢和水情預報，合理攔蓄洪水，兼顧上下游、左右岸，公平分配水量，實現洪水資源的和諧利用。

（3）充分結合工程現狀，利用現有水庫、河道、輸水工程，不新建工程。

（4）遵循“風險共擔，利益共享”的原則。

3.1.2 實施條件

（1）當潘、大區間發生洪水時，根據洪水預報成果分析，大黑汀水庫即將達到132.00 m面臨泄洪時。

（2）于橋水庫控制流域無洪水發生，在未來可預見期內也沒有大的降雨天氣過程，尚有防洪庫容，可以直接存蓄引灤洪水；或于橋水庫沒有防洪庫容，但于橋水庫以下引灤入津沿線沒有降雨發生，具備向下游河道、濕地供水條件時。

（3）邱莊、陡河2座水庫控制流域無洪水發生，在未來可預見期內也沒有大的降雨天氣過程，尚有防洪庫容，可以直接存蓄引灤洪水；或邱莊、陡河兩水庫沒有防洪庫容，且兩水庫以下河道沒有降雨發生，具備向下游河道供水條件時。

（4）灤河下游沒有大的降雨，具備利用河道、洼地儲備洪水資源、維持灤河下游生態流量，改善灤河下游環境的條件時。

3.2 實施方案

3.2.1 總體方案

首先滿足津、唐兩市城市及環境用水流量，其次考慮灤河河道的環境改善以及地下水的補給，最后考慮沖洗還鄉河流量及于橋水庫下游河道的流量。

3.2.2 天津部分

根據于橋水庫的當前水位、汛期限制水位，結合目前的天氣周報情況，考慮7 d來水，計算于橋水庫可存蓄引灤洪水量。同時，考慮于橋水庫先行向薊運河、海河或七里海濕地補水，降低庫水位（州河最大允許安全泄量150 m3/s），然后由潘家口、大黑汀水庫以60 m3/s向于橋水庫補水，核算可利用洪水資源量。

根據于橋水庫、引灤入津沿線的需水情況，上述2種情況有時需要統籌考慮。

3.2.3 唐山部分

根據邱莊、陡河水庫的當前水位、汛期限制水位，結合目前的天氣周報情況，考慮7 d來水，計算2座水庫可存蓄引灤洪水量。

考慮邱莊水庫先行向還鄉河補水，降低庫水位（最大允許安全泄量230 m3/s），然后大黑汀水庫以40 m3/s向邱莊水庫補水，核算可利用洪水資源量。

考慮陡河水庫先行向陡河補水，降低庫水位（最大允許安全泄量130 m3/s），然后邱莊水庫以35 m3/s向陡河水庫補水，核算可利用洪水資源量。

根據邱莊水庫、陡河水庫、引灤入唐沿線的需水情況，上述3種情況有時需要統籌考慮。

3.2.4 灤河下游部分

（1）利用灤河下游橡膠壩存蓄洪水資源，根據大黑汀水庫出庫水量確定洪水資源量。

（2）利用巖山渠首和灤河下游灌區河渠、洼地存蓄部分洪水資源，核算可利用洪水資源量。

4 實例分析

2012年7月21日，潘家口、大黑汀區間的潵河流域發生洪水，在本次洪水調度中，利用引灤輸水工程，大黑汀水庫實現了洪水資源調度，具體情況如下：

4.1 雨水情

7月20—21日，受河套地區的高空槽影響，同時配合副熱帶高壓穩定維持形成的阻擋作用，潵河流域普降大到暴雨，局地特大暴雨，面平均雨量224.3 mm，降雨主要集中在流域中、上游，最大點雨量為石廟子站266.1 mm。各站次降雨量，見表1。

表1 各站次降雨量統計

潵河上游控制站藍旗營22日1時開始起漲，22日3時12分洪峰流量1 890 m3/s，流量列1959年有實測記錄以來第4位 （歷史最大流量2 180 m3/s，1962年7月），次洪量0.96億m3。大黑汀水庫22日8時入庫洪峰流量2 130 m3/s，次洪量1.13億m3，僅次于 1994 年“7·13”洪水（洪峰流量 2 150 m3/s）。 大黑汀水庫入庫洪水過程，如圖1所示。

圖1 大黑汀水庫入庫洪水過程

4.2 調度過程

本次洪水調度依靠中短期降雨預報和大黑汀水庫洪水預報系統，實現了洪水資源調度，根據大黑汀水庫的入庫洪水過程，本次洪水資源調度的終止時間為7月26日8時。

7月19日8時，大黑汀水庫水位128.11 m，距汛限水位133.00 m相差4.89 m，汛限水位以下防洪庫容為1.04億m3，根據天氣預報，未來3 d將有1次較大的降雨過程?？紤]到剛進入主汛期，大黑汀水庫又沒有防洪庫容，為確保水庫安全，避免汛期大流量泄洪，水庫不能高水位運行，加之引灤沿線的于橋、陡河水庫汛限水位以下分別有1.1億、0.39億m3的蓄水能力，具備實施洪水資源調度的條件，決定實施洪水資源調度。

7月19日9時，在降雨前24 h利用引灤入津工程向天津實施洪水資源調度，由于潵河流域和于橋水庫產流區基本處于同一雨區，為確保于橋水庫安全，錯開于橋水庫入庫洪峰，在于橋水庫洪峰入庫前停止供水33 h，待于橋水庫入庫洪水情況明朗后恢復供水。

7月22日17時，利用引灤入唐工程向陡河水庫供水，一直持續到7月26日8時。

7月25日11時，根據入庫洪水情況，向灤河下游河道泄水，一直持續到7月26日8時。

調度具體過程，如圖2所示。

圖2 大黑汀水庫洪水資源調度過程

圖3 常規調度和洪水資源調度過程對比

按照常規調度，大黑汀水庫水位超過133.00 m的水量全部通過灤河河道下泄，則最大下泄流量279 m3/s，總下泄水量0.2億m3?？紤]到洪水資源利用，大黑汀水庫在洪峰入庫72 h前即通過引灤工程實施洪水資源調度，避免了水庫大流量向河道泄洪，最大限度地利用了洪水資源。利用引灤工程分別向天津、唐山供水0.21億、0.1億m3，向灤河下游河道下泄0.08億m3，最大流量109 m3/s。常規調度和洪水資源調度過程如圖3所示，具體成果對比見表2。

表2 常規調度和洪水資源調度對比成果

從表2可以看出，本次洪水依托引灤工程實現洪水資源利用0.31億m3，利用引灤渠首電站多發電77.5萬kW·h，創造發電效益31萬元。灤河河道最大下泄流量由279 m3/s減至109 m3/s，有利于下游防洪。

5 結論與建議

（1）通過“7·21”洪水的調度實例分析，依托引灤工程，應對潵河洪水，在大黑汀水庫實施洪水資源調度是可行的。

（2）實施洪水資源調度過程中，密切關注引灤沿線雨情、工情變化，在風險控制的基礎上制定完備的應急預案，確保安全輸水。

（3）進一步加強氣象降水和洪水預報系統耦合研究，在延長預見期的前提下提高耦合預報成果的精度，為更好地實施洪水資源調度提供技術支撐。