基于現狀工情下沂河超標準洪水的影響研究

孟建川 黃渝桂 楊 樂

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230088）

1 引言

在現狀水利工程下，通過水庫與樞紐聯合調度，利用河道強迫行洪和最大限度優化洪水安排，對防洪抗洪救災決策的快速性和有效性有一定影響，是探討現代洪水災害管理的方法。沂河作為沂沭泗流域防洪除澇體系的一部分，是沂沭泗水系中重要骨干河道，沿線城市有臨沂、郯城、邳州、新沂，經濟社會發展水平較高，一旦發生洪水災害，將嚴重危害人民生命財產安全，社會影響較大。

2 概述

沂河是沂沭泗水系中最大的山洪河道，河道全長333km，流域面積11820km2。沂河在彭家道口向東辟有分沂入沭水道，分沂河洪水入沭河；在江風口辟有邳蒼分洪道，分沂河洪水入中運河。

沂河防洪體系包括上游6 座大中型水庫（總控制流域面積5375km2，占臨沂、大官莊以上控制面積的39%）、沂河堤防、控制性樞紐、分洪河道及分沂入沭水道以北應急處理區等。

沂河祊河口以下已按50年一遇防洪標準治理，臨沂至劉家道口、劉家道口至江風口、江風口至入駱馬湖口段設計流量分別為16000m3/s、12000m3/s、8000m3/s。分沂入沭水道已按50年一遇防洪標準治理，設計流量4000m3/s。邳蒼分洪道已按50年一遇防洪標準治理，江風口閘下至東泇河口設計流量4000m3/s、東泇河口以下設計流量5500m3/s[1][2]。

通過對沂河超標準洪水（超50年一遇洪水）調度運用方式的研究，分析其對沂河洪水安排的影響，從而為沂河100年一遇設計洪水調度預案制定提供依據。

3 計算方法

3.1 水庫調算

水庫進行調洪調算，理論方法是基于水力學的圣維南方程組進行簡化[8]，忽略了洪水入庫至泄洪建筑物間的行進時間、沿程流速變化及動庫容等的影響，簡化后水庫調洪計算的公式即水量平衡方程[4][6]。

式中：

Q1，Q2—分別為計算時段初、末的入庫流量（m3/s）；

q1，q2—分別為計算時段初、末的下泄流量（m3/s）；

V1，V2—分別為計算時段初、末的水庫蓄水量（m3）；

△V—V1與V2之差；

△t—計算時段。

3.2 河道演進

河道演進采用馬斯京根流量演算法的改進方法即分段連續演算法。分段連續演算法根據馬斯京根演算方程為線性系統的特點，首先推求上游斷面進入一個單位水量后經多個河段連續向下游演進，在下游斷面形成一個相應的流量過程線。

沂河上游為山區性河流，干、支流間相互干擾作用不大，可把干、支流各河段視為相互獨立的無支流河段，求得各自的流量演算參數，分別把上游站（水庫出流）的入流量演算到下游站（臨沂站），然后疊加即為該斷面的出流過程[3][5][7]。

4 水庫調度辦法及調洪成果

4.1 設計洪水

沂河臨沂站洪峰及洪量計算。洪量頻率3d、7d、15d、30d 洪量系列年限與洪峰流量相同。其中1730年洪量用峰量關系插補，峰量關系的高水部分無實測點據，外延精度差，推得的1730年洪量僅作參考[3]。主要依據1912年以來的洪水點據，采用P—Ⅲ型曲線適線，各時段洪量頻率計算成果見表1。

表1 沂河（臨沂站）設計洪峰、洪量復核成果表（單位：洪峰m3/s；洪量億m3）

4.2 水庫調度辦法

沂河臨沂、沭河大官莊來量是按照沂、沭河洪水經水庫調蓄后下泄，匯區間洪水，并經河道演進的方法確定的。根據2019年《淮河流域大型水庫汛期調度運用計劃》中水庫調度運用辦法進行水庫調洪。

4.3 水庫調洪水成果

沂河洪水仍采取盡可能東調原則，洪水安排方案：當沂河遇到100年一遇洪水時，上游水庫按照《淮河流域大型水庫汛期調度運用計劃》中水庫調度運用辦法進行調洪計算，匯區間洪水，并經河道演進到臨沂、大官莊；沂河臨沂、沭河大官莊洪水按照2012年《沂沭泗河洪水調度方案》運用辦法進行安排。調洪成果中關鍵控制點（沂河臨沂站、沭河大官莊站）流量成果表見表2。

表2 沂河臨沂站、沭河大官莊站流量成果表

5 調洪計算及成果分析

5.1 調洪原則

根據《沂沭泗河洪水調度方案》（以下簡稱《調度方案》），沂河、沭河洪水盡可能東調，預留駱馬湖部分蓄洪容積和新沂河部分行洪能力接納南四湖及邳蒼地區洪水。遇標準內洪水，合理利用水庫、水閘、河道、湖泊等，確保防洪工程安全。遇超標準洪水，除利用水閘、河道強迫行洪外，并相機利用滯洪區和采取應急措施處理超額洪水，地方政府組織防守，全力搶險，確保南四湖湖西大堤、新沂河大堤等重要堤防和濟寧、臨沂、徐州、宿遷、連云港等重要城市城區的防洪安全，盡量減輕災害損失。調度運行辦法表見表3。

表3 劉家道口樞紐、大官莊樞紐的調度運行辦法表

5.2 計算情景

沂河發生100年一遇設計洪水時，經水庫調洪后臨沂斷面最大洪峰流量為19389m3/s，通過劉家道口樞紐、大官莊樞紐進行洪水安排。根據現狀河道行洪能力、樞紐調度情況等因素分四種計算情景的洪水安排：一是現狀洪水調度方案；二是沂河江風口以下河道強迫行洪（強迫行洪1、2 方案）；三是優化水庫調度運行辦法。計算工況見表4。

表4 計算工況表

5.3 調洪計算成果

沂、沭河上游水庫按照《2019年淮河流域大型水庫汛期調度運用計劃》中水庫調度運用辦法進行調洪計算，匯區間洪水，并經河道演進到臨沂、大官莊；沂河臨沂、沭河大官莊洪水上面四種工況進行洪水安排。

計算情景一（現狀調度方案）：沂河為主，沭河相應的沂沭河洪水，臨沂最大流量為19389m3/s，當臨沂超過16500m3/s（劉家道口閘下泄12000m3/s，彭家道口閘下泄4500m3/s），超額洪水進入分沂入沭以北地區采取應急措施處理。分沂入沭最大進洪流量2889m3/s，進洪為3 個時段6 個小時，進洪量為0.47 億m3。

計算情景二（強迫行洪1 方案）：沂河為主，沭河相應的沂沭河洪水，臨沂最大流量為19389 m3/s，當臨沂超過17500m3/s（劉家道口閘下泄13000m3/s，彭家道口閘下泄4500 m3/s），超額洪水進入分沂入沭以北地區采取應急措施處理。分沂入沭以北最大進洪流量1889 m3/s，進洪為3 個時段6 個小時，進洪量為0.26 億m3。

計算情景三（強迫行洪2 方案）：沂河為主，沭河相應的沂沭河洪水，臨沂最大流量為19389 m3/s，當臨沂超過18500m3/s（劉家道口閘下泄14000m3/s，彭家道口閘下泄4500 m3/s），超額洪水進入分沂入沭以北地區采取應急措施處理。分沂入沭以北最大進洪流量889 m3/s，進洪為2 個時段4 個小時，進洪量為0.097 億m3。

計算情景四（水庫優化調度方案結合河道強迫行洪）對沂河洪水（臨沂斷面）影響最大的水庫進行優化調度，不影響水庫安全的前提下，適當調整水庫運行辦法。沂河臨沂最大洪峰流量為19389m3/s，比《淮河流域綜合規劃》遠期流量的19000m3/s 略大。考慮到跋山水庫已完成除險加固工程，續建工程對跋山水庫的控制運用辦法進行了調整，把“運用計劃”中庫水位178.54～179.0m水位下泄3120m3/s 調整為庫水位178.54～180.09m 下泄3120m3/s，100年一遇調洪水位為180.09m，與水庫設計洪水位180.1m 基本相同，但臨沂最大洪峰流量可減小至18331m3/s。跋山水庫調洪演算成果見表5。

表5 跋山水庫調洪演算成果表

如采用計算情景三（沂河江風口以下段強迫行洪10000m3/s，邳蒼分洪道4000m3/s，分沂入沭4500m3/s）對臨沂洪水進行安排，通過跋山水庫消峰作用，沂河為主的100年一遇洪水，分沂入沭以北應急處理區理論上可不需要分洪。

根據四種計算情景成果分析，采用計算情景一（現狀調度方案）、計算情景二（河道強迫行洪1 方案）、計算情景三（河道強迫行洪2 方案），分沂入沭以北應急處理區均需滯洪。

6 結論

（1）當沂河發生100年一遇洪水時，根據水庫調洪計算和洪水演進成果，臨沂斷面設計流量為19389m3/s，結合2012年國務院批復的《沂沭泗河洪水調度方案》中劉家道口樞紐、大官莊樞紐的調度辦法，分沂入沭以北應急處理區需滯洪；如通過沂河（沂河江風口以下8000～10000m3/s）和分沂入沭水道（4000～4500m3/s）強迫行洪，分沂入沭以北應急處理區仍需滯洪；如水庫優化調度結合沂河、分沂入沭水道強迫行洪（沂河江風口以下10000m3/s，分沂入沭水道4500m3/s），分沂入沭以北應急處理區理論上不需要滯洪。

（2）通過對沂沭河流域河庫聯動調洪（水庫調洪、河道演進）演算，分析劉家道口樞紐、大官莊樞紐運用對沂河洪水的安排以及分沂入沭以北滯洪區的分洪口門設置，同時分沂入沭以北地區滯洪對區域的影響較大。因此，本次研究成果可為沂河100年一遇洪水調度預案制定提供參考