玉淵潭樞紐在首都城區(qū)防汛中的功能探討

秦賽楠

（北京市城市河湖管理處，北京 100089）

1 背景

北京市地處華北平原北端，西部為太行山脈，北部為燕山山脈，中部為平原，地勢西北高、東南低，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明[1]。北京地區(qū)降水量年內(nèi)分配極為不均，主要集中于夏季（6—8 月），可占全年降水量的72.5%[2]，降雨變化呈局地性、突發(fā)性、短歷時、強度大等特點[3]。

為應(yīng)對城市暴雨洪水威脅，北京城區(qū)形成了“西蓄、東排、南北分洪”的防洪排澇格局[4]，即利用河湖蓄滯城區(qū)西部洪水；城區(qū)洪水經(jīng)通惠河等主要排水河道向東排出；京密引水渠昆玉段等洪水向清河北分洪、北護城河等洪水向壩河北分洪；南護城河右安門以上洪水向涼水河南分洪。其中，西蓄工程可減少城區(qū)西部洪水入城，對保障北京中心城區(qū)、首都功能核心區(qū)的防洪排澇安全具有重要意義。2016 年，西郊砂石坑蓄洪工程投入運行，將杏石口閘上游100 a 一遇洪水全部攔蓄，而永定河引水渠下段（杏石口閘至二熱閘段），包括南旱河、京密引水渠昆玉段等洪水，則仍需經(jīng)過調(diào)蓄后下泄，其中玉淵潭樞紐是這一區(qū)域洪水應(yīng)對的核心，對北京城區(qū)防汛安全起到至關(guān)重要的作用。

2 玉淵潭樞紐構(gòu)成及上下游洪水調(diào)度

城區(qū)西部通惠河上游流域分布有永定河引水渠、南旱河、京密引水渠昆玉段等河流，玉淵潭湖、昆明湖等湖泊（見圖1）。玉淵潭樞紐位于玉淵潭湖附近，由玉淵潭進水閘、玉淵潭泄水閘和玉淵潭電站組成。玉淵潭電站建設(shè)于永定河引水渠干流，是我國第一座為科學(xué)研究及技術(shù)成果推廣服務(wù)而興建的試驗水電站，參與汛期排洪，最大泄洪流量67 m3/s；玉淵潭進水閘位于玉淵潭湖入口，為2孔平板鋼閘門，最大泄洪流量79 m3/s；玉淵潭泄水閘位于玉淵潭湖出口，為3 孔平板鋼閘門，最大泄洪流量50 m3/s，同時利用玉淵潭湖調(diào)蓄一部分流量。玉淵潭樞紐通過與上下游閘壩聯(lián)合調(diào)度，形成了這一區(qū)域的洪水調(diào)度體系，措施涉及西蓄、向涼水河南分洪、向昆玉段北分洪等，對通惠河乃至清河、壩河流域的洪水應(yīng)對具有全局性影響。

圖1 城區(qū)西部水系分布示意

根據(jù)具體調(diào)度措施和作用，玉淵潭樞紐的防洪功能可概括為5個部分。

（1）控制上游洪水下泄。永定河引水渠是城區(qū)西部洪水的主要排洪通道，沿線有南旱河、京密引水渠昆玉段等主要支流。玉淵潭進水閘與玉淵潭泄水閘串聯(lián)，再與玉淵潭電站并聯(lián)，實現(xiàn)對永定河引水渠洪水的控制，是其洪水下泄的唯一途徑。

（2）利用玉淵潭湖、河道蓄滯洪水。玉淵潭湖位于西三環(huán)以東、永定河引水渠北側(cè)，與河道形成旁通式連接，湖泊最高水位49.50 m對應(yīng)庫容106.51萬m3，汛期運行水位48.20 m 對應(yīng)庫容50.10 萬m3，是城區(qū)13 個已建（含在建）蓄滯洪區(qū)之一；京密引水渠昆玉段、永定河引水渠五孔橋至八一湖段為連通河道，水位49.50 m 對應(yīng)槽蓄量117.66 萬m3，汛期運行水位48.70 m 對應(yīng)槽蓄量80.77 萬m3，具備一定的蓄洪能力。汛期，玉淵潭進水閘、玉淵潭電站共同控制河道槽蓄，玉淵潭進水閘、玉淵潭泄水閘共同控制玉淵潭湖蓄洪。對于雨強不大的降雨，利用玉淵潭湖及河道調(diào)蓄可實現(xiàn)洪水的平穩(wěn)下泄。

（3）與繡漪閘聯(lián)合調(diào)度，向昆明湖蓄洪。繡漪閘位于京密引水渠昆玉段北端，通過繡漪閘可向昆明湖蓄洪。當(dāng)發(fā)生強降雨，優(yōu)先利用玉淵潭樞紐控制上游河道及玉淵潭湖蓄洪，若水位持續(xù)上漲達到49.00 m，則開啟繡漪閘向昆明湖蓄洪。

（4）與團城湖南閘等閘門聯(lián)合調(diào)度，向清河北分洪。團城湖南閘位于京密引水渠昆玉段北端，與繡漪閘并聯(lián)。當(dāng)發(fā)生強降雨，京密引水渠昆玉段水位達到49.20 m，洪水可經(jīng)團城湖南閘、團城湖北閘、安河閘向清河分洪，分洪閘門敞泄，玉淵潭樞紐靈活調(diào)整下泄流量。

（5）作為南分洪調(diào)度的決策依據(jù)。右安門位于南護城河西南部，為確保南護城河排水通暢，需將右安門上游洪水向涼水河南分洪。玉淵潭樞紐位于右安門上游6.7 km（見圖2），樞紐的下泄洪水是右安門洪水的主要來源，可作為南分洪調(diào)度的重要依據(jù)。

圖2 玉淵潭樞紐與南分洪示意

汛期，以玉淵潭樞紐為核心，結(jié)合區(qū)域內(nèi)蓄、泄情況，開展上下游水利工程的聯(lián)合調(diào)度，是西蓄體系科學(xué)運用的基礎(chǔ)，也是保證首都城區(qū)防汛安全的重要環(huán)節(jié)。

3 玉淵潭樞紐功能的實際運用分析

2020 年8 月12 日晚間，北京城區(qū)發(fā)生強降雨，以下結(jié)合本次降雨應(yīng)對過程，分析玉淵潭樞紐在北京城區(qū)洪水調(diào)度中發(fā)揮的重要作用。

3.1 雨情

本次降雨玉淵潭進水閘雨量站降雨123.6 mm，降雨從8月12日中午開始，前期雨強較小，主降雨過程發(fā)生于21—24時，3 h降雨量達到76.0 mm，接近5 a一遇降雨標(biāo)準(zhǔn)（3 h79 mm）。玉淵潭進水閘小時降雨量統(tǒng)計，如圖3所示。

圖3 玉淵潭進水閘“8·12”降雨小時雨量統(tǒng)計

3.2 調(diào)度過程分析

8月12日晚間，隨降雨持續(xù)，京密引水渠昆玉段水位上漲，玉淵潭樞紐逐步增加下泄流量（見圖4），21時起雨強突然增大，樞紐下游河道排洪壓力增加，綜合考慮防洪安全，玉淵潭樞紐采取控泄措施，控制流量70 m3/s，同時利用上游蓄洪（見圖5），其間利用昆明湖少量蓄洪（6.22 萬m3）。下游水位回落后，13日0 時30 分增加流量至90 m3/s，加快排洪。此后樞紐上游京密引水渠昆玉段、玉淵潭湖水位平穩(wěn)回落。

圖4 “8·12”降雨玉淵潭樞紐水位流量過程線

圖5 “8·12”降雨玉淵潭樞紐蓄、泄洪過程線

由于提前接到降雨預(yù)報，右安門在主降雨過程前立即采取了南分洪措施，分洪過程中玉淵潭樞紐調(diào)度與右安門南分洪相配合，南分洪流量的增加時機與玉淵潭樞紐流量增加基本一致（見圖6）。

圖6 “8·12”降雨玉淵潭樞紐與右安門南分洪過程線

本次降雨玉淵潭樞紐最大流量90 m3/s，排洪總量172.76 萬m3。洪水過程中多種調(diào)度措施并用，玉淵潭樞紐利用河道、玉淵潭湖調(diào)蓄，并使用昆明湖蓄洪，最大蓄洪水量49.99 萬m3，占排洪總量的29%，有效緩解了下游行洪壓力，加快了首都城區(qū)泄洪速度，為城市汛期安全運行起到重要作用。

4 玉淵潭樞紐在城區(qū)防汛中面臨的問題

雖然玉淵潭樞紐為北京城區(qū)應(yīng)對了多次強降雨過程，但受工程條件和城市發(fā)展新形勢等因素制約，仍存在一些問題。

4.1 南旱河洪水入城風(fēng)險

南旱河位于海淀區(qū)四季青鎮(zhèn)，暴雨洪水具有匯流時間短、洪峰大等特點，2012 年“7·21”及 2016 年“7·20”暴雨時南旱河流域河道均出現(xiàn)不同程度漫溢[5]。南旱河蓄滯洪區(qū)是規(guī)劃中西蓄體系的重要組成部分，可蓄滯南旱河流域洪水。目前工程尚未建成，流域洪水下泄仍威脅城區(qū)防洪排澇安全。

4.2 團城湖高水位運行導(dǎo)致京密引水渠昆玉段北分洪難以實現(xiàn)

京密引水渠昆玉段北分洪需經(jīng)過團城湖（見圖1），2014 年南水北調(diào)水進京以來，團城湖成為調(diào)蓄湖泊，為保證南水北調(diào)供水，湖內(nèi)運行水位高于昆玉段的北分洪水位49.20 m。遇強降雨，由于團城湖水位過高，昆玉段向清河分洪將無法實施。

4.3 防洪同時需兼顧供水功能

京密引水渠昆玉段、玉淵潭湖承擔(dān)著為內(nèi)城河湖、城區(qū)下游河道供水的任務(wù)，需維持高水位運行，為兼顧供水功能，無法大幅降低水位，給應(yīng)對強降雨帶來較大難度。

4.4 雨后水環(huán)境問題突出

受降雨徑流污染影響，河湖雨后水環(huán)境問題極為突出。玉淵潭湖為公園湖泊，對水環(huán)境要求較高，發(fā)生小量級（主要為20 mm 以下）降雨后，玉淵潭樞紐上下游水質(zhì)惡化的情況明顯，保障城區(qū)防汛安全的同時需要兼顧水環(huán)境，使洪水應(yīng)對更加復(fù)雜。

5 優(yōu)化玉淵潭樞紐防汛調(diào)度相關(guān)建議

為保障首都城區(qū)防汛安全，針對上述問題，結(jié)合實際情況，提出以下建議。

5.1 推進南旱河蓄滯洪區(qū)建設(shè)，充分發(fā)揮昆明湖蓄洪功能

城區(qū)西部洪水是北京市區(qū)洪澇災(zāi)害來源之一[6]，應(yīng)進一步推進南旱河蓄滯洪區(qū)建設(shè)，提高西蓄體系的洪水防御能力。同時，由于昆明湖調(diào)蓄能力較強，應(yīng)在汛期適當(dāng)降低昆明湖運行水位，更充分地發(fā)揮蓄洪功能。根據(jù)水位庫容關(guān)系，昆明湖水位降低0.1 m，可增加蓄洪庫容超過20萬m3，可達到玉淵潭湖的4～5倍。

5.2 制定團城湖強降雨應(yīng)對方案

京密引水渠昆玉段向清河北分洪是超標(biāo)準(zhǔn)洪水的應(yīng)對措施，一般降雨過程不需要實施，但對發(fā)生極端天氣時具有重要意義。應(yīng)針對強降雨建立應(yīng)對方案，提前采取措施降低團城湖水位，滿足防洪需求。

5.3 制定雨前分級預(yù)泄方案

預(yù)泄調(diào)度是洪水防御的有效措施，為兼顧供水功能，可針對不同量級的降雨建立玉淵潭樞紐的分級預(yù)泄方案，根據(jù)氣象預(yù)報采取精細化的預(yù)泄調(diào)度，從而在確保防洪安全的前提下提高供水保障能力，實現(xiàn)水資源的高效利用。

5.4 利用脈沖輸水，降低雨后水質(zhì)惡化影響

按照現(xiàn)行防汛預(yù)案，降雨過程中優(yōu)先利用玉淵潭進水閘、玉淵潭泄水閘排洪，當(dāng)流量增加后使用玉淵潭電站排洪。由于初期雨水入河對水質(zhì)影響明顯，可調(diào)整閘門調(diào)度順序，優(yōu)先使用玉淵潭電站排洪，從而縮小初期降雨進入玉淵潭湖，降低雨后水質(zhì)惡化問題的影響范圍。合理利用京密引水渠昆玉段、玉淵潭東西湖槽蓄量，實施脈沖輸水，進行河道水體置換，快速解決雨后污水入河問題。

6 結(jié)語

玉淵潭樞紐作為北京城區(qū)西部洪水應(yīng)對的核心，今后仍將擔(dān)當(dāng)重任。為更好應(yīng)對北京復(fù)雜多變的降雨形勢，需要多措并舉，在提升防洪功能的同時兼顧優(yōu)化水環(huán)境，才能更好地保障首都城區(qū)防汛安全。