潮白新河黃白橋閘汛期控制水位分析確定

于福民，張 強

（天津水文水資源管理中心，天津 300074）

1 概況

潮白新河黃白橋閘坐落在天津市寶坻區境內，是潮白新河中段的河道節制閘，設計流量2100 m3/s，承泄上游潮白河、青龍灣減河、引泃入潮的來水以及沿岸澇水。作為平原區河道攔蓄水庫，它還擔負著攔蓄洪水保證寶坻灌區農業供水的任務。

潮白新河吳村閘以下河道經1972年調直、擴寬，至河口寧車沽防潮閘與永定新河匯合，河道主要功能為宣泄潮白河洪水入海。潮白新河左岸納引泃入潮分泄泃河洪水，右岸又納青龍灣減河分泄北運河至黃白橋閘上洪水。潮白新河左岸建白毛莊分洪閘，超標洪水向黃莊洼分洪。引泃入潮來水量由泃河三河水文站控制，青龍灣減河由土門樓泄洪閘節制，右岸建有狼窩分洪閘，達到分洪水位8.10 m（大沽高程，下同）時向大黃鋪洼分洪[1，2]。

2 黃白橋閘汛期控制水位

潮白新河黃白橋閘汛期以河道行洪為主，非汛期以控泄攔蓄為主，以滿足農業蓄水、環境用水的需要，其上游來水量年季變化較大。汛前期，黃白橋閘閘上水位如果過高，一旦上游地區突發暴雨，那么會造成較大洪水過程入境，該閘閘上河段蓄水較多或提閘宣泄不及時極可能造成天津市河段堤防出現險情，對洪水安全下泄十分不利。但是，汛前大幅度降低河道水位，削減河段蓄水量又會造成水資源無法充分利用，由于該河段在防汛和蓄水功能上的重疊，致使汛前期河道泄洪和攔蓄二者矛盾十分突出。為此，本文充分利用歷史洪水資料分析黃白橋閘現狀泄洪能力，建立上下游洪峰流量經驗相關關系，采用試算法綜合分析確定汛期黃白橋閘的蓄水控制水位，為天津市防汛部門科學有效調度提供技術支撐。

2.1 潮白新河歷史洪水

20世紀70年代潮白新河、青龍灣減河治理后出現的中小洪水近10 場，較大洪水過程主要有1984、1994、2012年等[3]。

1984年8月8—12日，海河流域北三河局部地區降暴雨，8月11日2 時北運河土門樓樞紐流量達到850 m3/s，其中向青龍灣減河分泄710 m3/s，11日6時44 分狼窩分洪閘上水位達到8.92 m，狼窩分洪閘2孔開啟0.5 m，向大黃鋪洼分泄洪水498 m3/s。造成狼窩分洪閘上高水位的原因是青龍灣減河下段淤積及青龍灣減河沿途排瀝，潮白新河黃白橋閘提閘不及時導致下段行洪不暢等。

1994年7月13日北三河中部平原地區降強降雨，潮白河、青龍灣減河、引泃入潮組合流量達到2500 m3/s左右，青龍灣減河土門樓閘出現1060 m3/s洪峰流量，狼窩分洪閘上最高水位達到8.52 m，狼窩分洪閘以下河道強迫行洪，黃白橋閘上最高水位達到6.28 m，洪峰流量1700 m3/s，河道洪峰衰減系數0.7 左右[4，5]。洪水到來前，潮白新河、青龍灣減河河道干枯（只有少量底水），為洪水安全下泄提供了基本保障，但是由于下游河口受到潮汐影響，行洪期間洪水在河道滯留時間較長，黃白橋閘高水位過程近7 d，如果上游后續再有洪水過程，防洪形勢將更加嚴峻。

2012年7月21日北運河局部降暴水，潮白新河出現了1994年之后的較大洪水過程[5]。潮白新河、青龍灣減河等上游組合洪峰流量1880 m3/s，黃白橋閘洪峰流量1170 m3/s，由于本次洪水過程峰高量小，加之黃白橋閘來水前低水位運行，并及時提開閘門迎洪，潮白新河黃白橋閘洪水歷時近5 d，河道洪峰衰減系數0.6 左右。本次過程以青龍灣減河來水為主，潮白新河（含引泃入潮）來水相對比較平穩，青龍灣減河土門樓閘洪峰1080 m3/s，導致青龍灣減河高水位行洪，狼窩分洪閘上最高水位達到8.16 m，土門樓閘至狼窩分洪閘洪峰水位傳播時間約為10 h，土門樓閘至黃白橋閘洪峰傳播時間約為22 h，與歷史洪水的傳播時間比較吻合。

狼窩分洪閘上水位在漲水期間，下游黃白橋閘的同時水位比較低，狼窩分洪閘上至黃白橋閘河段的附加比降為正，且大于退水期間的附加比降，表明本次洪水過程中狼窩分洪閘上的高水位主要是由上游來水量級較大和下段河道淤積阻水造成的，與下游黃白橋閘的水位頂托關系不大。青龍灣減河現狀行洪能力是狼窩分洪閘以上段大于狼窩分洪閘以下段，潮白新河黃白橋閘泄洪比較順暢，狼窩分洪閘以下河道的過水能力偏低，是導致狼窩分洪閘上出現最高水位8.16 m的重要原因之一。

歷史上，1984、1994、2012年的3 次洪水過程共同點是行洪前河道都是低水位，1984年洪水上游來水量級小于1994和2012年，但是由于青龍灣減河下段河道淤積和黃白橋閘提閘泄水時間相對滯后，造成狼窩分洪閘上出現8.92 m 的洪水位，啟用了大黃鋪洼分洪。2012年洪水與1994年洪水比較，反映出過境洪水過程坦化加劇，黃白橋閘的過水能力有所減少。

2.2 黃白橋閘洪水預報

上游潮白新河來水加上左岸引泃入潮來水，幾乎與潮白新河平行的青龍灣減河來水在黃白橋閘右岸匯入，通過黃白橋閘流向下游。為了解決該河段汛期行洪期洪水預報調度問題，天津水文根據歷史洪水資料，選取歷年黃白橋閘提閘暢流期的洪水資料，建立了上游入境控制站吳村閘、土門樓（青）、三河站的洪峰合成流量至黃白橋洪峰流量經驗相關線（洪水傳播時間為18～24 h，2000年），如圖1 所示。由圖1 可以看出，受該河段淤積、改道、閘體維修改建以及人為調度等客觀因素影響，潮白新河歷年行洪過程情況十分復雜，次洪水的代表性、一致性受到嚴重干擾，洪峰流量相關性一般，只能進行簡單的經驗預報預測。2014年，天津水文利用分段馬斯京根法對該河段的洪水過程進行參數率定，由于歷史洪水資料缺乏和實際洪水過程較為復雜，率定成果不理想。

圖1 吳村閘、土門樓（青）、三河站組合洪峰流量至黃白橋洪峰流量相關線

上述2 種方法在近年的洪水預報作業中得到應用，解決了河道行洪能力以下的小洪水的洪水預報預測的實際問題，但是方案比較粗糙，可靠性和適用性較差。

2.3 黃白橋閘現狀泄洪能力分析

采用典型年歷史洪水資料，分析黃白橋閘泄洪能力和該河段的洪水特性。為了盡可能地分析現狀行洪能力，為此選取最近發生的2012年7月洪水過程作為典型年洪水。利用實測洪水過程點繪行洪期（閘門全開、淹沒或自由出流）的閘上水位流量關系線，分析該閘在漲水階段、落水階段不同水位下的現狀出流能力。

本次洪水起漲水位約為3.0 m，水位流量關系呈逆時針繩套，即先出現最大流量后出現最高水位，漲水階段泄流充分，最大流量達到1170 m3/s，然后出現長時間的高水后退水，退水階段下泄流量變幅較大，呈現“S”形變化趨勢，與下游防潮閘受潮汐影響啟閉有關。對漲水、退水階段的水位流量相關性進行了趨勢線模擬，采用線性趨勢性代表現狀條件下黃白橋閘的泄流能力，如圖2所示。

圖2 黃白橋閘敞泄水位流量關系曲線

分析成果初步表明，閘上水位6.0 m 條件下，黃白橋閘下泄能力達到1300～1400 m3/s，與建閘時的設計能力相比有明顯的下降（注：該閘設計能力為閘上水位6.0 m時2100 m3/s）。

2.4 黃白橋閘控制水位分析確定

利用黃白橋閘的泄流關系曲線和黃白橋水位蓄水容積曲線，采用試算法計算黃白橋閘汛期控制水位。其計算公式如下：

式中：W2為控制水位H2下的蓄水量（m3）；W1為排空水位H1下的蓄水量（m3）；Q為H1～H2之間的平均泄流量（m3/s）；Δt為洪水傳播時間（s）。

為了計算黃白橋閘汛期控制水位，以2012年的水位流量關系線代表現狀泄流能力，并采用退水趨勢線，以確保行洪安全。出流為閘門全開，不受上游來水和下游回水影響。閘上排空水位控制在2.70～3.50 m；上游洪水到達該閘的洪水傳播時間作為排放河道蓄水量的時間，試算不同排空水位對應的安全蓄量W2以及相應的蓄水位H2。

按照上述方法計算分析，黃白橋閘上水位在汛期控制在6.00 m 以下，黃白橋閘上河段不同底水預見期內對應安全蓄水位曲線，如圖3所示。

圖3 黃白橋閘上河段不同底水預見期內對應安全蓄水位曲線

通過上述方法計算，黃白橋閘汛期控制水位在5.20～6.00 m，可以兼顧汛前期防洪與蓄水。但是實際河道行洪蓄泄情況非常復雜，黃白橋閘實際控制水位在應用時要視實際情況動態調整。在主汛期來臨前黃白橋閘可適度蓄泄，并以上游洪水入境的傳播時間作為預見期，一旦有較大洪水入境，充分利用該閘的泄流能力，及時提閘敞泄騰空河道，同時潮白新河下段應保持低水位，為上段攔蓄洪水和入境洪水安全下泄提供必要條件，確保汛期防洪安全。當8月中旬主汛期過后，視氣象狀況適時抬升蓄水水位。

3 結論和建議

黃白橋閘控制水位分析成果為該河段兼顧農業和環境蓄水、充分利用雨洪水資源、科學控制閘上蓄水提供了參考依據，汛前期閘上水位控制在5.20～6.00 m已經實際運用并不斷摸索改進。

潮白新河作為行洪河道，汛期確保行洪安全是第一要務。當上游及周邊發生強降雨，根據洪水預報和實時水情及時提開黃白橋閘降低上段河道水位，迎接上游洪水入境。同時，黃白橋閘以下河道相對保持低水位，以保證黃白橋閘在上游洪水抵達前將閘上河道攔蓄的水量快速下泄到下游河道。洪水退水后視天氣預報情況，該閘可適當控泄攔蓄洪水抬升水位，并做好迎接下一場洪水的準備。