鴨綠江感潮河段行洪能力分析及預報方法研究

鮑志偉

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118001)

1 概述

丹東市位于鴨綠江流域下游感潮河段旁，其每年洪水頻發、多發。鴨綠江流域水量充沛，每年主汛期常發生暴雨洪水，洪水過程與潮水漲落形成洪潮共同作用的漲水過程，其水位流量關系復雜，為丹東市城區防洪安全帶來諸多安全問題[1]。丹東潮水站位于丹東市城區沿江路中部，其設站主要是為研究鴨綠江丹東地區潮汐變化，并為防汛及河道航運提供潮位資料[2-5]。鴨綠江河段潮汐為非正規半日潮，晝夜兩漲兩落，每潮次相隔12h[5-7]。丹東站大小潮每月隨日期不同而周期地變化，其潮齡約為3d，大潮一般發生在朔、望后3d，即農歷初三和十八日[8]。小潮一般發生在上弦、下弦后2～3d，即農歷初九、初十和二十四、二十五日[9-11]。2010年丹東站發生了有資料以來的第二大洪水過程，8月3—22日期間上游來水持續增大，洪潮共同作用時間長[13-14]。丹東城區共有防洪壩門45處，根據洪水位封堵不同閘底高程壩門，以保證洪水不入城區。丹東站肩負丹東市城區的防洪預警，壩門啟動封堵的警戒水位為5.0m[15]。為此研究洪潮共同作用下的丹東站潮位變化規律，實現精準的丹東站潮水位預報，關系到丹東城區防洪安全。為此開展丹東站洪潮過水能力分析及洪潮共同作用下的潮水位預報，對丹東市城區防洪安全及航道通行安全具有重要意義。

2 丹東站洪潮相互作用特點

2.1 洪水壓潮特性分析

丹東站處在感潮河段，當上游洪水向下游傳播過程中，由于受到下游潮汐作用頂托，流速變小，由單向流變為往復流，潮區界與潮流界也隨著洪枯水季節變化以及潮汐的周期變化發生遷移。同樣海洋潮波帶著自身能量進入河口，潮水不斷向河道內上游傳播，受到河床、水深及徑流的共同作用，能量被消耗，表現出潮差沿程變小，漲潮歷時變小，落潮歷時增大現象。為分析丹東站實際發生洪潮共同作用下潮位變化情況[12]，選取2010年丹東站實際發生洪水情況進行部分摘錄分析。2010年丹東站共發生洪水6次，持續時間長，8月4日至9月2日期間，上游持續維持4000m3/s以上的流量過程，其低潮過程全部失潮，高潮部分潮汐不明顯或完全失去潮形。如圖1—3所示，在8月2日23時前流量小于20003/s，各高低潮形沒有發生變化，3日11時流量達38003/s時，低潮開始失去潮形，明顯高于無洪水影響情況。后續洪水的持續增加，逐漸對高潮產生影響，到流量到達12000m3/s以上時，丹東站高低潮形全部失去。

具體影響潮位及影響流量見表1。

表1 失潮影響潮位流量統計表

2.2 低潮期行洪能力分析

資料選取：選取各洪水過程低潮前的潮位及過水斷面流量作為分析數據。理論假設在低潮平潮前，斷面流量流態接近天然河道過水情況。以此假設為基礎建立低潮水位流量關系。

通過選取近10年丹東站低潮時丹東潮水位站水位與流量情況，綜合分析作為近似天然河道過水能力情況，結合歷史分析情況點繪水位流量關系曲線，如圖4所示。近10年過水能力與天然河道洪水調查利用曼寧公式推求的水位流量關系線基本重合。說明丹東站河段最低潮過水能力與天然河道過水能力接近，說明低潮平潮期河段接近天然河道情況，潮汐影響最小。

圖1 丹東站2010年潮汐過程線

圖2 丹東站2010年流量過程線

圖3 丹東站2010年潮汐過程線

圖4 丹東潮水站水位流量關系曲線

通過圖4可知，低潮水位流量關系接近洪水調查計算成果，高中低水擬合較好，可見選擇數據及假設接近天然河道基本成立。其形成的水位流量關系與曼寧公式推導計算成果一致，可以合并使用。

2.3 高潮期行洪能力分析

資料選取：選取多年實測洪水過程的丹東潮水站洪水流量及潮位過程資料。建立水位流量關系，通過點群中心建立擬合關系，發現中低水點位較多，高水發生較少。其高水點位與曼寧公式推求的水位流量關系基本重合，說明洪潮共同作用過程中，洪水量級的增加對潮水的影響作用不斷加強，當洪水到達一定量級時，其潮水過程完全消失，河道接近天然河道過水斷面情況。取1957—2019年最大洪水過程發生時的丹東站實際發生潮位建立潮水位流量關系，通過點群中心做關系線，其上部與洪水調查推求關系線基本重合。如圖4所示。

2.4 洪潮關系曲線應用

2.4.1丹東站低潮預報

當丹東站上游發生較大洪水過程時，通過洪水河道驗算，計算洪水過程到達丹東站的洪水過程。根據以上資料分析，洪水量級在2000m3/s以上才會影響低潮過程，以下不影響低潮變化過程。為此當發生2000m3/s以上流量經過丹東站斷面時，其低潮潮位可查算丹東站低潮水位流量關系作為丹東站低潮可能發生水位。

2.4.2丹東站高潮預報

丹東站高潮預報尤為重要，其關系到丹東主城區防洪安全。通過以上資料分析可知當丹東站斷面過水超過7000～12000m3/s時，對高潮潮位開始發生影響，當洪水達12000m3/s時高潮潮形完成消失，此時丹東潮位在5.10m，統計發現其歷史最大天然高潮在5.10m左右，符合實際情況。通過以上分析，當上游發生洪水7000m3/s以上洪水過程與高潮潮位疊加發生時，查歷年洪水實測洪水流量關系線。

3 結論

(1)當丹東站斷面流量高于2000m3/s時，其低潮潮位可通過丹東站低潮水位流量關系進行查算。當流量高于7000m3/s時，洪水和高潮潮位產生疊加效應，丹東站高潮位預報建議結合歷年洪水實測洪水流量關系線進行校正。

(2)丹東站的潮汐預報在應用過程中建議綜合考慮潮水周期的大小潮變化，對其預報成果做適度修正，大小潮期適度增減5%，同時根據風暴潮潮水增量進行適度調整。

(3)丹東站高潮增水是其河道行洪能力影響的關鍵因素，需要在以后的研究中增加對增水影響的定量研究。