通惠河停止為一熱電廠供水對防洪調度的影響探討

北京市城市河湖管理處 馬新浩

一、概況

（一）北京城區的防洪排澇格局

北京市地處華北平原西北端，全市面積1.64萬平方公里，其中山區面積1.00萬平方公里，約占總面積的61%，平原區面積的0.64萬平方公里，約占總面積39%。北京地勢西北高、東南低，西部為太行山山脈，北部和東北部為燕山山脈，中部和東南部為平原。這一地勢特點對暴雨顯著增幅、強對流天氣觸發極其有利[1]。北京中心城區包括東城區、西城區、朝陽區、海淀區、石景山區、豐臺區等六區。近年來，北京極端天氣頻發，特別是中心城區，降雨呈現出強度高、局地性強等特點，并造成不同程度的災害損失。2004年“7·10”暴雨造成市內交通癱瘓；2010年“6·10”暴雨造成城區多處橋區積水；2012年“7·21”特大暴雨，全市16小時平均降雨量170毫米，中心城區平均降雨量215毫米，給城市運行和人民群眾的生命財產造成嚴重損失，對城市水系的防洪排洪安全提出了極大挑戰。北京中心城區分布著通惠河、涼水河、清河、壩河等排水河道，按照北京市防洪排澇格局，洪水調度以“西蓄、東排，南北分洪”為原則[2]。“西蓄”是指通惠河水系玉淵潭以上的雨洪，利用城區西部湖泊、河流、砂石坑等蓄洪，控制洪水進入城區；“東排”是指城區主要洪水由通惠河、清河、壩河涼水河等城區骨干排水河流向東排入北運河；南護城河西段以上洪水，可通過右安門分洪樞紐向涼水河“南分洪”；城區北部洪水，可通過北護城河、小月河、京密引水昆玉段向壩河、清河“北分洪”，并最終排入北運河。

（二）通惠河概況和高碑店閘的防洪功能

通惠河是北京城區東排的骨干河流，通惠河流域面積約264平方公里，干流為通惠河，上游有永定河引水渠、南旱河、京密引水渠昆玉段、南長河、轉河、北護城河、南護城河、前三門暗溝、二道溝等支流。通惠河流域跨石景山、海淀、西城、東城、朝陽、豐臺等六個行政區，范圍包括首都功能核心區等重點區域，因此，能否安全有效排除洪水直接關系到首都防洪排澇安全，影響重大。通惠河起自東便門鐵路橋，向東匯入北運河，全長20.35公里。起點處有東護暗溝、南護城河、前三門暗溝的洪水在東便門附近集中匯入，是中心城區的主要排洪通道[3]。

通惠河高碑店閘以上河段內設有樂家花園、高碑店兩座水文站。樂家花園水文站位于朝陽區大北窯鎮二閘村，始建于1977年，承擔水位、流量等7項觀測任務，其監測的斷面流量是城區洪水預警的發布指標；高碑店水文站位于高碑店閘，始建于1960年9月，承擔水位、流量等項觀測任務。兩座水文站均是海河流域北運河水系通惠河上的控制站，被列為國家基本水位站。

通惠河高碑店閘上游設有東便門橡膠壩、大北窯橡膠壩、大北窯船閘等水利工程。東便門橡膠壩建于1989年，距通惠河起點0.25公里，結構形式為充水壩袋砼雙楔塊錨固梯形曲面堰，過壩設計流量391立方米/秒，校核流量542立方米/秒，主要功能為防洪排澇；大北窯橡膠壩建于1998年，距通惠河起點2.03公里，充水壩袋螺栓壓板雙錨固矩形曲面堰，過壩設計流量448立方米/秒，校核流量622立方米/秒，主要功能為防洪排澇；大北窯船閘與大北窯橡膠壩位于同一斷面，結構形式為平板平開式鋼閘門，用于河道通航，汛期開啟后可發揮防洪排澇功能。高碑店閘距通惠河起點8.08公里，閘前水面寬闊，閉閘蓄水后形成高碑店湖，庫容35萬立方米。高碑店閘為4孔平板舌瓣鋼閘門，閘門寬7.0米，高5.0米（含舌瓣1.0米），20年一遇設計水位30.73米，流量434立方米/秒，100年一遇校核水位32.00米，流量640立方米/秒。在汛期，高碑店閘以上日常維持景觀水位，以下至北運河段不蓄水，且河底高程較低，一般情況下排洪過程中不會頂托上游洪水下泄。因此，可以認為高碑店閘是中心城區洪水調度的末端閘門，是通惠河“東排”最重要的水利工程節點。

（三）一熱電廠與通惠河高碑店閘的關系

原北京第一熱電廠（以下簡稱“一熱電廠”）是新中國在首都建設的第一家高溫高壓熱電聯產企業。一熱電廠位于北京市朝陽區西大望路長安街延長線上，總裝機容量40萬千瓦，供熱能力約2100萬平方米，是北京市重要的集中供熱熱源和電力支撐點，為首都經濟建設和社會發展作出了突出貢獻。為響應北京市2013年至2017年清潔空氣行動計劃，一熱電廠燃煤機組于2015年3月20日關停。由于一熱電廠位于高碑店閘上游通惠河附近，電廠關停前，曾長期以通惠河河水作為機組冷卻用水。為保證電廠從河道內正常取水，高碑店閘需閉閘蓄水，維持上游水位穩定。電廠燃煤機組關停后，供水保障也隨之取消，對高碑店閘的防洪調度產生了重要影響。

二、高碑店閘防洪調度

（一）通惠河為一熱電廠供水期間高碑店閘的調度

電廠燃煤機組運行期間，持續從通惠河抽取冷卻水源，取水口位于高碑店湖上游，為保證供水，高碑店湖需長期控制水位在30.60米以上，距離設計水位30.73米非常接近。在防汛調度時，高碑店閘需在上游水位開始上漲后逐漸增加泄量，同時保證水位不發生大幅下降，影響電廠取水。這種調度方式造成了較大的排洪壓力，一方面，當降雨造成水位上漲時，流域已經開始產流，高碑店閘無法利用降雨開始到產流前的時間段下泄洪水；另一方面，上游水閘泄水時，高碑店閘無法同步開啟閘門，只能犧牲調蓄空間承接來水，造成流量劇增和波動頻繁，尤其是突發短時強降雨，往往呈現洪水總量小但排洪流量大的特點。以2011年8月13日降雨為例，上游流域平均降雨量55.2毫米，高碑店閘洪水總量82.09萬立方米，卻出現建閘以來的最大過閘流量560立方米/秒，高于2012年“7.21”、2016年“7.20”等特大暴雨。

（二）通惠河停止為一熱電廠供水后高碑店閘的調度

電廠燃煤機組關停后，高碑店湖不再承擔電廠的供水任務，調蓄空間明顯增加。根據調度預案，高碑店閘雨中控制水位29.80米至31.00米排洪，并且可以通過雨前預泄，為雨中排洪做足準備。根據水位庫容關系線，分別列出關停前最低水位30.60米和關停后最低水位29.80米的蓄水量，并計算調蓄庫容增加情況見表1按照最低水位從30.60米降低到29.80米計算。通惠河各河段增加調蓄庫容見表1。

表1 通惠河各段調蓄庫容對比（單位：萬m3）

如果再次發生前文所述2013年8月13日的降雨過程，雖然降雨強度大，但洪水總量較少，如果提前泄洪，降低起調水位，增加調蓄空間，將可大幅削減洪峰流量，保障防洪安全。

三、停止供水對高碑店閘排洪的實際影響

選取停止為一熱電廠供水前后的明顯降雨過程，并計算排洪數據，各場降雨排洪情況見表2。

表2 高碑店閘典型降雨排洪情況

對比可知，在實際調度過程中，電廠燃煤機組關停以來，高碑店閘的最大洪流量大幅減小，并且普遍如此，通過通惠河調蓄庫容削峰效果明顯。

統計以上雨洪過程的起調水位情況見表3。

表3 歷年明顯降雨起調水位

由表3可知，電廠燃煤機組關停前后，最高洪水位變化較小，但起調水位整體上降低，是高碑店閘洪峰流量得以削減的重要原因。需要注意的是，當出現突發強降雨，由于無法根據預報實施預泄，仍會出現起調水位較高的情況，需及時泄洪，避免水位上漲過快，流量波動過大。

通過總結和分析電廠燃煤機組關停后的大量雨洪水調度過程，高碑店閘在2018年制訂了防汛預調度方案，措施如下：

（1）當北京中心城區一小時平均降雨量達到或超過20毫米且沒有停止趨勢，高碑店閘可開始預泄洪，增加高碑店湖雨中調蓄空間。

（2）預泄洪流量控制在100立方米/秒以內，水位維持在29.80-31.00米之間。大北窯橡膠壩坍壩運行。

（3）若受降雨匯流影響，在預泄洪過程中水位開始上漲，則按照城市河湖雨洪調度預案執行調度排洪措施。

（4）若雨前接市防汛辦關于應對極端天氣的調度指令（降低水位或放空河道等），按照調度指令執行。

以上預調度方案在近兩年汛期已經發揮作用，今后可繼續在實踐中總結完善，并為其他城區河道的預調度提供參考。

四、結論和建議

通過以上實測資料的對比分析可得出結論：一熱電廠燃煤機組關停后，高碑店閘上游調蓄空間增加，在實際調度中能夠有效削減洪峰流量，為中心城區排洪創造有利條件。結合目前通惠河現狀，提出以下建議：

（1）積極實踐和探索雨前預泄，研究制訂不同降雨過程等預泄方案，提前降低水位，增加調蓄空間。

（2）雨中充分調度，發揮調蓄功能，削減洪峰流量。

（3）河道定期清淤，避免淤積擠壓調蓄空間，保證行洪能力。

今后，通惠河的防洪調度不僅是中心城區排水的重要保障，還將關系到城市副中心的防汛安全。時刻以防汛安全為前提，通過河槽調蓄使洪水平穩下泄，將是高碑店閘調度的長期要求，也是城區防洪需要繼續總結和探索的重要課題。

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防 洪 調 度 flood control operation 運用防洪工程或防洪系統中的設施，有計劃地實時安排洪水以達到防洪最優效果。防洪調度的主要目的是減免洪水為害，同時還要適當兼顧其他綜合利用要求，對多沙或冰凌河流的防洪調度，還要考慮排沙、防凌要求。

①將確保工程安全置于首位；②防護區的洪災總損失最小;③妥善處理防洪與興利的矛盾,在汛期興利服從防洪,防洪兼顧興利；④編制防洪調度方案,嚴格按調度方案進行運用；⑤由于基本資料、水情預報、調度決策等可能存在誤差或失誤,運行時需要留有余地,以策安全。

分洪區運用

分洪區包括有閘控制或臨時扒口兩類。一般以防護區控制點的保證水位或安全泄量作為分洪工程運用的判別指標，當河道實際水位或流量即將超過判別指標時，首先啟用有閘門控制的分洪區。如仍不能控制河道水位,或流量繼續增大時,再使用其他分洪道、分洪區削減超額洪水，以保證重點堤段或防護區的安全。選擇臨時分洪區要以洪災總損失最小為原則，盡先考慮淹沒損失小，靠近防護區上游、分洪效果較好的分洪區，據此安排分洪區的使用順序。當分洪區全部蓄滿后，如洪水仍繼續上漲，需要將分洪區作滯洪區或分洪道使用時，可同時打開下游泄洪閘（或扒口），采取"上吞下吐"的運用方式，或與鄰近分洪區聯合運用的方式，滯蓄超額洪水。