薊運河洪水預報預警現狀分析

于福民

（天津市水文水資源管理中心，天津 300074）

薊運河水系是天津市境內唯一具有山區防洪、平原排瀝、河口擋潮的行洪排瀝河道。2021 年汛期，該河系發生了1996 年以后的最大洪水，天津域內的于橋水庫、楊莊水庫相繼超過汛限水位后棄水，導致泃河、州河及薊運河干流高水位行洪排瀝，防御洪澇形勢嚴峻。針對嚴峻汛情，天津水文部門開展了于橋水庫、楊莊節潛水庫的產匯流預報、九王莊河道匯流預報、河口薊運河閘的最高洪水位估報等洪水預報預警作業，相關預報成果為防洪調度決策提供了支撐。為了應對未來可能出現的大洪水，針對薊運河的歷史洪水特性和現狀河道情況，筆者再次梳理天津境內的重要預報預警節點，探求切合實際的洪水預報預警方法，解決該河系的洪水預報預測預警難題，為各級防御洪澇災害部門提供技術支撐。

1 薊運河基本情況

薊運河有兩個源頭，即泃河和州河，泃河發源于河北省興隆縣境內的青灰嶺，州河發源于河北省遵化市北部的燕山山脈南麓。泃河、州河流經興隆、平谷、三河、遵化、薊縣、寶坻等縣市區，在天津寶坻區張古莊匯流后稱薊運河，于天津塘沽北塘匯入永定新河入海[1]。薊運河干流左岸有蘭泉河、雙城河、還鄉新河匯入，右岸下游有箭桿河匯入。下游有曾口河、衛星引河、西關引河與南部的潮白新河聯通。

2 薊運河典型洪水及洪水特性

2.1 歷史上大洪水[2-4]

1964 年8 月泃河大洪水，泥河水文站洪峰流量625 m3/s，洪量0.522 億m3；1969 年泃河大洪水，泥河水文站洪峰流量896 m3/s，洪量0.356 m3。1978 年7—8 月州河大洪水，于橋水庫最大入庫洪峰流量1 650 m3/s，入庫洪水總量8.44 億m3。1996 年8 月，于橋水庫入庫洪水總量6.09 億m3，最大入庫洪峰流量1 720 m3/s，出現歷史最高洪水位22.62 m，最大下泄流量250 m3/s；州河、泃河兩岸限制排瀝給洪水讓路，州河洪水漫過楊津莊節制閘下泄；8 月7 日九王莊閘最大下泄流量301 m3/s，8月10日出現最高水位8.52 m，受河口潮汐影響薊運河干流高水位行洪過程近20 d。

2.2 洪水特性及水利工程現狀

薊運河山區洪水匯流時間短，陡漲陡落，峰量比高。于橋水庫等3座大型水庫控制面積占山區面積的70%，除泃河西部山區（北京平谷縣）外，山區洪水基本得到控制。水庫入庫過程影響因素比較復雜，于橋水庫多以復式洪峰為主，海子、邱莊水庫多以單洪峰為主。洪水出山后進入中下游地區行進緩慢，行洪河道兩岸束堤，極容易漫堤或決口。沿途洪水匯入支流多，河道匯流路徑曲折冗長，泃河最為明顯。中下游地區平原河道洪水與瀝水遭遇概率高。薊運河干流九曲十八彎，河道調蓄能力強，小水深槽行洪，大水上灘，行洪緩慢。薊運河干流河道地勢低洼，洪水下泄入永定新河受到永定新河閘前水位和閘下潮汐影響。中下游河道堤防現狀不達標，防御超現狀標準洪水風險較高。

3 洪水預報預測方案

洪水預報作為非工程措施，在防御洪水中發揮重要的作用。依托目前的水情報送站網，根據薊運河洪水調度方案所依據的水文控制點作為建立洪水預報預測方案的節點，圍繞著這些關鍵節點，逐步完善優化或建立洪水預報方案，結合實時水情監視、滾動分析預報預測洪水走勢、發布洪水預警，為防御洪澇災害提供情報預報服務支撐[5]。

3.1 州河于橋水庫以上洪水預報方案

于橋水庫洪水預報模型已經在《中國洪水預報系統》上集成，模型包括區域降雨徑流模型和分布式新安江模型，實現了上游般若院、上關、龍門口水庫區域洪水預報，以及各水庫不同調度條件下前毛莊、水平口、淋河橋、于橋水庫來水過程的聯合調度預報和于橋水庫調洪演算。同時，可以實時預報入庫洪量、入庫洪峰及峰現時間、洪水歷時等。

根據于橋入庫預報洪水過程計算洪水重現期，分析是否達到洪峰或洪量預警指標，詳見表1。例如，預報于橋入庫洪峰流量1 500 m3/s（或W7洪量1.70億m3），超出5 a一遇洪水，則提出四級洪水預警建議。

表1 于橋水庫站洪水（洪峰或洪量）預警指標

或經過于橋水庫調洪演算，模擬水庫最高洪水位及出現時間，分析是否達到水位預警指標，進而提出洪水預警建議，詳見表2。根據實時水情滾動修訂洪水預報成果，提出新的預警級別建議。

表2 于橋水庫站洪水（水位）預警指標

3.2 泃河楊莊截潛水庫洪水預報方案

楊莊截潛水庫洪水預報模型已經在《中國洪水預報系統》上集成，為降雨徑流相關和河道匯流模型，該方案是2017 年由北京市海子水庫洪水預報模型縮小移植而來的，實現了入庫洪水過程預報和水庫調洪演算。同時，可以實時預報入庫洪量、入庫洪峰及峰現時間、洪水歷時等。以楊莊截潛水庫汛限水位、設計水位、正常高水位、校核水位作為預警指標，詳見表3。

表3 楊莊截潛水庫站洪水預警指標

3.3 泃河海子水庫洪水預報方案

根據《京津冀水文合作協議》規定，泃河海子水庫洪水預報成果由北京市水文部門提供。

3.4 泃河三河站洪水預報方案

三河水文站是海河流域防洪規劃泃河上的重要洪水控制站，洪水主要由海子水庫以上來水、西部山區的錯河等支流匯入。該站的洪峰洪量大小關系到是否啟用泃河辛撞閘分洪，關系到是否啟用南周莊分洪閘或桑梓口門向青淀洼分洪等，因此三河站的洪水預報至關重要。根據《京津冀水文合作協議》規定，三河站洪水預報成果由河北省水文部門提供。

目前，三河站尚無常規的洪水預報方案，需借助“以測補報”手段進行預報。重點關注海子水庫—三河區間的實時暴雨過程，采用于橋或海子水庫預報方案進行區間徑流估報。實時監控三河站的徑流過程，采用自回歸分析法滾動預報該站水位流量變幅。

3.5 九王莊以上區間預報方案

九王莊水文站是州河和泃河（含鮑邱河來水及兩岸排澇）的重要控制站，其水位流量決定著州河和泃河兩岸是否采取限制排水措施、是否向青淀洼分洪等。

州河于橋水庫下泄洪水至九王莊傳播時間為20 h 左右，采用分段馬斯京根法演算至九王莊或平推20 h作為九王莊預報過程。泃河三河水文站流量大于830 m3/s 時，泃河辛撞閘分洪過程采用分段馬斯京根法演算至九王莊，洪水傳播時間24 h左右；鮑邱河西羅屯采用分段馬斯京根法演算至九王莊，洪水傳播時間24 h左右。三股洪水同時段疊加得到九王莊流量預報過程。同時，借助“以測補報”方法對預報結果進行實時修正。

實時監控該區間的實時暴雨過程，采用降雨徑流系數法估算區間徑流量，評估兩岸的排瀝及支流匯入，分析確定區間降雨對下游九王莊洪峰流量的貢獻。

實時監控州河沿線山下屯閘、楊津莊閘，泃河沿線邵家莊分洪閘、南周莊分洪閘等水情報訊站的實時水位漲落幅度和調度情況，滾動預報九王莊站的水位流量過程，根據九王莊站洪水預警指標提出洪水預警建議，詳見表4。

表4 九王莊站洪水預警指標

3.6 還鄉河邱莊水庫、小定府莊以上預報方案

根據《京津冀水文合作協議》規定，邱莊水庫站和小定府莊站預報結果由河北省水文部門提供。

3.7 薊運河新防潮閘水位預報方案

薊運河干流作為行洪排澇的復式河道，九王莊閘為上口，沿途有蘭泉河、雙城河、箭桿河、還鄉新河匯入，下游有曾口河、衛星引河、西關引河與潮白新河互通，沿途設有小河口、張頭窩、大盤龍、閆莊、蘆臺、漢沽等水位遙測站點，下口由新防潮閘控制。由于九王莊—新防潮閘之間排澇流量占比達到50%以上，排澇以機排為主，排水受當時農田積水程度、河道容量等多種因素影響，排澇過程受人工影響嚴重。并且薊運河閘的出流嚴重受到永定新河河口水位和永定新河防潮閘啟閉的影響，經常導致薊運河干流下段河道水位壅高，行洪排澇受阻，威脅兩岸堤防安全。

該河段洪水預報方案采用“以測代報”滾動預報方案。

（1）確定薊運河閘上高水位出現時機。天津沿海潮汐遵從“漲五落七”規律，當永定新河防潮閘閘上水位與閘下落潮水位持平時提閘行洪，與閘下漲潮水位持平時閉閘擋潮。行洪排澇期間，參照永定新河防潮閘閘下潮汐預報，確定防潮閘提閘時機和閉閘時機，一般情況下防潮閘提閘行洪6～7 h、閉閘擋潮5～6 h，閉閘期間下游河道形成壅水，薊運河閘上出現高水位（此時薊運河閘處于開啟狀態）。為防止洪水倒灌而關閉薊運河閘后水位回升，在該閘具備再次提閘行洪時將出現高水位。

（2）充分利用沿途九王莊、張頭窩、小河口、小定府莊、薊運河閘水文站點的實時水情信息，大盤龍、蘆臺、漢沽等遙測水位站的實時信息，了解各區實時排瀝、主要支流的匯入水量，分析沿途站點水位的變化趨勢和預見期內的洪澇水增量，預報薊運河閘上高水位，為兩岸限制排澇及下游閘群錯峰調度提供參考依據。

4 結論

2021 年薊運河水系發生的較大洪水表明未來發生大洪水的概率在增加，天津水文部門要汲取2021 年防御洪澇災害的經驗和教訓，強化“四預”支撐[5]，完善水情服務體系和專業隊伍建設，大力開展“以測補報”，實行專家經驗預報與模型預報相結合、洪水預報與洪水調度相結合，解決中下游洪水受到水利工程調控和河網化影響后洪水預報難題，為各級水旱災害防御部門提供優質服務。