暴雨移植開封洪水模擬分析

閆志霞

（開封市引黃灌區事務中心，河南 開封 475000）

1 概括

中國洪水預報系統是水利部信息中心研究開發的一套具有通用性強、功能全面的洪水預報系統，基于規范化、標準化的軟硬件環境和數據庫管理系統，采用模塊化結構的洪水預報系統，建立了統一的預報模型庫，采用通用的預報方案構建技術，統一的模型參數率定，可對大江大河干流和主要支流的控制站、大型水庫和重要行蓄洪區，沿海主要潮位站等構建不同預報方案，在獲取實測雨水情數據及未來降雨量定量分析的基礎上，通過計算機人機交互界面，實現實時交互式作業預報，提高預報的精度并延長預報預見期，滿足各地防洪減災工作對洪水預報的需求。

2 研究內容

基于中國洪水預報系統，將“7·20”暴雨面分布移植到開封市轄區內（降雨中心在開封市中心），降雨量級、時程分布不變，研究模擬分析“7·20”暴雨對開封市市區內澇影響、防洪河道重要控制斷面洪水過程、洪量計算以及重要風險河段分洪淹沒情況等，模擬分析內容對開封市防御極端暴雨下的城市內澇、超標準洪水、超標準洪水監測預警、防洪規劃、應急預案編制具有重大的警示作用和參考意義。

3 雨量移植計算

依托洪水預報系統軟件，根據相關雨量站經緯度坐標，將鄭州“7·20”暴雨中心置于開封市中心，以此為基準點將“7·20”暴雨面分布平移至開封市轄區內，降雨量級、時程分布不變，“7·20”暴雨降雨時段取7 月17 日8 時至21 日8 時，共4 d。前期影響雨量按一般干旱情況處理，符合“7·20”暴雨期間各流域蓄水情況。

在開封市暴雨移植后，累積雨量大于800 mm的籠罩面積為115 km2、大于600 mm的籠罩面積為1 154 km2、大于400 mm的籠罩面積為2 793 km2，小于400 mm的籠罩面積為3 651 km2。

雨量移植后，開封市各主要匯流單元的不同時段雨量取值為：惠濟河群力節制閘4d 累計面平均雨量568 mm，最大日降雨量為352 mm，最大日降雨發生在7月20日，最大1 h降雨量為7月20日14時的65 mm。惠濟河群力-羅寨節制閘區間4天累計面平均雨量425 mm，最大日降雨量為195 mm，最大日降雨發生在7月20日，最大1 h降雨量為7月20日12時的49 mm。惠濟河羅寨-李崗節制閘區間4天累計面平均雨量290 mm，最大日降雨量為181 mm，最大日降雨為7月20日，最大1 h降雨量為7 月20 日12 時的32 mm。賈魯河后槽節制閘以上4 天累計面平均雨量398 mm，最大日降雨量為205 mm，最大降雨量發生在7 月20 日，最大1 h 降雨量為7 月20 日19 時的43 mm。渦河裴莊節制閘以上4 天累計面平均雨量375 mm，最大日降雨量為334 mm，最大日降雨量發生在7月20日，最大1 h降雨量為7 月20 日17 時的83 mm。廢黃河代莊樞紐以上4 天累計面平均雨量370 mm，最大日降雨量為168 mm，最大日降雨量發生在7月20日，最大1 h降雨量7月20日13時的19 mm。

3.1 開封市城區淹沒分析

分析研究得出，城區淹沒面積為115 km2，平均淹沒水深0.61 m，最大淹沒水深為2.78 m，總淹沒水量達0.92 億m3。其中0.23 億m3經惠濟河進行下泄，剩余0.69 億m3的水量須經城市排澇系統排泄。

根據開封市城市總體規劃，開封市排水體制根據不同區域分別采取雨污合流制和雨污分流制。開封市城市管網系統根據排水現狀按區分別設置，即：舊城區、東工業區、西開發區、鐵南區、杏花營組團、邊村組團。舊城區和鐵南區仍主要采取雨污合流排水體制，僅有部分地段形成雨污分流體制。城市其他地區均采用雨污分流排水體制。根據統計全市現有污水泵站或雨、污泵站總排水能力為185.87 m3/s。其退水過程如表1所示。

表1 開封市城區退水過程表單位：億m3

按照開封市最大185.87 m3/s 的排水速度進行城市積水排泄，最快需要4.30 d可完成，其城市積水經泵站排水至惠濟河，可形成最大流量為185.87 m3/s的洪水過程，隨著各地區積水量的逐步減少，惠濟河流量逐漸降低。

強降雨造成開封市城區內澇嚴重，交通癱瘓，嚴重影響城區正常運轉，甚至會引發危舊房屋倒塌，地下設施進水，斷水、斷電、斷氣等重大安全事故，若轄區內地質結構復雜，還易形成嚴重的地質災害，因此需做好暴雨應急預案，以應對可能出現的極端天氣情況。

3.2 主要內河防汛河道洪水模擬分析

3.2.1 惠濟河

惠濟河三個主要控制點群力閘（樁號17+184）、羅寨閘（樁號34+200）和李崗閘（樁號54+426），控制流域面積分別為366.60 、566.30 、1 341.40 m2。

群力節制閘模擬的洪峰流量169 m3/s，洪量0.23 億m3，洪峰出現時間是7月20日16時。河道現狀行洪能力160 m3/s，可以通過惠賈渠和鐵底河進行分洪，降低惠濟河河道防洪壓力，其中惠賈渠口最大分洪量13.36 m3/s，鐵底河最大分洪量3.63 m3/s，滿足分洪需要。

羅寨節制閘模擬的洪峰流量258 m3/s，洪量0.35 億m3，洪峰出現時間是7月20日19時。河道現狀行洪能力為220 m3/s，須采取分洪措施，最大分洪流量38 m3/s。一方面可通過幸福渠分洪，但分洪量極為有限；另一方面，根據蓄滯洪水對區域的基本自然條件要求，綜合確定模擬分洪區，模擬分洪區淹沒面積9.79 km2，分洪量0.05億m3，平均淹沒水深0.51 m，最大淹沒水深0.82 m。

李崗節制閘模擬的洪峰流量798 m3/s，洪量1.20億m3，洪峰出現時間是7月20日22時。根據河道現狀行洪能力（220 m3/s），須采取分洪措施，最大分洪流量578 m3/s。李崗節制閘來水主要由上游來水及支流淤泥河來水組成，必要時需調節淤泥河黑木節制閘和謝寨節制閘控制下泄流量，以減輕李崗節制閘下游河段防洪壓力。上游來水可通過，位于李崗閘上游約2 km 處的東風干渠進行分洪。但是由于分洪水量較大，仍需分洪。綜合考慮確定模擬分洪區淹沒面積為9.59 km2，分洪洪量為0.87億m3，淹沒最大水深4.10 m，平均水深2.90 m。

3.2.2 賈魯河

賈魯河上主要控制節點為后槽節制閘（樁號122+820），后槽閘斷面控制流域面積620 km2，基于降雨時程分布，采用中國洪水模擬系統模擬斷面洪水過程，模擬的洪峰流量328 m3/s，洪量0.44 億m3。現狀過流能力200 m3/s，多余的128 m3/s 流量需進行分洪，洪量為0.18 億m3。綜合考慮后確定賈魯河模擬分洪區域位于在尉氏縣前曹村，淹沒面積為11.16 km2，淹沒最大水深2.45 m，平均水深1.61 m。

3.2.3 渦河

渦河上主要控制節點為裴莊節制閘（樁號54+092），裴莊閘斷面控制流域面積448 km2，防洪標準20 年一遇，過流能力為254 m3/s。基于降雨時程分布，采用中國洪水模擬系統模擬斷面洪水過程，模擬的洪峰流量280 m3/s，洪量0.35 億m3。超過斷面最大過流能力，為保證該段河道的基本安全，多余的26 m3/s 流量需進行分洪，洪量為0.04 億m3。綜合考慮確定渦河模擬分洪區域兩處，一處淹沒面積46.12 km2，淹沒最大水深0.41 m，平均水深0.09 m；另一處分洪區面積為18.34 km2，淹沒最大水深0.84 m，平均水深0.28 m。

4 遭遇極端暴雨對策及建議

一是健全預警模式，建立有效的全要素預報預警預演預練的智慧分析能力。針對不同降雨量級情況，做好雨水情應急預案，充分發揮水文系統的耳目尖兵功能，及時準確進行水文信息的監測和傳輸，及時滾動發布洪水預報，為工程調度提供依據。目前《開封市水旱災害應急預案》及《惠濟河超標準洪水防御預案》《賈魯河超標準洪水防御預案》《渦河超標準洪水防御預案》《雙洎河超標準洪水防御預案》已編制完成，建議每年對預案根據實際情況及時更新調整，并建立健全有效的全要素“四預”的智慧分析能力。二是加強應急力量建設，開展防汛應急演練。建立健全專家隊伍，通過專題培訓、實戰演練加強應急隊伍專業化建設。加快完善應急預案體系，組織實戰化演練，提高應急處置能力。強化物資儲備，全面提升抗災減災能力。三是加強水利信息化建設。加強水利信息化建設，實現降雨、流量等雨情水情的自動監測、自動報汛，做到及時發現、及時上報、及時預防、及時撤離。加快建設開封市境內尤其是惠濟河流域智慧水利信息平臺，切實解決開封市城區及祥符區唯一排洪河道惠濟河極其重要支流水利信息化建設薄弱的突出問題，為開封水利在防汛減災、水資源管理、水利工程運營管理、智慧灌區建設等提供數據支撐與基礎保障服務。同時做好雙重保障措施，如暴雨區雨量站、水文站自動監測沒有實現設施設備雙配套，在極端暴雨洪水條件下可能出現通信中斷情況，應加快北斗雙信道建設，確保信息準確快速的傳遞。