辽河干流石佛寺至盘山闸段河道安全度汛分析

孙成强

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

辽河石佛寺至盘山闸段河道全长271.6km，河道行洪宽度1060～4720m。两岸河滩地均为辽河冲积而成，土地肥沃。从二十世纪五六十年代开始，辽河河滩地农业耕种便已形成规模，逐步建成大批民堤和围堤。二十世纪八十年代辽河整治对全河开展了清障，但实施效果不佳，主行洪区至大堤间套堤依然存在，严重影响行洪[1-4]。

目前主行洪通道内所有高于滩面的套堤已全部拆除；远期清障目标为清除河道范围内所有套堤，考虑到辽河主行洪通道以外至堤防间套堤基本均为封闭的套堤，套堤内除林地为护堤防浪林权属为水利以外，其余全部为两岸居民耕地，耕地多数为集体耕地，部分为基本农田，地方政府和群众对套堤较为依赖，致使历次清障均难以达到效果[5-8]。从当下实际情况看，尽管清障从法律和政策层面是合理合法的，但是实际实施可行性很低。考虑到近期完成河道清障难度较大，在河道清障完成前，通过河道安全度汛分析，为下游群众做好预警预报，指导当地各级政府组织好逃避险工作，具有较大的现实意义，也为辽河干流防汛工作提供可靠的技术支撑。

本次研究首先通过河道洪水演进数学模型分析河段套堤的保证流量，得出确保绝大部分套堤安全的保证流量；再通过石佛寺水库调洪演算，分析在保证石佛寺水库下泄流量不大于此套堤保证流量的情况下水库的最大入库流量。对小于此流量的洪水进行调节，在近期洪水调度中尽量降低套堤内耕地损失，为辽河干流安全度汛提供参考。

1 分析方法

本次分析计算采用MIKE11数学模型，辽河干流除河口局部段受潮水影响比较大，其余段均为洪水控制区域，辽河河道较宽，发生洪水时流心线比较单一顺直，水流横向运动较少，因此计算模型可采用一维数学模型[9-10]。采用2010年实测洪水位校正后的数学模型以及2013年滩地高程(大断面位置)成果，根据本次现场调查及测量结果，对于数学模型地形进行率定，推算不同流量级下(恒定流)各河道断面洪水位。

辽河套堤从二十世纪五六十年代开始建设，逐渐形成大大小小的民堤和围堤，但由于建设年代久远，通过现场踏勘大部分套堤存在破堤现象，当地百姓为了便于农业生产，在套堤多处破堤形成道口，另外由于近年对辽河套堤开展了1050线内清障任务，线外则保留原有套堤，因此出现部分套堤断堤现象，套堤封闭区域被打开，线内保护区域采取了封育措施，将其做为河滩地，纳入主行洪区。本次分析过程中，为客观评价套堤保证水位及相应保证流量，设定将穿越套堤的道口及缺口在防汛期间采取紧急措施，进行临时封堵，以右岸55#套堤(R131/后皮屯)为例，套堤全长7.3km，实测成果中有1处43.5m断堤，10处穿堤道口，高差约2m，该种情况滤除10个道口高程点及1处断堤高程点，选取其余处最低点做为套堤的堤顶高程；对于现状套堤出现大段堤顶高差1～2m，以右岸58#套堤(R122/季家房)为例，套堤全长1.7km，实测套堤中1+164-1+700处套堤高差约2.0m，长度500m，该种情况下堤顶高程以较低段套堤顶高程为准。

结合历次洪水套堤破坏情况，综合分析套堤筑堤土料、尺寸、建设年代等影响套堤安全的因素，选定套堤安全加高为0.3m，推算出各套堤保证水位，利用上述建立完成的河道数据模型，确定各套堤保证流量。

2 成果分析

2.1 现状套堤保证流量分析

石佛寺水库至盘山闸段套堤保证流量多集中在1000～2000m3/s，其中1000m3/s以下河段占比8.5%；1000～2000m3/s河段占比51.7%；2000～3000m3/s河段占比23.7%；3000m3/s以上河段占比16.1%。

石佛寺坝下-柳河口段区间保证流量为975～6200m3/s，左、右两岸均存在5处卡点；柳河口-卡力马段区间保证流量为1156～3300m3/s，左、右两岸各存在1处卡点；卡力马-盘山闸段区间保证流量为673～2600m3/s，左、右两岸均存在5处卡点。区间保证流量呈递减趋势，与区间沿程洪峰折减规律相一致，说明本段区间保证流量较为合理。石佛寺水库至盘山闸段不同河段保证流量成果见表1。

本次分析过程中，兼顾上下游、左右岸，结合实际地形，综合考虑在卡点内选取适当的保证流量做为安全泄量值。根据上述22处卡点的保证流量分布，筛选出保证流量小于1000m3/s的卡点，按照保证流量由小到大的顺序进行排列，排序结果见表2。结合实测地形图得出，前6处套堤均处于1050线内，本次分析可将该部分区域视为滩地行洪区，暂不列入保护范围，而54-1#套堤位于最上游断面，且不在1050线内，属于封闭完好套堤，因此将其保证流量975m3/s做为本次分析的安全泄量值。

表1 石佛寺水库至盘山闸段不同河段保证流量成果表 单位：m3/s

表2 石佛寺水库至盘山闸段套堤(保证流量小于1000m3/s)成果表

2.2 石佛寺水库安全度汛调度分析

调洪边界条件：①空库迎洪，水库最大下泄量不超过本次分析的套堤安全泄量值975m3/s。②水库最高洪水位不超过50.22m。(此水位为水库100a一遇设计洪水位，决定水库的坝顶高程。)

通过调洪计算，石佛寺水库坝址4a一遇洪水(洪峰流量为1310m3/s)刚好满足上述边界条件要求；5a一遇以上洪水不满足上述边界要求。4a一遇洪水最高库水位50.08m，小于100a一遇设计洪水位50.22m，满足坝体自身安全要求，调洪成果见表3，水库闸门控制运用方式见表4。

表3 石佛寺水库不同频率洪水调节成果

表4 2018年度石佛寺水库汛期调度运行方式

3 结论

(1)本次分析利用2011年实测河道大横断及2013年实测套堤测量成果，对2010年洪水进行复核，建立河道数学模型，推算各套堤最大安全泄流量，在兼顾上下游、左右岸套堤的前提下，结合实际地形，综合考虑提出安全泄量建议值为975m3/s。

(2)根据水文预报，当预报洪水频率为4a一遇及以下洪水时，按照表4的石佛寺水库闸门运用方式下泄洪水，在保证坝体自身安全的前提下，可保证下游套堤安全；当预报洪水为5a一遇及以上洪水时，无法保证下游套堤安全。

(3)在水库泄洪过程中由于洪水具有不确定性，为保证水库坝体自身安全，当库水位上升到50.10m，必须加大泄流量，适当多开泄洪闸门，使下泄流量等于或略大于此时入库流量，保证水库水位不再升高。

(4)本次采用一维数学模型MIKE11模拟计算套堤影响下的河道过流能力，对局部段地形复杂，套堤分布较多河段考虑不足。今后可进一步细化方案，采用MIKE FLOOD一二维耦合分析计算。