鸭绿江感潮河段行洪能力分析及预报方法研究

鲍志伟

(辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118001)

1 概述

丹东市位于鸭绿江流域下游感潮河段旁，其每年洪水频发、多发。鸭绿江流域水量充沛，每年主汛期常发生暴雨洪水，洪水过程与潮水涨落形成洪潮共同作用的涨水过程，其水位流量关系复杂，为丹东市城区防洪安全带来诸多安全问题[1]。丹东潮水站位于丹东市城区沿江路中部，其设站主要是为研究鸭绿江丹东地区潮汐变化，并为防汛及河道航运提供潮位资料[2-5]。鸭绿江河段潮汐为非正规半日潮，昼夜两涨两落，每潮次相隔12h[5-7]。丹东站大小潮每月随日期不同而周期地变化，其潮龄约为3d，大潮一般发生在朔、望后3d，即农历初三和十八日[8]。小潮一般发生在上弦、下弦后2～3d，即农历初九、初十和二十四、二十五日[9-11]。2010年丹东站发生了有资料以来的第二大洪水过程，8月3—22日期间上游来水持续增大，洪潮共同作用时间长[13-14]。丹东城区共有防洪坝门45处，根据洪水位封堵不同闸底高程坝门，以保证洪水不入城区。丹东站肩负丹东市城区的防洪预警，坝门启动封堵的警戒水位为5.0m[15]。为此研究洪潮共同作用下的丹东站潮位变化规律，实现精准的丹东站潮水位预报，关系到丹东城区防洪安全。为此开展丹东站洪潮过水能力分析及洪潮共同作用下的潮水位预报，对丹东市城区防洪安全及航道通行安全具有重要意义。

2 丹东站洪潮相互作用特点

2.1 洪水压潮特性分析

丹东站处在感潮河段，当上游洪水向下游传播过程中，由于受到下游潮汐作用顶托，流速变小，由单向流变为往复流，潮区界与潮流界也随着洪枯水季节变化以及潮汐的周期变化发生迁移。同样海洋潮波带着自身能量进入河口，潮水不断向河道内上游传播，受到河床、水深及径流的共同作用，能量被消耗，表现出潮差沿程变小，涨潮历时变小，落潮历时增大现象。为分析丹东站实际发生洪潮共同作用下潮位变化情况[12]，选取2010年丹东站实际发生洪水情况进行部分摘录分析。2010年丹东站共发生洪水6次，持续时间长，8月4日至9月2日期间，上游持续维持4000m3/s以上的流量过程，其低潮过程全部失潮，高潮部分潮汐不明显或完全失去潮形。如图1—3所示，在8月2日23时前流量小于20003/s，各高低潮形没有发生变化，3日11时流量达38003/s时，低潮开始失去潮形，明显高于无洪水影响情况。后续洪水的持续增加，逐渐对高潮产生影响，到流量到达12000m3/s以上时，丹东站高低潮形全部失去。

具体影响潮位及影响流量见表1。

表1 失潮影响潮位流量统计表

2.2 低潮期行洪能力分析

资料选取：选取各洪水过程低潮前的潮位及过水断面流量作为分析数据。理论假设在低潮平潮前，断面流量流态接近天然河道过水情况。以此假设为基础建立低潮水位流量关系。

通过选取近10年丹东站低潮时丹东潮水位站水位与流量情况，综合分析作为近似天然河道过水能力情况，结合历史分析情况点绘水位流量关系曲线，如图4所示。近10年过水能力与天然河道洪水调查利用曼宁公式推求的水位流量关系线基本重合。说明丹东站河段最低潮过水能力与天然河道过水能力接近，说明低潮平潮期河段接近天然河道情况，潮汐影响最小。

图1 丹东站2010年潮汐过程线

图2 丹东站2010年流量过程线

图3 丹东站2010年潮汐过程线

图4 丹东潮水站水位流量关系曲线

通过图4可知，低潮水位流量关系接近洪水调查计算成果，高中低水拟合较好，可见选择数据及假设接近天然河道基本成立。其形成的水位流量关系与曼宁公式推导计算成果一致，可以合并使用。

2.3 高潮期行洪能力分析

资料选取：选取多年实测洪水过程的丹东潮水站洪水流量及潮位过程资料。建立水位流量关系，通过点群中心建立拟合关系，发现中低水点位较多，高水发生较少。其高水点位与曼宁公式推求的水位流量关系基本重合，说明洪潮共同作用过程中，洪水量级的增加对潮水的影响作用不断加强，当洪水到达一定量级时，其潮水过程完全消失，河道接近天然河道过水断面情况。取1957—2019年最大洪水过程发生时的丹东站实际发生潮位建立潮水位流量关系，通过点群中心做关系线，其上部与洪水调查推求关系线基本重合。如图4所示。

2.4 洪潮关系曲线应用

2.4.1丹东站低潮预报

当丹东站上游发生较大洪水过程时，通过洪水河道验算，计算洪水过程到达丹东站的洪水过程。根据以上资料分析，洪水量级在2000m3/s以上才会影响低潮过程，以下不影响低潮变化过程。为此当发生2000m3/s以上流量经过丹东站断面时，其低潮潮位可查算丹东站低潮水位流量关系作为丹东站低潮可能发生水位。

2.4.2丹东站高潮预报

丹东站高潮预报尤为重要，其关系到丹东主城区防洪安全。通过以上资料分析可知当丹东站断面过水超过7000～12000m3/s时，对高潮潮位开始发生影响，当洪水达12000m3/s时高潮潮形完成消失，此时丹东潮位在5.10m，统计发现其历史最大天然高潮在5.10m左右，符合实际情况。通过以上分析，当上游发生洪水7000m3/s以上洪水过程与高潮潮位叠加发生时，查历年洪水实测洪水流量关系线。

3 结论

(1)当丹东站断面流量高于2000m3/s时，其低潮潮位可通过丹东站低潮水位流量关系进行查算。当流量高于7000m3/s时，洪水和高潮潮位产生叠加效应，丹东站高潮位预报建议结合历年洪水实测洪水流量关系线进行校正。

(2)丹东站的潮汐预报在应用过程中建议综合考虑潮水周期的大小潮变化，对其预报成果做适度修正，大小潮期适度增减5%，同时根据风暴潮潮水增量进行适度调整。

(3)丹东站高潮增水是其河道行洪能力影响的关键因素，需要在以后的研究中增加对增水影响的定量研究。