山东海河流域防洪除涝标准研究必要性分析

朱爱华，戴光鑫，郑永杰

（山东省海河淮河小清河流域水利管理服务中心，山东 济南 250100）

山东省海河流域位于海河流域南部，该流域南依黄河，西、北以卫运河、漳卫新河为界[1]，东靠渤海，地理坐标北纬35°50′～38°15′，东经115°15′～119°13′，行政区域包括聊城、德州两市全部以及济南市、滨州市、东营市黄河以北的区域，总流域面积30 945 km2，涉及29 个县（市、区），人口1 469 万。

本流域水系包括马颊河、德惠新河、徒骇河3 条省级骨干河道及其所对应支流309 条，其中，流域面积30～100 km2的191 条，100～300 km2的84 条，300 km2以上的34 条。流域河道水系以“61 雨型”防洪、“64 雨型”除涝为设计防洪除涝标准。

1 “61”“64”雨型防洪除涝标准的由来

徒骇、马颊河流域历史上就是重要的粮棉产区，由于受地理、土壤、气候条件的影响，解放前自然灾害时有发生，农业生产效率低，旱涝不稳。1950 年开始，国家高度重视该流域的问题，在三年恢复时期，对徒骇河下游坝上闸至垛圈段、中段小运河至禹城段，按三日降雨两日排完的标准进行了疏浚治理，对问题较多的较大支流倪伦河、土马河、苇河、郝家沟、单寺干沟等也进行了疏浚。自1951 年，徒骇河和马颊河开始陆续设立水文站点，洪水测报由此开始，水文资料的积累工作也展开。

20 世纪60 年代初，海河流域连续几年遭遇了洪水侵害。1963 年，毛主席向全国发出了“一定要根治海河”的号召[2]。自此，山东海河流域排水系统进入了大规模治理阶段，治理标准开始为三年一遇标准，经过1964 年大雨之后，认为三年一遇标准偏低，因当时暴雨、径流资料较少，如果仅用连续几年大水作频率分析，系列太短，代表性较差，为了使治理标准具有一个明确的形象概念，采用典型年法，由山东省水利勘测设计院有限公司（原山东省水利勘测设计院）、鲁北工程局会同有关地区水利局按典型年“64 雨型”“45 d面降雨400 mm”除涝、“61 雨型”“45 d 面降雨600 mm”防洪这一形象标准共同编制了徒骇河、马颊河干流治理工程扩大初步设计，该标准1965年经原水电部批准。

“64 雨型”排涝、“61 雨型”防洪设计标准，利用排水模数与流域面积的关系推求设计排水流量，即

式中：Q排、Q防分别为设计排涝、设计防洪流量，m3/s；F 为控制断面以上流域面积，km2；M排、M防为排涝、防洪排水模数，（m3/s·km2）。

2 设计标准运用中存在的问题

2.1 不能说明其设计标准的高低

该设计防洪除涝标准是根据原水电部批复的排涝模数确定的，以流域面积乘以对应的“61雨型”排涝模数即为防洪设计流量，以流域面积乘以“64 雨型”排涝模数对应的即为排涝设计流量。由于原设计标准采用的是典型年法，其设计标准没有重现期的概念，难以说明其标准的高低。

2.2 原设计标准存在不适应问题

1）产流过程发生变化。由于大规模的工程治理及农田基本建设，流域下垫面较20 世纪六七十年代变化很大，产流过程已经发生变化。经初步水文分析，对平原河道排水模数M=KRF-n中系数n、k，n 仍为0.25 左右，变化不大；k 值原采用0.017 2，经分析，徒骇河为0.035，马颊河为0.033，德惠新河为0.025 2，均大于原值。说明经过治理及多年变化，暴雨汇流快、河道峰量大。因此，河道的防洪除涝能力应相应调整，原设计标准存在与现状不适应问题。

2）原标准未考虑流域地形坡度问题。山东海河流域地面坡降上游大约1/5 000～1/8 000，中游1/8 000～1/10 000，下游1/12 000～1/20 000[3]，地势东北低、西南高；横向地势是南高北低，横向的地面比降更趋于平缓。不同的地面坡降，在同等降雨情况下，暴雨汇流时间明显不同。

3）原标准未考虑流域降雨分布情况。从多年汛期降雨情况来看，流域汛期降雨存在两个明显的高值区域：赵牛新河流域、德惠新河流域，该区域历年降雨均明显高于流域均值。因此，原标准山东海河流域采用的排水模数明显存在不尽合理问题。

2.3 流域面积调整问题

漳卫河、漳卫新河右岸的排水面积，属于山东省的有2 934 km2，仅中、下游就有1 860 km2的涝水因排泄困难，已将这部分涝水调入了马颊河。经计算，这部分涝水的调入，将使马颊河任桥以下增加排涝流量135 m3/s，比原设计增大20%流量，排涝水位将抬高0.5~0.65 m。

2.4 德惠新河的设计标准低、排水模数偏小

德惠新河是20 世纪60 年代为解决徒骇河中下游低洼地带排水困难而开挖的河道，是马颊河、徒骇河之间的一条骨干排水河道。该河道于1968 年冬开工，1970 年春完工。工程建成后，为该区域的排水灌溉发挥了显著作用，但与徒骇河、马颊河流域相比，德惠新河流域洪涝比较严重，主要表现在以下几方面：

1）河身浅，排涝水位高，排水能力低。德惠新河深度一般为4.5~5 m，比徒骇河、马颊河河底高2 m 左右；排涝水位在地面以下0.5 m，个别平地面，比徒骇河、马颊河高0.5~1 m 左右，加之河道淤积，排水能力更低。

2）德惠新河是马颊河和徒骇河两条高水河道之间的低水河道，并穿越60 多个洼地，且85%以上的排水面积集中在商东河以上78 km 的河段，又是历史上的暴雨区，洪水洪峰高、洪水集流快且洪量大。根据郑店闸水文资料显示，1974 年汛期降雨大于“64 雨型”、低于“61 雨型”，而闸上水位超过设计防洪水位0.65 m，流量大于设计防洪流量28%；1976 年汛期降雨量低于“64 雨型”，闸上水位、流量均超过了设计防洪标准；2010 年8 月23 日23 时，郑店闸闸前最高水位10.45 m，最大洪峰流量126 m3/s，流量为设计排涝流量的50%，而水位比设计排涝水位高0.18 m。这充分说明德惠新河的设计标准偏低，采用的排水模数偏小。然而，德惠新河上游的洪沟河、赵王河和下游任桥以下部分近20%流域面积是原马颊河流域外，其他近80%以上的流域面积属原徒骇河流域，其地形、地貌、水文地质条件及暴雨径流汇集快等流域特征与徒骇河流域相似，但在河道设计时，由于受投资规模的限制，采用了马颊河的排水模数，马颊河与徒骇河相比，排水模数偏小13%以上。

3）与马颊河汇合口以上、胡道口闸以下的尾闾段淤积严重、流域泄水不畅，主要是汇合口以上马颊河河道深、坡度陡、流量大，而德惠新河河底高、流量小、流速缓造成的。

2.5 水文复核分析成果差异较大

1984 年编制《海滦河流域补充规划〈徒骇、马颊河系规划综合报告〉》、1999 年编制《徒骇、马颊河系防洪规划报告》时，均已对徒骇河、马颊河、德惠新河的设计防洪除涝标准采用频率法按新的水文资料进行了复核，但两次复核成果的差异较大。

1）“84 规划”的复核结论。根据1951—1979年28 年的降雨资料，进行频率分析，徒骇河满足20 年一遇防洪标准，5 年一遇排涝标准；马颊河津浦铁路以上符合20 年一遇防洪标准、5 年一遇排涝标准，津浦铁路以下只相当于3～4 年一遇排涝、16～20 年一遇防洪（未考虑漳卫新河1 860 km2面积的涝水调入马颊河的因素）标准；德惠新河除涝标准相当于3～4 年一遇，防洪标准相当于15～18 年一遇。

2）“防洪规划”的复核结论。复核防洪规划时，3 条骨干河道的降雨资料的系列均延长到1997 年。分析评价结论：

徒骇河流域“61 雨型”防洪标准根据流域面积不同差异较大，在下游，“61 雨型”防洪标准略高于50 年一遇；在中游，防洪标准相当于30～50年一遇；在上游，防洪标准相当于20～30 年一遇。全河“64 雨型”排涝标准高于5 年一遇，而低于20 年一遇。马颊河与徒骇河相似，在下游，“61 雨型”防洪标准相当于30～50 年一遇；在中游，防洪标准约相当于20～30 年一遇；在上游，防洪标准相当于5～20 年一遇。“64 雨型”排涝标准在中下游，高于5 年一遇；在上游，低于5 年一遇。德惠新河流域原“61 雨型”“64 雨型”标准的重现期与马颊河、徒骇河情况差异较大，“61 雨型”防洪标准在德惠新河全流域只高于5 年一遇而不足20 年一遇，“64 雨型”排涝标准更是不足5年一遇。

3 标准研究的必要性分析

1）开展“61”“64”雨型防洪除涝标准研究，是经济社会发展的需要。为适应现代经济社会的发展，水利工程对自身的防洪除涝标准提出了更高的要求，进行“61”“64”雨型防洪除涝标准研究，判明其标准的高低，确定其是否与当前经济社会的发展需求相适应，为今后的工程治理标准提供技术支撑，从而更好地发挥水利工程防洪保安的作用。

2）开展“61”“64”雨型防洪除涝标准研究，是完善流域防洪除涝工程体系的需要。山东海河流域属鲁北黄泛平原，3 条骨干河道通过支流河道彼此联通，马颊河与德惠新河汇流入海，流域各河系防洪工程体系中的上下游、左右岸的防洪标准和除涝标准宜协调、统一。根据水文复核成果，3 条骨干河道的防洪除涝标准明显存在上下游之间、河系流域之间不统一的问题。开展“61”“64”雨型防洪除涝标准研究，合理确定骨干河道上下游、左右岸的治理标准，从而使流域骨干河道的防洪标准相统一、支流河道标准与干流河道相适应、田间排水标准与支流河道相匹配，对完善流域防洪和除涝体系、充分发挥水利工程效益具有重要意义。

3）开展“61”“64”雨型防洪除涝标准研究，是水文事业发展的需要。在当时水文资料短缺的历史背景下，“61”“64”雨型防洪除涝标准的提出，体现了现代水利人的智慧，从而解决了水利工程统一治理标准问题。1970 年前后流域河道大规模治理后，流域下垫面条件发生了很大变化，由于土壤盐渍化状况的改善、地表植被覆盖率的增加、农作物种植结构的变化以及灌排体系的完善，在发生相同降水情况下，地表径流量减少，但汇流时间缩短，同时由于河道多处建闸蓄水，河道的洪水状况已发生了很大变化。在水文事业高度发展的今天，开展“61”“64”雨型防洪除涝标准研究，证明其合理性、前瞻性，既是对前人的褒扬，也是水文成果的展现，对推动水文事业发展具有积极意义。

4 建 议

1）利用水文资料和先进的技术手段，对徒骇河、马颊河、德惠新河的设计防洪除涝标准进行复核，分析“84 规划”“防洪规划”水文复核成果差异原因，以重现期概念对“61”“64”雨型防洪除涝标准进行分析评价。

2）根据流域经济社会发展需求，以防洪保安、减轻洪涝灾害损失为目标，以水文分析成果为依据，结合流域防洪除涝工程实际情况，以重现期概念提出骨干河道、支流河道、田间工程的防洪除涝标准，重新构筑协调统一、适应匹配的流域防洪除涝标准体系。

3）结合现代化的计算机仿真模拟手段，根据海河流域洪水特征和水系构成，分析水文学与水力学模型在洪水过程、洪水要素和空间范围方面的集成方式,通过数学模型准确地预测不同量级洪水可能形成的淹没范围、水深、流速以及淹没持续时间，根据不同频率洪水的淹没情况绘制洪水风险图，确定风险范围，查明徒骇河、马颊河、德惠新河3 条骨干河道现状防洪除涝工程体系存在的问题和薄弱环节，确定治理目标和治理重点，按重新确定的流域防洪除涝标准，实施综合治理，进一步完善流域防洪除涝工程体系，提高流域防洪保安能力。

4）加强信息化建设力度,建设全流域性的洪水管理预测预报信息体系，形成有效的信息采集体系、信息传输体系、决策支持体系等。在发生洪水时，可以迅速的采集和传输雨情、工情、灾情信息并对其发展趋势作出预测和预报，最大限度地减小流域灾害损失。