杜晓鹤 何秉顺 徐卫红 张 淼 袁 迪
(1.中国水利水电科学研究院,北京 100038;2.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心(水旱灾害防御中心),北京 100038;3.长江勘测规划设计研究有限责任公司,武汉 430010)
受2305 号台风“杜苏芮”北上与冷空气共同影响,2023 年7月28日至8月1日,海河全流域出现强降雨过程,累计面降雨量155.3 mm,其中北京市83 h 面降雨量达到331 mm,为常年面降雨量的60%,降雨总量初步计算为494 亿m3。受其影响,海河流域有22 条河流发生超警戒以上洪水,8 条河流发生有实测资料以来的最大洪水,大清河、永定河发生特大洪水,子牙河发生大洪水,海河流域发生“23·7”流域性特大洪水(以下简称“23·7”洪水),是1963 年以来海河流域最大的场次洪水。大陆泽、宁晋泊、小清河分洪区、兰沟洼、东淀、献县泛区、共渠西、永定河泛区8 处国家蓄滞洪区相继启用,在此次流域性特大洪水防御中发挥了重要作用。
蓄滞洪区是流域防洪工程体系的重要组成部分,是水库、河道及堤防、蓄滞洪区防洪工程“三大件”中的“底牌”。蓄滞洪区设立是根据流域洪水出路的总体安排确定的。多数蓄滞洪区历史上就是江河洪水淹没和调蓄洪水的场所,大陆泽(今大陆泽、宁晋泊),曾与彭蠡泽(今鄱阳湖)、云梦泽(今洞庭湖)、震泽(今太湖)等同为古代天下九泽,广袤百里,众水所汇,波澜壮阔。白洋淀曾用名“西淀”,与此次运用的东淀蓄滞洪区连接在一起,历史上曾全线通航入海,共同组成了“白洋淀—大清河—天津”航线。
海河流域山地与平原间丘陵过渡带较短,产汇流时间短,从山区降雨到河道出山口出现洪水,最长不过1~2 d,短的仅几小时,洪量集中、洪峰高、历时短。特定的自然地理条件及洪水特点决定了利用水库控制海河流域迎风坡河流洪水的难度很大,特别是漳卫河系卫河、子牙河系滏阳河及大清河系,上游山区水库控制面积仅占本河产流面积的14%~30%,调洪削峰作用有限,中下游平原河道泄洪能力不足,不具备将设计标准洪峰输送入海的条件。海河流域确立了“上蓄、中疏、下排、适当地滞”治理方针。利用蓄滞洪区缓洪、滞洪,将下泄流量控制在下游河道行洪能力以内,既可作为海河流域防御标准内洪水工程措施的一部分,也可作为防御超标准洪水的最后一道屏障。因此,蓄滞洪区在海河流域防洪中具有不可替代的作用,是海河流域防洪体系的重要组成部分。
海河流域共设有28 处国家蓄滞洪区,总面积10 435.6 km2,总蓄洪容积198.8 亿m3。其中:北三河系4 处,面积786.5 km2,蓄洪容积11.6 亿m3;永定河系2 处,面积547.6 km2,蓄洪容积4.8 亿m3;大清河系7 处,面积5 072.8 km2,占全流域蓄滞洪区面积的49%,容积115.5 亿m3,占总蓄洪容积的58%;子牙河系4 处,面积2 388.4 km2,蓄洪容积41.4 亿m3;漳卫河系11 处,面积1 640.3 km2,蓄洪容积25.5 亿m3。海河流域国家蓄滞洪区基本情况统计如表1 所示。
表1 海河流域国家蓄滞洪区基本情况统计表
“23·7”洪水期间,综合考虑当时水情及上游来水情况预报,为缓解下游河道行洪压力,依据海河流域各水系有关防御洪水方案、洪水调度方案、各蓄滞洪区运用预案,海河流域8 处国家蓄滞洪区相继启用,包括子牙河系的大陆泽、宁晋泊、献县泛区,大清河系的小清河分洪区、兰沟洼、东淀蓄滞洪区,漳卫河系的共渠西蓄滞洪区,永定河系的永定河泛区,启用蓄滞洪区的位置示意图如图1 所示,其启用控制站及启用条件如表2所示,启用过程如表3 所示。
图1 “23·7”洪水期间启用蓄滞洪区的位置示意图
表2“23·7”洪水期间启用蓄滞洪区的启用控制站及启用条件
表3“23·7”洪水期间蓄滞洪区的启用过程
此次“23·7”洪水,暴雨大部分降在水库下游,以及难以用水库控制的太行山迎风坡山区及山前平原。在上游缺乏水库等有效控制手段,且下游河道行洪能力偏低、强降雨形成的超标准洪水远超下游河道行洪能力的情况下,有计划地启用蓄滞洪区,分泄超出下游河道行洪能力的洪水,保障了下游河道的行洪安全,避免了洪水大面积泛滥,保证了天津市等重要城市和京沪高铁等重要基础设施的安全。此次洪水,8处蓄滞洪区最大蓄洪量25.3亿m3。
(1)大清河系。大清河系启用了小清河分洪区、兰沟洼、东淀3处国家蓄滞洪区,主要河道行洪能力及此次洪水过程中洪峰流量概化情况见图2。
图2 大清河系、永定河系主要河道行洪能力及此次洪水过程中洪峰流量概化图
小清河分洪区。依据拒马河张坊站、南拒马河落宝滩站实测流量数据,北拒马河洪峰流量5 600 m3/s,大石河漫水河站洪峰流量5 300 m3/s,均远超下游河道行洪能力,小清河分洪区自然漫溢启用。两河在涿州东侧刁窝镇交汇后汇入白沟河。若不考虑小清河分洪区运用和洪水坦化效应,北拒马河和大石河洪水演进至白沟河东茨村站的叠加洪峰流量约6 900 m3/s,经小清河分洪区分泄洪水后东茨村站实测洪峰流量2 720 m3/s(图2、图3),极大缓解了白沟河的防洪压力。此次洪水小清河分洪区最大蓄洪量5.14亿m3。
图3 小清河分洪区防洪作用分析(未考虑洪水坦化)
兰沟洼蓄滞洪区。在小清河分洪区运用后尚不足以将白沟河过流洪峰(2 720 m3/s)控制在现状河道行洪能力(2 000 m3/s)的前提下,联合运用了兰沟洼蓄滞洪区,进一步削减了白沟河洪峰,有效降低了白沟河水位,保证了白沟河行洪安全。兰沟洼蓄滞洪区运用后,在南拒马河北河店站洪峰流量2 130 m3/s的情况下,新盖房枢纽洪峰流量降至2 790 m3/s(图2、图4)。此次洪水兰沟洼蓄滞洪区最大蓄洪量2.29亿m3。
图4 兰沟洼蓄滞洪区防洪作用分析(未考虑洪水坦化)
东淀蓄滞洪区。南北拒马河洪水汇流后经新盖房分洪道进入东淀蓄滞洪区,最大下泄流量2 790 m3/s。通过东淀蓄滞洪区的缓洪调蓄,洪水到达独流减河进洪闸时最大过闸流量已减至1 354 m3/s、杨柳青闸最大过闸流量减至151 m3/s(图2),保证了下游天津市城区防洪安全。此次洪水东淀蓄滞洪区最大蓄洪量7.87亿m3。
(2)永定河系。永定河系启用了永定河泛区1处国家蓄滞洪区。泛区下游永定新河河道行洪能力仅为500 m3/s。永定河洪水在固安段最大流量为2 250 m3/s,经永定河泛区缓洪调蓄后,屈家店枢纽最大下泄流量削减至245 m3/s(图2),保障了永定新河行洪安全,有力保证了天津市城区的防洪安全。此次洪水永定河泛区最大蓄洪量2.56亿m3。
(3)子牙河系。子牙河系共启用了宁晋泊、大陆泽和献县泛区3处国家蓄滞洪区(图5)。
宁晋泊、大陆泽蓄滞洪区。滏阳河为海河流域子牙河系主要支流,是典型扇形流域,该河支流繁多,多条支流如扇骨般汇至一处,宁晋泊、大陆泽蓄滞洪区便设在此处。此次过程中,滏阳河多条支流出现洪水过程,如北沙河洪峰流量1 520 m3/s,泜河上临城水库入库洪峰流量1 920 m3/s,沙洺河洪峰流量1 210 m3/s,宁晋泊、大陆泽2 处蓄滞洪区自然漫溢启用,经过充分缓洪调蓄,保证了滏阳河的行洪安全。此次洪水宁晋泊、大陆泽最大蓄洪量合计6.06亿m3。
献县泛区。黄壁庄水库入库洪峰流量6 253 m3/s,相应出库流量削减至1 600 m3/s,洪峰演进至献县泛区处经坦化降至522 m3/s,但仍超过下游河道行洪能力,献县泛区启用。宁晋泊、大陆泽、献县泛区3个蓄滞洪区的联合运用,有效削减了上游来水的洪峰,避免了滏阳河洪水与滹沱河洪水遭遇。此次洪水献县泛区最大蓄洪量1.21亿m3。
(4)漳卫河系。漳卫河系启用了共渠西1处国家蓄滞洪区。此次洪水过程中,实测共渠刘庄闸最大泄量323 m3/s,洪水流量高于250 m3/s 的时长累计约76 h,共渠西蓄滞洪区的启用,保障了共产主义渠的行洪安全。此次洪水共渠西最大蓄洪量0.14亿m3。
海河流域8 处国家蓄滞洪区的运用,发挥了巨大的防洪减灾效益。但是由于蓄滞洪区多年未运用,存在思想上对蓄滞洪区重视不够、非防洪项目无序建设、分蓄洪工程和安全设施不达标、预报预警精准度和提前量不足、当地干部群众应对经验不够等问题。
此次蓄滞洪区运用证明,海河流域8 处蓄滞洪区在“23·7”特大洪水防御中发挥了不可替代的作用,其地位需要持续巩固加强。秉持系统治理、绿色发展的理念,提出了蓄滞洪区系统治理路线图(图6),主要是在加强蓄滞洪区“工程建设”和“社会管理”方面两手发力,完善相关法律制度,探索绿色发展的新模式,希望用10~15 a 时间,达到“分得进、蓄得住、排得出、人安全”目标。
图6 蓄滞洪区系统治理路线图
(1)明确蓄滞洪区建设管理目标与任务。按照2023 年全国水利工作会议要求,对全国98处国家蓄滞洪区逐一建档立卡、逐一开展安全运用分析评价,摸清蓄滞洪区底数、问题与差距;结合新一轮七大流域防洪规划修编工作,优化蓄滞洪区的布局与规模,制定蓄滞洪区建设与管理规划,调整蓄滞洪区的分类与功能;根据流域综合规划、流域防洪规划及蓄滞洪区建设与管理规划等规划安排,逐蓄滞洪区明确建设管理的总体目标、分项目标与分项任务。
(2)加快蓄滞洪区工程和安全设施达标建设。建立健全在建项目跟踪调度机制,推进在建项目实施。落实项目前期工作经费,加快推进蓄滞洪区建设项目的前期工作,争取早日开工。提高中央、省级资金补助比例,减轻地方配套压力;出台耕地指标倾斜政策,解决耕地占补制约,允许耕地指标“先用后补”。明确居民迁建补助政策、提高补助标准,推进区内居民移民迁建。优先推进蓄滞洪区围堤、安全区围堤、分区运用隔堤等堤防达标建设,解决能不能用的问题;加快推进进退洪闸、排涝泵站等工程建设,解决好不好用的问题。
(3)健全管理体制机制,强化蓄滞洪区管理。加大对蓄滞洪区工程运维管理的支持力度,推进工程标准化管理,确保工程长期维持良好运行状态。强化调度运用管理,及时修订完善蓄滞洪区运用预案,提高预案的时效性、精准性及可操作性。强化非防洪建设项目和蓄滞空间监管,严格洪水影响评价审查审批制度,对于确需建设的非防洪建设项目,做好防洪避洪措施;基于卫星遥感监测、快速解译等技术,对蓄滞洪区下垫面开展智能监测与快速分析,助力非防洪建设项目精细化管理。增强蓄滞洪区群众水患意识,通过普法、科普、宣传等方式,做好区内洪水风险告知,增强区内居民和有关部门企业等的水患意识及地处蓄滞洪区的认知,加大蓄滞洪区作用、启用必然性及运用补偿政策等的宣传。
(4)提升蓄滞洪区“四预”能力。编制蓄滞洪区动态洪水风险图,开展蓄滞洪区洪水风险区划,摸清区内风险分布。加快推进水文测报、通信预警及信息化设施的建设和更新改造。研发数字孪生蓄滞洪区技术,研发高精度机载绿激光雷达测深技术,应用于河道、湖泊、淹没区域等水下地形精准、快速测量,为完善数据底板、洪水分析模型的构建提供地形基础;研究蓄滞洪区洪水分析模型快速构建、动态推演与风险动态评估技术,用于应急预演、预案编制、区内非防洪建设项目洪水影响评价;开展数字孪生蓄滞洪区试点建设并嵌入数字孪生流域平台,对区内洪水演进实时预演,根据预演结果迭代更新预案、动态调整调度方案,实现水库、河道及堤防、蓄滞洪区预报调度一体化;结合工程和下垫面变化及洪水实际,修订流域防御洪水方案、洪水调度方案和蓄滞洪区运用预案等。
(5)完善蓄滞洪区相关法律法规制度。积极推进防洪法、蓄滞洪区管理条例等修法立法,指导督促地方制定地方性综合管理办法,提高人口管控、产业准入等的约束力;健全完善蓄滞洪区运用补偿法规制度体系,根据经济社会发展实际,加快修订现行蓄滞洪区运用补偿政策,探索政府、社会、市场共同发力的生态补偿等蓄滞洪区多元化补偿机制,开展蓄滞洪区洪水保险研究,强化补偿的多样性。
(6)探索蓄滞洪区绿色发展新模式。按照“无人化、少人化”目标,结合移民建镇、新农村建设等,推进蓄滞洪区内居民迁建工作;探索湿地经济、生态旅游等绿色生态产业发展;加快构建与蓄滞洪区洪水风险相适应的产业格局和发展模式,城市周边区域可开发成绿地、湿地、公园等,农村周边区域发展成为粮食基地,保障国家粮食安全;研究蓄滞洪区洪水风险分区方法,探索蓄滞洪区洪水风险管理策略,实现与洪水风险相适应的国土空间分区管控。
(1)此次海河流域8 处蓄滞洪区启用的依据是有关防御洪水方案、洪水调度方案、蓄滞洪区运用预案,启用程序依法依规;8处蓄滞洪区在启用前均提前发布预警,共转移近百万人,无一人员伤亡。
(2)多数蓄滞洪区历史上就是江河洪水淹没和调蓄洪水的场所。此次启用的8处蓄滞洪区,控制下泄流量在下游河道行洪能力以内,避免了洪水在下游大面积泛滥,发挥了巨大的防洪减灾效益。
(3)此次海河流域8处蓄滞洪区的运用,进一步证明了蓄滞洪区在流域防洪体系中的重要作用。针对蓄滞洪区运用暴露出的问题,提出了蓄滞洪区系统治理路线图,需要在蓄滞洪区“工程建设”和“社会管理”方面两手发力,完善蓄滞洪区相关法律法规制度,探索绿色发展的新模式。