暴雨移植开封洪水模拟分析

闫志霞

（开封市引黄灌区事务中心，河南 开封 475000）

1 概括

中国洪水预报系统是水利部信息中心研究开发的一套具有通用性强、功能全面的洪水预报系统，基于规范化、标准化的软硬件环境和数据库管理系统，采用模块化结构的洪水预报系统，建立了统一的预报模型库，采用通用的预报方案构建技术，统一的模型参数率定，可对大江大河干流和主要支流的控制站、大型水库和重要行蓄洪区，沿海主要潮位站等构建不同预报方案，在获取实测雨水情数据及未来降雨量定量分析的基础上，通过计算机人机交互界面，实现实时交互式作业预报，提高预报的精度并延长预报预见期，满足各地防洪减灾工作对洪水预报的需求。

2 研究内容

基于中国洪水预报系统，将“7·20”暴雨面分布移植到开封市辖区内（降雨中心在开封市中心），降雨量级、时程分布不变，研究模拟分析“7·20”暴雨对开封市市区内涝影响、防洪河道重要控制断面洪水过程、洪量计算以及重要风险河段分洪淹没情况等，模拟分析内容对开封市防御极端暴雨下的城市内涝、超标准洪水、超标准洪水监测预警、防洪规划、应急预案编制具有重大的警示作用和参考意义。

3 雨量移植计算

依托洪水预报系统软件，根据相关雨量站经纬度坐标，将郑州“7·20”暴雨中心置于开封市中心，以此为基准点将“7·20”暴雨面分布平移至开封市辖区内，降雨量级、时程分布不变，“7·20”暴雨降雨时段取7 月17 日8 时至21 日8 时，共4 d。前期影响雨量按一般干旱情况处理，符合“7·20”暴雨期间各流域蓄水情况。

在开封市暴雨移植后，累积雨量大于800 mm的笼罩面积为115 km2、大于600 mm的笼罩面积为1 154 km2、大于400 mm的笼罩面积为2 793 km2，小于400 mm的笼罩面积为3 651 km2。

雨量移植后，开封市各主要汇流单元的不同时段雨量取值为：惠济河群力节制闸4d 累计面平均雨量568 mm，最大日降雨量为352 mm，最大日降雨发生在7月20日，最大1 h降雨量为7月20日14时的65 mm。惠济河群力-罗寨节制闸区间4天累计面平均雨量425 mm，最大日降雨量为195 mm，最大日降雨发生在7月20日，最大1 h降雨量为7月20日12时的49 mm。惠济河罗寨-李岗节制闸区间4天累计面平均雨量290 mm，最大日降雨量为181 mm，最大日降雨为7月20日，最大1 h降雨量为7 月20 日12 时的32 mm。贾鲁河后槽节制闸以上4 天累计面平均雨量398 mm，最大日降雨量为205 mm，最大降雨量发生在7 月20 日，最大1 h 降雨量为7 月20 日19 时的43 mm。涡河裴庄节制闸以上4 天累计面平均雨量375 mm，最大日降雨量为334 mm，最大日降雨量发生在7月20日，最大1 h降雨量为7 月20 日17 时的83 mm。废黄河代庄枢纽以上4 天累计面平均雨量370 mm，最大日降雨量为168 mm，最大日降雨量发生在7月20日，最大1 h降雨量7月20日13时的19 mm。

3.1 开封市城区淹没分析

分析研究得出，城区淹没面积为115 km2，平均淹没水深0.61 m，最大淹没水深为2.78 m，总淹没水量达0.92 亿m3。其中0.23 亿m3经惠济河进行下泄，剩余0.69 亿m3的水量须经城市排涝系统排泄。

根据开封市城市总体规划，开封市排水体制根据不同区域分别采取雨污合流制和雨污分流制。开封市城市管网系统根据排水现状按区分别设置，即：旧城区、东工业区、西开发区、铁南区、杏花营组团、边村组团。旧城区和铁南区仍主要采取雨污合流排水体制，仅有部分地段形成雨污分流体制。城市其他地区均采用雨污分流排水体制。根据统计全市现有污水泵站或雨、污泵站总排水能力为185.87 m3/s。其退水过程如表1所示。

表1 开封市城区退水过程表单位：亿m3

按照开封市最大185.87 m3/s 的排水速度进行城市积水排泄，最快需要4.30 d可完成，其城市积水经泵站排水至惠济河，可形成最大流量为185.87 m3/s的洪水过程，随着各地区积水量的逐步减少，惠济河流量逐渐降低。

强降雨造成开封市城区内涝严重，交通瘫痪，严重影响城区正常运转，甚至会引发危旧房屋倒塌，地下设施进水，断水、断电、断气等重大安全事故，若辖区内地质结构复杂，还易形成严重的地质灾害，因此需做好暴雨应急预案，以应对可能出现的极端天气情况。

3.2 主要内河防汛河道洪水模拟分析

3.2.1 惠济河

惠济河三个主要控制点群力闸（桩号17+184）、罗寨闸（桩号34+200）和李岗闸（桩号54+426），控制流域面积分别为366.60 、566.30 、1 341.40 m2。

群力节制闸模拟的洪峰流量169 m3/s，洪量0.23 亿m3，洪峰出现时间是7月20日16时。河道现状行洪能力160 m3/s，可以通过惠贾渠和铁底河进行分洪，降低惠济河河道防洪压力，其中惠贾渠口最大分洪量13.36 m3/s，铁底河最大分洪量3.63 m3/s，满足分洪需要。

罗寨节制闸模拟的洪峰流量258 m3/s，洪量0.35 亿m3，洪峰出现时间是7月20日19时。河道现状行洪能力为220 m3/s，须采取分洪措施，最大分洪流量38 m3/s。一方面可通过幸福渠分洪，但分洪量极为有限；另一方面，根据蓄滞洪水对区域的基本自然条件要求，综合确定模拟分洪区，模拟分洪区淹没面积9.79 km2，分洪量0.05亿m3，平均淹没水深0.51 m，最大淹没水深0.82 m。

李岗节制闸模拟的洪峰流量798 m3/s，洪量1.20亿m3，洪峰出现时间是7月20日22时。根据河道现状行洪能力（220 m3/s），须采取分洪措施，最大分洪流量578 m3/s。李岗节制闸来水主要由上游来水及支流淤泥河来水组成，必要时需调节淤泥河黑木节制闸和谢寨节制闸控制下泄流量，以减轻李岗节制闸下游河段防洪压力。上游来水可通过，位于李岗闸上游约2 km 处的东风干渠进行分洪。但是由于分洪水量较大，仍需分洪。综合考虑确定模拟分洪区淹没面积为9.59 km2，分洪洪量为0.87亿m3，淹没最大水深4.10 m，平均水深2.90 m。

3.2.2 贾鲁河

贾鲁河上主要控制节点为后槽节制闸（桩号122+820），后槽闸断面控制流域面积620 km2，基于降雨时程分布，采用中国洪水模拟系统模拟断面洪水过程，模拟的洪峰流量328 m3/s，洪量0.44 亿m3。现状过流能力200 m3/s，多余的128 m3/s 流量需进行分洪，洪量为0.18 亿m3。综合考虑后确定贾鲁河模拟分洪区域位于在尉氏县前曹村，淹没面积为11.16 km2，淹没最大水深2.45 m，平均水深1.61 m。

3.2.3 涡河

涡河上主要控制节点为裴庄节制闸（桩号54+092），裴庄闸断面控制流域面积448 km2，防洪标准20 年一遇，过流能力为254 m3/s。基于降雨时程分布，采用中国洪水模拟系统模拟断面洪水过程，模拟的洪峰流量280 m3/s，洪量0.35 亿m3。超过断面最大过流能力，为保证该段河道的基本安全，多余的26 m3/s 流量需进行分洪，洪量为0.04 亿m3。综合考虑确定涡河模拟分洪区域两处，一处淹没面积46.12 km2，淹没最大水深0.41 m，平均水深0.09 m；另一处分洪区面积为18.34 km2，淹没最大水深0.84 m，平均水深0.28 m。

4 遭遇极端暴雨对策及建议

一是健全预警模式，建立有效的全要素预报预警预演预练的智慧分析能力。针对不同降雨量级情况，做好雨水情应急预案，充分发挥水文系统的耳目尖兵功能，及时准确进行水文信息的监测和传输，及时滚动发布洪水预报，为工程调度提供依据。目前《开封市水旱灾害应急预案》及《惠济河超标准洪水防御预案》《贾鲁河超标准洪水防御预案》《涡河超标准洪水防御预案》《双洎河超标准洪水防御预案》已编制完成，建议每年对预案根据实际情况及时更新调整，并建立健全有效的全要素“四预”的智慧分析能力。二是加强应急力量建设，开展防汛应急演练。建立健全专家队伍，通过专题培训、实战演练加强应急队伍专业化建设。加快完善应急预案体系，组织实战化演练，提高应急处置能力。强化物资储备，全面提升抗灾减灾能力。三是加强水利信息化建设。加强水利信息化建设，实现降雨、流量等雨情水情的自动监测、自动报汛，做到及时发现、及时上报、及时预防、及时撤离。加快建设开封市境内尤其是惠济河流域智慧水利信息平台，切实解决开封市城区及祥符区唯一排洪河道惠济河极其重要支流水利信息化建设薄弱的突出问题，为开封水利在防汛减灾、水资源管理、水利工程运营管理、智慧灌区建设等提供数据支撑与基础保障服务。同时做好双重保障措施，如暴雨区雨量站、水文站自动监测没有实现设施设备双配套，在极端暴雨洪水条件下可能出现通信中断情况，应加快北斗双信道建设，确保信息准确快速的传递。