流域洪水蓄泄关系空间分异特征分析及应用

李 扬

(水利部水利水电规划设计总院，北京 100120)

关于流域洪水蓄泄关系的分析，是流域防洪规划编制工作过程中的组成环节[1-2]，在分析工程体系应对典型洪水过程有无超额洪量的工作过程中，会将拦蓄、滞蓄和下泄量做统计，工作重点在于超额洪量如何安排[3-4]，而对于蓄泄能力关系的规律性及其对于规划防洪体系优化调整的作用考虑的不多。本文将通过对较多流域样本蓄泄能力的数据分析入手，探讨不同流域洪水蓄泄关系的空间差异特性，梳理总结规律，从洪水蓄与泄的关系视角分析典型流域未来防洪体系的建设方向。

1 流域洪水蓄泄关系研究目的与方法

以流域为单元开展防洪规划编制及相关研究工作，均需要客观评估流域防洪工程体系对于典型洪水过程的抗御能力[5-7]。根据典型洪水过程概化分析各时段水库湖泊拦蓄、分蓄洪区滞蓄、河道槽蓄及下泄的洪量，从而分析明确是否产生超额洪量，进而通过对工程体系的补充完善和调度方案的优化消纳超额洪量，实现规划防御一定设防标准典型洪水的目标。

对于流域洪水蓄泄关系的研究，就是以流域为单元，根据典型洪水过程条件下的流域工程体系应对策略与能力，分析统计拦蓄、滞蓄的洪量与河道下泄洪量及剩余超额洪量的关系。通过对流域洪水蓄泄关系分析，可以更为清晰地认识流域洪水的特点，更好了解防洪工程体系的完善程度，通过洪水蓄泄关系比例可以判断工程体系建设的潜力与大致的规划工作方向，为进一步分析谋划一定重现期的洪水出路安排及超标洪水应对策略奠定工作基础。

流域洪水蓄泄关系研究，需要对设计洪水过程进行模拟演算，根据水库、蓄滞洪区调度规则及河道控制断面的行洪能力，按时段分析水库、湖泊、河道与蓄滞洪区的蓄洪量以及河道泄洪量，累加得到典型洪水过程的总蓄洪量与泄洪量，形成关于流域防洪能力的总体判断。

2 我国主要流域洪水出路安排总体分析

2.1 代表性流域选取

本次研究工作对七大江河干流与23条代表性支流开展洪水蓄泄关系分析，见表1。代表性支流是按照河流防洪保护目标重要、防洪体系建设任务突出、防洪标准存在潜在调整需求、具备分析计算条件等原则进行的筛选。

表1 主要河流洪水蓄泄关系研究范围表

2.2 七大江河干流洪水出路安排

通过设计洪水过程模拟演算，七大江河发生流域防御目标洪水时，约有8077亿m3的洪量需要进行安排。其中河道下泄规模按照河道现有最大下泄能力6081亿m3考虑，占比75.3%，水库与蓄滞洪区分别按照实际洪水过程计算，拦蓄与滞蓄总量分别为539亿、645亿m3。在蓄泄能力正常发挥的情况下，七大江河仍有90亿m3的总剩余洪量需要进一步安排出路，占规划总洪量的1.1%，如图1所示。

图1 典型洪水过程七大江河洪量分配关系

如考虑蓄滞洪区和洪泛区的实际启用难度，蓄滞洪区现仅有约200亿m3具备完全启用条件，洪泛区现仅有65亿m3库容保障分洪运用，最不利工况下，七大江河有约726亿m3剩余洪量需要进一步安排出路，占规划总洪量的9.0%，见表2。

表2 七大江河干流设计洪水蓄泄总量分析表 单位：亿m3

3 典型洪水过程蓄泄比空间分异特征分析

3.1 典型洪水过程蓄泄比

为研究不同区域工程体系的洪水蓄泄能力差异性，本文定义了洪水蓄泄比的概念，即：蓄泄比为规划设计条件典型洪水过程的河流拦滞蓄总量与总设计洪量的比值。这个概念反映的是在流域防洪体系中，拦滞蓄能力及其发挥的作用情况。蓄泄比值较高的流域，一方面说明了水库、蓄滞洪区等作用突出，另一方面也可能与河道下泄洪水能力不足直接相关；而蓄泄比值较低的流域，一方面说明河道行洪能力较强，洪水主要通过河道下泄来解决，另一方面也可能与拦滞蓄工程措施不足有关系。

蓄泄比反映的是一个流域应对典型洪水过程时的状态，是依据工程体系能力在蓄与泄之间的策略选择，并不能直接评价流域防洪工程体系的优劣，但可以对未来体系调整优化的方向提供分析依据。

根据上述概念，本次研究对七大江河干流及23条主要支流按照设防标准分析计算典型洪水过程的洪水蓄泄比，概化得到了蓄泄比计算成果见表3。

表3 主要江河干支流蓄泄比

3.2 典型洪水过程的蓄泄比空间分异特征

通过计算分析，发现我国各流域蓄泄能力间的关系呈现出明显的空间规律性。海河流域的蓄泄比值最高，以其为中心，向南向北依次递减。

海河流域干支流的蓄泄比值均在0.6以上，干支流的蓄泄比呈现一致性，洪水过程特点是洪峰流量大、峰现时间短。一方面是流域内水库与蓄滞洪区建设充分，山区建成大型水库33座，控制了山区面积的84%；除滦河河系外设有蓄滞洪区的5个主要河系共有蓄滞洪区28处，蓄滞洪区容积可滞蓄30天洪量的75%，水库和蓄滞洪区对洪水的调控作用很强[8]。另一方面，海河中下游各河道行洪能力本就不足，加之多年未发生流域性洪水，部分河道常年断流，下垫面条件变化较大，河道断面萎缩问题突出，加剧了行洪能力不足的问题。

海河流域以北的辽河流域与以南的黄河、淮河流域，干流蓄泄比在0.2～0.5之间，干支流蓄泄比的关系却明显不同。辽河流域支流蓄泄比均高于干流，呈现出来的特点是位于流域上游的各支流水库建设相对充分，拦蓄能力较强，比如蓄泄比值最高的西辽河已基本形成由红山、孟家段、莫力庙、他拉干等水库，台河口、苏家堡、总办窝堡3座水闸枢纽与干流堤防共同组成的防洪工程体系，而干流河道行洪能力较强，堤防建设充分[9]，因而从全流域来看，总体呈现出蓄泄均衡的体系格局。黄河流域支流蓄泄比均小于干流，支流上的拦蓄能力仍有不足，而干流现有防洪体系总体防御能力较强。

再向北的松花江流域和再向南的长江流域、珠江流域[10-12]，干支流蓄泄比均在0.2以下，表现出了较强的一致性。流域洪水主要出路是直接通过干流下泄，拦蓄滞蓄能力总体有限。这一方面是由于洪量较大、河道行洪能力较强，另一方面也说明可以发挥拦蓄滞蓄作用的相关工程建设仍有一定的空间。

根据上述分析，将我国各主要流域根据蓄泄比值可以分为3个类型：以蓄为主类型(蓄泄比>0.5)，蓄泄平衡类型(0.2<蓄泄比<0.5)，以泄为主类型(蓄泄比<0.2)。

4 从蓄泄关系看流域防洪体系建设方向

综合考虑各流域现有洪水出路安排，以及各流域洪水蓄泄比的总体情况，分析提出各主要流域蓄泄能力重点提升方向，见表4。

表4 主要江河蓄泄能力提升重点方向

对于以蓄为主类型的海河流域，未来增加拦蓄滞蓄的空间有限，防洪体系建设重点方向应以提升河道泄洪能力和逐步调整蓄滞洪区为主。例如在北三河系，考虑在通州区上游开挖温潮减河，减少北运河流经北京城市副中心的洪量；研究开辟蓟运河入海通道，解决下游尾闾受永定新河影响泄洪不畅的问题，同时降低青甸洼、盛庄洼蓄滞洪区的启用频率。大清河系在设立雄安新区后，白洋淀的部分设计蓄洪量由文安洼承担，考虑开辟新入海行洪通道并对现有河道挖潜，初步预计可增加10亿m3河道下泄量，进而对蓄滞洪区可进一步研究调减，取消贾口洼、文安洼Ⅱ区等蓄滞洪区。

对于蓄泄平衡类型的淮河流域，上中游按照100年一遇防洪标准、下游按照300年一遇防洪标准设防，相应典型洪水过程均有超额洪量需要提升防洪体系能力来安排，根据蓄泄兼筹的方针，需要同步提升拦蓄、滞蓄与泄洪能力。上中游可通过“三增一减”来消化超额洪量，即上游新建水库(张湾、袁湾、晏河、白雀园)增加拦蓄量，完善蓄滞洪区建设增加滞蓄量，以及疏浚河道、退建堤防增加河道蓄泄量；上述能力提升后，在消纳超额洪量的同时，也可使湖泊减少滞蓄量。下游通过“增泄置换”来消化超额洪量并调整防洪体系结构，即实施入海水道二期工程，下泄流量由2270m3/s提高到7000m3/s，可显著提升泄洪能力，并减轻入江水道、分淮入沂、灌溉总渠泄洪压力，同时减少洪泽湖蓄量[13-14]。

对于以泄为主类型的长江流域，设防标准内的典型洪水过程无超额洪量，蓄泄关系中的拦蓄能力仍有提升空间，考虑进一步增加水库的拦蓄置换蓄滞洪区的滞蓄，优化调减蓄滞洪区。通过上游水库群建设(乌东德、白鹤滩等)增加拦蓄量，以及中下游河道整治进一步提升泄洪能力，对应1954年型洪水，下游蓄滞洪区分洪量可相应减少70亿m3以上，因而可以研究调减蓄滞洪区的可行性问题[15]。

5 结语

流域洪水蓄泄关系的分析，清晰地展示出流域洪水的规律性特征以及防洪工程体系与洪水过程的适配程度，也展示出现有防洪体系未来的建设潜力，为流域防洪布局优化调整提供参考判断。通过对七大江河干支流大量流域样本的蓄泄比数据分析，本次工作发现蓄泄比数值具有相当明显的空间规律性，这一特征对于未来流域防洪工程体系布局优化以及洪水资源化、精细化防御调度具有一定的参考意义，未来可以进一步探究流域洪水蓄泄比与流域产汇流条件、经济社会发展等方面的关系，由表及里力图探索研究其背后的科学机理，从而更好地指导流域防洪工作实践。