新开河-金钟河防洪工程控制运用原则分析

2020-05-19张民升

海河水利 2020年2期

张民升，秦茜

（1.天津市永定河管理处，天津 300131；2.海河水利委员会信息中心，天津 300170）

新开河-金钟河是连结海河干流与永定新河的重要一级河道，担负着从海河干流向永定新河相机分洪以及部分中心城区、环外重要功能区和两岸农田排涝的任务，具有减轻天津市区防洪压力、橡胶坝以上水环境保护和排涝任务的功能，排涝安全保证程度要求较高。为充分发挥新开河-金钟河在防汛调度、水环境换水中的水利工程效益，加强新开河-金钟河上下游各闸站、橡胶坝的协调调度，对河系内各水利工程的运用进行系统分析研究，具有很强的指导意义。

1 工程概况

新开河-金钟河流经天津市河北区、北辰区、东丽区，全长35.5 km。根据《天津城市防洪规划》规定，现河道设计行洪能力200 m3/s，左岸有永金引河（桩号14+000处）和津唐运河（桩号22+000处）汇入，永金引河河口以上河段称新开河、长约16.1 km，以下河段称金钟河、长约19.4 km。新开河-金钟河上游首端建有耳闸，尾闾建有金钟河闸，于2013年开工新建了排水能力58 m3/s的金钟河泵站。

2 工程存在问题

2.1 防洪排涝规模受下游限制

因地势和地面连年沉降影响，金钟河闸只有当永定新河低水位时才能实现自排，即上游水位高于下游水位时方可启闭闸门，防洪排涝规模受下游永定新河水位制约严重。

（1）天津市在2012年7月份连续遭遇强降雨，其中7月25—26日市区平均降雨量147 mm，略低于10 a一遇最大24 h设计暴雨量（10 a一遇176 mm，20 a一遇220 mm）。根据金钟河闸水文站统计，金钟河闸闸下（永定新河7月26日）最高水位为4.14 m（大沽冻结高程，下同），接近永定新河5 a一遇水位4.51 m；金钟河闸闸上（新开河-金钟河7月26日）最高水位为3.60 m，闸下水位高于闸上水位0.56 m，难以实现自流；耳闸闸上最高水位为3.50 m，距京山铁路桥梁底（4.30 m）仅余0.80 m净空。按天津市防汛抗旱指挥部办公室调度安排，新开河于7月24日—8月6日共14 d连续反向运用通过耳闸向海河干流泄水，最大流量达321 m3/s。

（2）据统计，金钟河闸闸下水位常年高于闸上水位，甚至2014、2018年提闭闸0孔次。由于提闸次数相当有限，下泄水量不能满足水位要求，主要通过金钟河泵站进行强排，以保证新开河-金钟河的运行安全。

2.2 水环境保护形势严峻

新开河橡胶坝位于新开河桩号5+780处，主要作用为保持上游新开河景观水位，实现与金钟河水体的隔离效果。而金钟河段水体多为雨污合流，若金钟河下泄不畅，则易导致金钟河水位长时间与橡胶坝运行水位持平或高于运行水位，造成漫坝倒灌污染上游景观水体。

2.3 水资源调度难度大

一是每月月底新开河段经由新开河橡胶坝通过金钟河进行定期水体置换；金钟河段需提前降低水位0.4～0.5 m，通过降低水位增加与新开河橡胶坝上游水位差，形成置换条件。二是为防止橡胶坝下水体逆流，橡胶坝下水位日常控制需低于坝上0.2 m；由于金钟河闸闸下水位常年持续高水位运行，导致运用金钟河闸很难实现水位降低的效果，必须经常动用金钟河泵站强排，以保证日常水位坝下低于坝上0.2 m。

3 工程控制运用分析

3.1 水位控制分析

（1）根据天津市防汛抗旱指挥部办公室《关于印发〈天津市主要行洪河道特征水位〉的通知》规定，金钟河闸特征水位中汛限水位一般控制在2.5 m。

（2）应充分考虑保持新开河景观水位，同时为避免水体污染、防止风力等外力因素影响，金钟河控制水位必须低于橡胶坝坝顶0.2 m，非汛期控制水位为2.75 m（见表1）。

（3）以2015年金钟河闸上下游水位为例分析可以得出（图1以7、8月主汛期为例），2015年金钟河闸闸下水位高于闸上水位运行时间约占全年的95%，在有限的提闸次数内泄水量相当有限，闸门运行受下游水位制约因素影响较大；同时，无论金钟河闸闸下水位是否符合提闭闸运行条件，新开河-金钟河的泄水需求常年保持在一个较高的水平，金钟河泵站在金钟河闸不能满足运行条件时以强排形式控制上游水位。

表1 新开河-金钟河水位关系（大沽冻结高程）

图1 金钟河闸上下游水位汇总（2015年主汛期）

3.2 水量调度分析

（1）据统计，金钟河泵站自2014年建成具备运行能力后，全年运行近1 200台时，排水约2 506万m3，其中汛期运行时间占全年的35%、非汛期占65%；2015年运行近1 400台时，排水约2 923万m3，其中汛期运行时间占全年的42%、非汛期占58%，基本为全年运行。虽然2015年运行1 400台时，但也有部分时间橡胶坝下游水位高于上游水位，未满足水环境保护要求，所以必然还要增加开泵时间。

与此同时，随着上游河北区与沿线北辰区、东丽区的社会经济发展，新开河-金钟河作为城市排沥河道的作用愈发明显。2018年，金钟河泵站更是创纪录运行4 007台时，排水近1.4亿m3，其中汛期运行时间占全年的48%、非汛期占52%，基本为全年运行。

（2）金钟河闸2014年全年提闭闸0孔次；2015年汛期符合运行条件提闭闸仅16孔次、泄水约447万m3，非汛期提闭闸104孔次、泄水约1 408万m3；2016年汛期未提闭闸操作；2017年全年提闭闸5孔次，泄水约151万m3；2018年全年未符合运行条件。金钟河闸泄流量，详见表2。

表2 金钟河闸泄流量统计

（3）金钟河在2014年金钟河泵站具有排水能力后，经由金钟河闸站枢纽分别于2014年泄水2 506万m3、2015年泄水4 778万m3。因受下游高水位顶托影响，金钟河闸提闭孔次相当有限，尤其是汛期提闭孔次仅占全年的13%，汛期泄水量占金钟河闸站枢纽汛期泄水量的27%，全年总泄水量占金钟河闸站枢纽汛期总泄水量的38%，而金钟河泵站基本处于全年运行状态。2015年金钟河闸、金钟河泵站运行量，如图2所示。

图2 2015年金钟河闸、金钟河泵站运行量统计

3.3 工程运行分析

天津市在2012年7月份连续遭遇强降雨，为保障新开河-金钟河防汛安全、减轻下游永定新河行洪压力，天津市防汛抗旱指挥部办公室安排调度新开河于7月24日—8月6日共14 d连续反向运用，最大瞬时流量达321 m3/s，通过耳闸向海河干流泄水共计862万m3（见表3）。

以2015年为例，金钟河泵站运行1 400台时，排水约2 923万m3。考虑到新开河-金钟河水位持续增高及永定新河高水位顶托等特殊情况，参考2012年耳闸反向运用共泄水862万m3，若通过金钟河泵站强排则需在正常运行的基础上增加至少413台时。

表3 海河干流水情信息m3/s

4 结论

新开河-金钟河防洪工程控制运用应按照“全面兼顾、重点保证、提高效率、合理运用”的原则，在保证各河系洪水安全的同时，兼顾市区排涝问题与雨洪资源的利用、水生态环境的改善。

4.1 强化调度运行管理

为充分利用雨洪资源，耳闸、金钟河闸、金钟河泵站的运行应严格执行相关调度指令，上下游行洪河道原则上均应低水位运用，不得随意抬高水位，同时沿途河北区、北辰区、东丽区所辖大型排水口门做好实时备案工作。

4.2 重新核准断面过流能力

新开河-金钟河的控制运用主要是根据控制水位开展的，且沿途大小水闸、泵站超过60处，造成工程运行难度加大。如金钟河闸闸上水位常年与永定新河水位差约1 m无法实现自排，在此情况下只能启用金钟河泵站强排，另外在冰冻期运行频繁，进一步加速了设备的老化。建议对金钟河泵站增大维修养护费用投入，限制沿途水闸、泵站汇流总量，重新对新开河-金钟河过流断面能力进行核准。