北江及珠江三角洲防洪调度应用系统研究

北江及珠江三角洲防洪调度应用系统研究

黄东1，陈芷菁2，陈亮雄1，徐林春1，卢伶俊2，张政1（1.广东省水利水电科学研究院，广州，510610；2.广东省水文局，广州，510150）

摘要：本研究开展了北江下游洪水预报、两涌分洪、滞洪区洪水演进和淹没损失等研究，分析了两

涌分洪效果及其影响、滞洪区运用效果、飞来峡枢纽蓄洪削峰效果等，初步构建了北江及珠江三角洲

防洪调度应用系统，为防洪调度和决策提供科学依据，服务于我省水利现代化、信息化建设的需要。

关键词：北江；珠江三角洲；防洪调度；应用系统

前言

珠江是我国七大江河之一，由西江、北江、东江及珠江三角洲暨注入三角洲的诸小河等四个水系所组成。北江是珠江流域第二大水系，也是广东省境内集水面积最大的河流。从源头至思贤滘以上干流长468km（广东省境内458km），集雨面积46710km2（其中广东省境内42930km2），河道平均比降为0.26‰。珠江三角洲集雨面积为26820km2，其中三角洲网河区面积9750km2，注入三角洲其它诸河流域面积17070km2。珠江三角洲是世界上范围最大、结构最为复杂的网河区域之一，呈现“三江汇流、网河纵横、洪潮交汇、八口入海”的水系特征，其水流形态既受上游径流动力的影响，又受外海潮汐动力的控制，此外，台风季节还受台风暴潮的影响。珠江三角洲是全国六大重点确保防洪安全的地区之一，西、北江洪水峰高、量大、历时长，严重威胁中、下游和经济发达、人口稠密的三角洲地区。

为应对社会经济发展对水利工作提出的越来越高的要求，抓住我省水利建设快速发展的有利时机，服务于我省水利现代化、信息化建设的需要，提高“北江大堤—飞来峡水利枢纽抗洪抢险预案”的可操作性，为北江下游及珠江三角洲实际的防洪决策和调度工作提供较为坚实的科学依据和实用的技术手段，开展了“北江及珠江三角洲防洪调度应用系统研究”。

主要研究工作内容包括下面六个方面：

①预报北江下游和珠江三角洲部分特征断面的洪水水位和流量过程；

②运用芦苞水闸、西南水闸分洪时，模拟计算分洪对北江大堤各特征断面水位的降低值以及对广州片河网特征断面水位的影响；

③破大塘围、大旺围、清西围、清东围的洪水淹没仿真演算，评估围内的淹没损失；

④分别破大塘围、大旺围、清西围、清东围和组合破堤时，计算破堤分洪后北江大堤各特征断面水位的降低值以及维持时间；

⑤运用飞来峡枢纽下闸蓄洪削峰时，模拟不同削峰流量获得的北江大堤各特征断面水位降低值；

⑥运用数据库和GIS技术，在上述五个方面的研究成果的基础上，初步构建北江及珠江三角洲防洪调度应用系统，方便显示、查询和使用。

1 技术路线和关键问题

在调研和需求分析的基础上，进行了水文、地形资料以及相关规划和研究成果的收集、整理和分析，分析和选取了典型的计算水文组合条件，建立了水文学和水动力学数学模型方法，对北江下游洪水预报、两涌分洪效果及其影响、滞洪区洪水演进和对应的淹没损失、滞洪区运用效果以及飞来峡枢纽下闸蓄洪削峰效果防洪调度方案及效果进行了建模计算和分析研究。

整个防洪调度应用系统的技术路线围绕系统的分析决策工作流程：首先根据实时水雨情进行北江下游洪水水位流量预报，得到主要水文测站的水位、流量预报成果；然后根据防洪调度原则及预案，进行飞来峡水利枢纽防洪调度模拟，如果水位继续超过两涌防洪运用条件，则采用芦苞水闸、西南水闸分洪，如水位继续超过滞洪区的防洪运用标准，则依次破大塘围、大旺围、清东围、清西围滞洪。

系统的总体结构见图1。系统由基础数据库、GIS平台、北江下游洪水预报模型、两闸分洪运用模型、滞洪区洪水演进和淹没损失评估模型、飞来峡枢纽下闸蓄洪削峰模型构成。系统通过人机交互界面，形象直观地展示防洪调度的结果，为防洪决策提供科学依据。

图1 系统总体结构示意图

研究中需解决的关键技术问题包括：洪水预报、防洪调度水文学、水动力学计算模型的研制

和开发，模型的模块化、结构化设计，不同模型、模块之间通过数据库、GIS平台的整合衔接等

问题。

限于篇幅，研究中所建立的各个模型、方法和计算过程从略。

2 主要成果

系统主界面如图2所示。

图2 系统主界面

通过本项目的研究，得到的主要研究结果有：

（1）北江下游洪水预报

通过北江流域洪水预报和飞来峡枢纽调度模型，本项目可以进行北江下游洪水的预报和调度。比较预报值与实测值，“05.6”洪水飞来峡入库流量的预报，入库洪水的过程误差中90%在10%以内，过程平均误差只有7.6%；石角站的流量的过程误差中95%在10%以内，过程平均误差只有-8.42%。

（2）两涌分洪效果及其影响

研究报告详细给出了“94.6”、“97.7”、“98.6”洪水过程以及“94.6”型100年、200年和300年一遇洪水这六种水文组合条件，以及分别考虑：①不运用两涌分洪，②根据实测资料推算的现状分洪能力（芦苞分洪460m3/s，西南分洪500m3/s），③两涌一河整治达标工程完工后芦苞、西南两闸设计分洪能力分别达到1200m3/s和1100m3/s三种计算工况条件下，北江下游以及广州片河网主要水文站点和特征断面的最大流量变化值、断面水位变化值以及累计时间。

以“94.6”型300年一遇洪水为例：考虑两涌一河整治达标工程完工后芦苞、西南两闸的分别按照1200m3/s和1100m3/s的设计能力分洪，可使芦苞水闸外水位下降最大0.5m，累计时间约53小时，芦苞水位下降0.2m的累计时间约59小时，下降0.05m的累计时间约241小时；相应地，中大站水位最大升高约0.2m，累计时间约1小时，中大站水位升高0.05m的累计时间约4小时。

（3）滞洪区洪水演进和淹没损失估算

“1987年运用方案”预计启用的滞洪区顺序为：潖江、大塘围、大旺围、清东围、清西围；“2007年运用方案”预计启用的滞洪区为：潖江、清西围。针对上述2个滞洪区运用方案，考虑了6种水文组合及其与4个滞洪区运用顺序的不同组合，本项研究共拟定了30种滞蓄洪区运用的计算方案。研究报告详细给出这些方案条件下，各蓄洪区内的洪水演进情况以及洪灾损失估算结果。

以“94.6”型300年一遇洪水为例：对于“1987年运用方案”预计启用大塘围、大旺围、清东围的方案6-3时，潖江天然滞洪区最大蓄洪量约1.67亿m3，溃口最大流量约930 m3/s；大塘围最大淹没面积11.51 km2，估算损失0.4亿元；大旺围最大淹没面积71.38 km2，最大蓄洪量约1.36亿m3，溃口最大流量约2607.6 m3/s，估算损失11.6亿元；清东围最大淹没面积80.48 km2，最大蓄洪量约1.14亿m3，溃口最大流量约2749.9 m3/s，估算损失13.2亿元；大塘围、大旺围、清东围合计淹没面积163.37 km2，估算损失共25.2亿元。

“94.6”型300年一遇洪水条件下，对“1987年运用方案”中，预计启用大塘围、大旺围、清东围、清西围（方案6-4）时，实际只启用了大塘围、清西围。两个滞洪区合计淹没面积111.41 km2，估算损失共10.7亿元，均相对方案6-3为小。

“94.6”型300年一遇洪水条件下，对于“2007年运用方案”（方案7-6），潖江天然滞洪区最大蓄洪量约1.67亿m3，溃口最大流量约927.38 m3/s；清西围最大淹没面积100.41 km2，最大蓄洪量约2.0亿m3，溃口最大流量约2612.6 m3/s，估算损失10.9亿元。

显然，只将清西围规划为滞洪区，在淹没面积和洪灾损失方面，较将大塘围、大旺围、清东围、清西围同时规划为滞洪区的方案要小。

（4）滞洪区运用效果

针对30种滞蓄洪区的运用方案，研究报告详细给出了北江下游特征断面的流量和水位变化情况，用来评估滞洪区的运用效果。

仍以“94.6”型300年一遇洪水为例：对“1987年运用方案”中，预计启用大塘围、大旺围、清东围、清西围的方案6-4时，石角站水位最大降低值约0.81m，水位降低0.05m以上的累计时间约82小时；芦苞闸外水位最大降低值约0.86m，水位降低0.05m以上的累计时间约80小时。

“94.6”型300年一遇洪水条件下，对于“2007年运用方案”中（方案7-6），石角站水位最大降