浑河沈阳城市段工程防洪调度方案研究

张建国，杨斌斌

（1.沈阳市水利局，辽宁 沈阳 110015；2.辽宁省江河流域管理局，辽宁 沈阳 110003）

1 工程背景

在沈阳市浑河城市段内，在1959年至2004年之间建成已建成拦河坝6座：下干河子拦河坝、浑北拦河坝、王家湾橡胶坝（充气橡胶坝）、浑南拦河坝（充水橡胶坝）、砂山橡胶坝（充水橡胶坝）和浑河闸。其中，王家湾和砂山橡胶坝是依据1989年编制的可研报告安排修建的，功能是抬高地下水位，扩大城市河段的水域面积，美化环境。其余4坝1闸均为满足灌溉要求修建的枢纽工程。

由于河段上主要可控建筑物为河道串联方式分布梯级运行，根据河道工程分布特征将整个城市段河道划分为串联区段，且区间无大型汇入与流出支流，属典型河道梯级运用调度方式。根据河道的特点与控制枢纽的分布，将管理河段划分为相互关联的4个区段（由上游至下游）：干河子坝到王家湾坝区段、王家湾坝到浑南坝区段、浑南坝到砂山坝区段、砂山坝到浑河闸区段。其中，城市段管理范围内的王家湾坝、浑南坝、砂山坝分别作为（1），（2），（3）3 个区段出口控制断面，同时分别作为下游区段的入口断面。区段（1）的入口断面为干河子拦河坝（包括浑北拦河坝），区段（4）的出口断面为浑河闸枢纽。断面示意图如图1所示。

图1 浑河沈阳城市段工程断面示意图

2 运行方案

2.1 构建原则

浑河沈阳城市段由汛期的控制调度模式转换到主汛全部坍坝的恢复天然河道的模式需要一个过程，为保证安全稳定的调度模式转换，特制订此方案。由于沈阳城市段主要以橡胶坝控制为主，受坝上溢流水深限制，造成下泄流量可控范围较小，其不同坝上水深时的泄量按公式（1）计算。

式中：Q为过坝流量，m3/s；δ为淹没系数；ε为堰流侧收缩系数；B为泄流坝宽；m为流量系数；h0为计入行进流速的坝上水深，m。

拦河坝主汛期调度涉及到王家湾、浑南坝、砂山坝段的水量控制问题，三段区间为串联关系，在调度过程中要考虑到以下约束条件：

1）王家湾橡胶坝汛期不得超汛限水位运行。

2）王家湾橡胶坝、浑南橡胶坝、砂山橡胶坝在主汛期全部坍坝运行。

3）全河段各处的橡胶坝在坍坝运行时，应先坍下游坝后坍上游坝，应遵循先下后上的原则；在充坝运行时应先充上游坝后充下游坝，应遵循先上后下的原则。

4）在充坝运行时要防止坝袋共振现象的发生。

2.2 基本思路

方案采用预蓄预泄方法进行联合调度：在洪水到来前，提前以不超过坝体安全泄量的流量降低坝前水位，这就是预泄调度；而当洪水到来时，上游工程拦蓄一部分洪水，给下游工程争取调度时间，这就是预蓄调度。由于上游来水非径流洪峰方式，无法采用设计洪水进行调度演算模拟来优选调度方案，因此方案采用各工程能够为下游工程调度争取的错峰时间和各工程的泄洪时间来描述各工程的预蓄预泄能力。

由于王家湾与浑南坝的可控泄量范围较大，均大于大伙房水库常规计划泄量，因此均可保证上游来水的正常通过。但砂山坝段的可控流量范围较小，虽然在37 m水位下坍坝1孔的对应流量可达545 m3/s，但此时泄量无法主动精确控制。只能通过调整坝前水位来控制泄量。因此当砂山坝进行放水操作时，不能在高水位下直接进行坍坝到底的操作，以免坍坝造成的人为洪峰。

方案的基本思路：首先，在上游大于95 m3/s洪水到达前，通过砂山坝上游的浑南坝与王家湾坝的控制，将砂山坝的来水流量控制为小于95 m3/s，从而通过缓慢降低坝高的方式保持95 m3/s内泄量来降低砂山坝的坝前水深，降低到砂山坝自然水位位置后将所有坝段坍落。其次，通过控制王家湾坝泄量放空浑南坝区段内的水量。最后，放空王家湾坝区段水量。

2.3 调度能力分析

按照上述思路，根据水量平衡原理，通过计算不同来水流量条件下对应砂山坝允许的预调度时间来衡量分析砂山坝的水位调节能力。

分析内容为：砂山坝采用95 m3/s泄流，砂山坝坝前水位分别为 37，36.9，36.8，36.7，36.6，36.5 m，上游分别采用0～90 m3/s流量控制泄流，调度砂山坝的目标为4孔全坍时，对应流量为干流来水流量对应的水位。通过上述调度条件对所需调度时间进行演算结果，见表1。

表1 砂山坝调度能力成果表

通过上面的调度方法，可将砂山坝的调度模式按照上述对应的调度方法，按分析的时间调度为4孔坍坝模式，即可开始对浑南坝和王家湾坝的调度。浑南坝按照水位从40.5 m降到38.5 m来分析调度能力，结果见表2。

表2 浑南坝调度能力成果表

当砂山坝与浑南坝恢复天然河道后，王家湾坝即可进行坍坝，按照水位从44.5 m降到上游来水流量对应坝体全坍的水位所需调度时间来分析调度能力，结果见表3。

表3 王家湾坝调度能力成果表

2.4 调度方案

1）根据干流的来水流量，按照先下后上的原则先对砂山坝进行放水，根据浑南坝的下泄流量与砂山坝的下泄流量在成果表1中的时间内将砂山坝恢复天然河道状态。

2）根据干流的来水流量，对浑南坝进行放水，根据浑南坝的下泄流量与王家湾坝的下泄流量在成果表2中的时间内将浑南坝恢复天然河道状态。

3）根据干流的来水流量，对王家湾坝进行放水，根据王家湾坝的下泄流量在成果表3中的时间内将浑南坝恢复天然河道状态。

3 结论

1）基于城市防洪的实际需要，编制了浑河沈阳段的河道工程汛期防洪调度方案，具有较高的实用性，对其他类似的城市段河道工程汛期调度运行也有较好的借鉴作用，促进了工程运行管理的规范化、科学化。

2）基于方案已经建立了浑河沈阳城市段枢纽联合控制运用系统，实现了浑河沈阳城市段模拟调度，可有效提高决策者、管理者和专业技术人员的工作效率与效果。

3）方案是在浑河沈阳城市段现有设计与观测资料基础上，结合水工物理模型成果完成的，由于河段内涉及的主要控制枢纽的建成使用时间较短，且无实际流量观测系列数据，因此本方案可控建筑的水位流量关系主要采用原设计参数计算而得。今后应建立各控制断面流量观测系统，实现自动化观测，使方案更满足实际工作情况。

[1]周政民，武烈河橡胶坝群汛期调度方案研究[J].水科学与水工程技术，2011（5）：4-6.

[2]徐智延，孙延玺，等.沂河梯级橡胶坝汛期调度运用原则探讨[J].中国水利，2008（19）：61-62.