北京市潮白河干流河道行洪能力及风险评估

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近年来,北京市受全球气候变化的影响,每年都发生极端天气造成短时局地暴雨频繁发生,与此同时,随着水库下游及河道两岸社会经济快速发展,尤其是郊区新城和乡镇的建设,改变了洪水下垫面条件,洪水的洪峰和峰现时间都发生了显著变化,这些因素对水库调度决策提出了新的更高要求,水库泄洪频次和规模都有加大的趋势。对于密云水库及其下游潮白河河道,由于其气候、水库及河道的工程指标和参数及社会经济等诸多变化,对河道的行洪安全及行洪能力产生了较大的影响。目前还尚未对变化后的河道行洪能力进行系统全面的评估分析,防汛调度决策面临着极大的压力和困扰。因此对密云水库下游河道行洪能力进行评估分析,具有重大的学术价值和现实意义。本文的研究内容及成果如下所示:
  (1)针对潮白河流域密云水库下游河道,利用洪水演进的一维河道水动力模型并耦合地表二维模型对流域内不同量级的洪水进行模拟计算,根据模拟计算的结果统计分析不同地段的重点防洪保护区的处河道的最大行洪能力以及研究河段的最大行洪能力,并对超标准洪水条件下的河道两岸淹没情况进行了风险分析。
  (2)本文中通过静态的曼宁公式的计算分析以及耦合模型在不同的模拟方案下对整体的河道水位流量进行计算,既确保了河道上单点断面的最大过流能力不超过其堤岸高程,保证下游河道两岸的人民生命财产安全,也确保了系统中密云水库在调度、放水过程中的一个安全下泄流量。
  (3)本文通过模型计算结合调度预案进行行洪能力分析:密云水库设计最小控泄流量为600m3/s,计算所得的密云水库下游两条河道白河最大行洪流量为33.6m3/s,潮河最大行洪流量为603m3/s,通过叠加可知能够达到实际水库安全下泄流量的设计最小控泄流量值。但是在实际工程应用中,还需要对重点防洪保护区的卡口点位断面堤防或者闸坝等工程进行整改,采取相应工程或者非工程措施来提高风险地区的防洪能力。
  (4)当流域内发生100年一遇设计洪水甚至更大的超标准洪水时,潮河河道最下游鼓楼街道居民区险段最先发生漫堤且其影响范围易向南沿高速公路线至京承线铁路扩散,对下游的居民地、农业用地、铁路以及主要道路造成巨大的风险;其次是潮白河的蔡家洼险工段、向阳闸险工段以及河南村闸上游险工段等地区发生漫堤,均有不同程度的洪水淹没情况的扩散。对不同时段内在重点防洪保护区中的洪水水深淹没分布、范围及演进路线进行分析,并以此为基础叠加不同的社会经济等要素,对淹没范围内造成的风险进行统计分析。通过相应的统计分析可知,河道在遭受超标准洪水风险时,顺义区内遭受淹没风险最大,遭受风险的居民区面积达5.683km2,农田面积4977.12hm2,淹没铁路和公路的长度分别有2.416km和148.703km,并且以超过1m的洪水影响范围最广,风险性最大。
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