金沙江下游梯級水庫配合三峽水庫聯合防洪調度效果分析

楊春花，許繼軍，董玲燕

（長江科學院水資源研究所，武漢 430010）

金沙江下游梯級水庫配合三峽水庫聯合防洪調度效果分析

楊春花，許繼軍，董玲燕

（長江科學院水資源研究所，武漢 430010）

為分析金沙江下游梯級水庫配合三峽水庫的聯合防洪調度效果，運用2種補償調度方式對長江中下游防洪的情況進行研究。分別選取1954年和1998年為典型洪水年，對不同頻率下的設計洪水進行聯合防洪調度演算。結果表明：金沙江梯級配合三峽水庫聯合防洪不僅能保障長江上游干流川江河段及荊江河段的防洪安全，而且能進一步提高三峽水庫的防洪能力。與對荊江河段防洪的補償調度方式相比，兼顧城陵磯地區(qū)的防洪補償調度方式能進一步減少城陵磯地區(qū)的分洪量，在有金沙江梯級配合三峽水庫運用時能較大程度地保證荊江河段行洪安全。關 鍵 詞：金沙江梯級；三峽水庫；長江上游；聯合防洪調度；設計洪水

1 長江中上游防洪

金沙江是長江上游的重要組成部分，干流流經青海、西藏、四川、云南4省區(qū)，全長約3 500 km，流域面積約50萬km2，總落差5 100 m。金沙江水能資源極其豐富，干支流水能資源理論蘊藏量為1．21億kW，占長江流域水能資源理論蘊藏量的42．25%，經濟技術可開發(fā)量為1．19億kW，年發(fā)電量5 927億kW·h，占長江流域的49．9%，是我國重要的水電基地。目前金沙江下游溪洛渡水庫和向家壩水庫處于在建狀態(tài)，烏東水庫德與白鶴灘水庫也在籌建當中。根據金沙江梯級的規(guī)劃要求［1］，金沙江下游梯級水庫主要防洪任務一是積極配合川江防洪，二是分擔長江中下游防洪壓力。配合三峽水庫對長江中下游進行防洪調度，可達到大幅度削減洪水流量、承載水量和提高中下游防洪標準的目的。金沙江下游梯級水庫與三峽水庫特征水位見表1。

目前諸多學者對長江中下游防洪方面的問題做過研究，如黃昌林等［2］從洞庭湖水情、工程抗洪能力等角度探討了三峽水庫運行后洞庭湖區(qū)防洪減災情況；仲志余等［3］分析了三峽工程運用后對長江中下游的防洪影響，并給出了相應對策；趙家成等［4］依據長江洪水特征和長江中下游防洪要求，提出了長江上游梯級水庫群防洪調度原則；寧磊等［5］分析了溪洛渡、向家壩與三峽水庫的聯合防洪調度方式并得出其對長江中下游的防洪作用。丁毅等［6］根據上游各支流特點，提出了上游干支流預留防洪庫容規(guī)模的建議，并計算分析上游金沙江預留防洪庫容的作用，并提出梯級水庫協(xié)調防洪與發(fā)電關系調度方式。

表1 金沙江下游梯級水庫與三峽水庫特征水位Table 1 Characteristic water levels of Jinsha River downstream cascade reservoirs and Three Gorges Reservoir

金沙江梯級開發(fā)具有設置防洪庫容的條件，可分擔長江中下游地區(qū)和川江河段的防洪任務。金沙江汛期洪水總量占宜昌以上長江洪水總量的1／3，也是川江洪水的主要來源之一。在三峽水庫發(fā)揮控制性作用的條件下，金沙江梯級可配合三峽水庫運用，進一步提高長江中下游的防洪標準，減少分蓄洪區(qū)的運用。本文對金沙江下游4個水庫及三峽水庫的汛期運行方式進行探討，按三峽水庫采用不同防洪補償方式對不同典型不同頻率下的設計洪水進行調洪演算，并對防洪調度結果做出分析。

2 典型洪水年選取

防洪調度所用到的設計洪水涉及到各干支流，依據水利水電設計洪水計算規(guī)范［7］選取1954年和1998年作為典型洪水年推求各干支流設計洪水過程。分別選取0．2%，0．5%，1%，2%，5%五種不同頻率設計洪水進行聯合防洪調度計算。采取典型年洪水按控制站洪量進行控制的同倍比放大法，以宜昌站30 d各頻率設計洪量與各典型年同時段洪量的倍比值，同倍比放大三峽壩址以及上游金沙江與岷江洪水過程。金沙江上各水庫入流通過水庫控制流域面積比例反推烏東德水庫入庫流量及下游三水庫的區(qū)間入流。

3 聯合防洪調度

以金沙江下游梯級水庫與三峽水庫汛期運行方式為基礎，分別對荊江補償調度和對城陵磯補償調度這兩種方式下的梯級水庫群聯合調度問題進行研究。

3．1 金沙江梯級與三峽水庫汛期運行方式

3．1．1 聯合防洪調度總原則

對串聯水庫群，在汛期處于上游的水庫需在保證本水庫安全的前提下，先發(fā)揮削峰錯峰的作用，盡可能減小下游水庫的防洪壓力；當梯級水庫群肩負多項調度任務時，防洪調度處于首位，發(fā)電、生態(tài)等其他調度若與防洪調度相沖突，需遵從防洪調度；當梯級水庫群的防洪保護對象有多個時，需依據防洪保護對象的重要程度及整個流域的防洪體系給出各防洪保護對象的保護程度。

3．1．2 金沙江下游梯級水庫運行方式

根據《金沙江干流綜合規(guī)劃》（2006），金沙江下游4個梯級水庫采取以下方式運行：

（1）烏東德和白鶴灘水庫在6月至8月上旬分別保持在初期汛限水位930 m、780 m運行；在8月中旬至9月上旬，將抬高汛限水位，維持在后期汛限水位935 m、810 m運行。在整個汛期過程中，當遇洪水時，需要其削峰，攔截洪量，從而抬高了庫水位，但不能超過其防洪高水位950 m、820 m，待洪水過后，需要迅速回落至汛限水位。

（2）溪洛渡和向家壩水庫在汛期6月至9月上旬分別維持在汛限水位560 m、370 m運行，遇洪水時水庫攔蓄洪水，庫水位升高；洪水后，水庫騰空以迎接下一次洪峰。

3．1．3 三峽水庫運行方式

根據三峽水庫調度規(guī)程，每年5月末至6月上旬，水庫水位逐步降至145 m，6月中旬至9月中旬水庫一般維持防洪限制水位145 m運行。當發(fā)生大洪水時水庫攔蓄洪水，庫水位升高；洪水過后水庫騰空以迎接下一次洪峰。

3．2 金沙江梯級配合三峽水庫防洪聯合調度

金沙江梯級水庫防洪保護對象以川江河段為主，在保證川江河段防洪安全的前提下若仍有多余的防洪庫容，并且此時三峽水庫需攔洪蓄水時，則啟動金沙江梯級配合三峽水庫對長江中下游的防洪調度。此處川江處的防洪保護對象以李莊為代表，控制其水位在272．00 m以下，金沙江下游梯級水庫通過對岷江做防洪補償調度保證川江行洪安全；長江下游的防洪保護對象有荊江河段與城陵磯地區(qū)。三峽水庫按《三峽水庫優(yōu)化調度方案》［8］有以下2種防洪調度方式：

（1）對荊江河段進行防洪補償的調度方式。此調度方式主要適用于長江上有發(fā)生大洪水的情況。尋求在實施防洪調度時，若三峽水庫水位低于171．0 m，則按沙市站水位不高于44．5 m控制水庫下泄流量。若水庫水位在171．0～175．0 m之間時，控制補償枝城站流量不超過80 000 m3／s，在配合采取分蓄洪措施條件下控制沙市站水位不高于45．0 m，對應的流量為60 600 m3／s。

（2）兼顧對城陵磯地區(qū)進行防洪補償的調度方式。此調度方式適用于長江上游洪水不很大，三峽水庫尚不需為荊江河段防洪大量蓄水，而城陵磯水位將超過長江干流堤防設計洪水位，需要三峽水庫攔蓄洪水以減輕該地區(qū)分蓄洪壓力的情況。汛期在因調控城陵磯地區(qū)洪水而需要三峽水庫攔蓄洪水時，如水庫水位不高于155．0 m，則按控制城陵磯水位34．4 m進行補償調節(jié)，水庫當日下泄量為當日荊江河段防洪補償的允許水庫泄量和次日城陵磯地區(qū)防洪補償的允許水庫泄量二者中的較小值。當水庫水位高于155．0 m之后，按對荊江河段進行防洪補償調度。

金沙江梯級水庫啟動對長江中下游的防洪調度以三峽水庫蓄水為依據，若三峽水庫需蓄水時，則金沙江梯級水庫除對岷江做防洪補償調度外，還配合三峽水庫對長江中下游做防洪補償調度，否則金沙江梯級水庫僅對岷江做防洪補償調度。

故在具體求解計算時，按照水庫上下游順序依次調度，為保護長江中下游防洪保護對象安全，當三峽水庫采用不同防洪補償方式下金沙江梯級與三峽水庫共需攔截的流量為：

（1）對荊江河段防洪的補償調度方式。

（2）兼顧城陵磯地區(qū)防洪的補償調度方式。

式中：QiSX為兩梯級水庫在第i時段需攔截總流量；QINi0為 第一個水庫第i時段的入庫流量；QJik為第k水庫與第k－1水庫在第i時段的區(qū)間流量；QiSL為三峽水庫至螺山區(qū)間入流；QiQR為支流清江的流量；Z5i為三峽水庫當前庫水位。

金沙江梯級為保護李莊處共需攔截的流量QiJR為

N－2

式中QiMR為支流岷江的流量。

依據金沙江防洪調度原則，金沙江下游梯級上第j水庫泄流量為

三峽水庫泄流量為

在實際調度過程中需滿足以下約束條件：

（1）各水庫水量平衡約束

（2）上下水庫間水流耦合約束

（3）水庫庫容約束

（4）下泄流量約束

4 計算結果及分析

對各典型年不同頻率的最大30 d設計洪水過程進行聯合防洪調度計算。當典型年實測洪水過程的起始時間處于前汛期，則認為其是屬于前汛期的設計洪水；否則認為其是屬于后汛期的設計洪水，起調水位均為汛限水位。表2是以1954年為典型年的不同頻率的設計洪水聯合防洪調度結果，表3是以1998年為典型年的不同頻率的設計洪水聯合防洪調度結果。

分洪量分別按超過荊江、城陵磯處最大過流量60 600，60 000m3／s的水量之和統(tǒng)計，攔洪量按水庫攔截水量之和統(tǒng)計。1954年、1998年金沙江與岷江洪水洪峰未發(fā)生遭遇，故金沙江梯級對李莊處的防洪作用難以充分發(fā)揮，只能在一定程度上分擔三峽梯級的防洪壓力。由表2與表3的計算結果可知：

表2 以1954年為典型年的長江上游梯級水庫群聯合防洪調度結果Table 2 Result of Changjiang River cascade reservoirs operation for flood control with 1954 as the typical case

表3 以1998年為典型年的長江上游梯級水庫群聯合防洪調度結果Table 3 Result of Changjiang River cascade reservoirs operation for flood control with 1998 as the typical case

（1）三峽水庫采用對荊江河段防洪的補償調度方式，對500年一遇及以下設計洪水，三峽水庫單獨運用與金沙江梯級配合三峽水庫運用均能保證荊江河段最大流量不超過60 600 m3／s。與無水庫攔洪相比，三峽水庫單獨運用在一定程度上減少城陵磯地區(qū)分洪量。因對荊江河段防洪的補償調度方式未考慮城陵磯地區(qū)防洪，故與單獨運用相比，金沙江梯級水庫配合三峽水庫運用僅對1954年型500年一遇設計洪水城陵磯地區(qū)分洪量有所減少，對其他設計洪水均沒有改觀。

（2）三峽水庫采用兼顧城陵磯地區(qū)防洪的補償調度方式，當其單獨運用時對1954年型200年一遇及以下設計洪水與1998年型500年一遇及以下設計洪水能保證荊江河段行洪安全；對1954年型500年一遇設計洪水荊江河段需分洪24．0億m3。與無水庫攔洪相比，三峽水庫單獨運用時對1954年型不同頻率下設計洪水城陵磯地區(qū)分洪量分別減少了221．5，196，177．3，143．2，115．9億m3；對1998年型不同頻率下設計洪水城陵磯地區(qū)分洪量分別減少了201．6，164．0，133．0，109．9，65．5億m3。當金沙江梯級配合其運用時，對以上不同頻率設計洪水均能保證荊江河段不分洪；與三峽水庫單獨運用相比，對1954年型不同頻率下設計洪水城陵磯地區(qū)分洪量分別減少了65．3，43．5，27．1，24．1，41．9億m3；對1998年型不同頻率下設計洪水城陵磯地區(qū)分洪量分別減少了21．3，16．6，14．0，2．3，13．4億m3。其中對1998年型20年一遇設計洪水在金沙江梯級配合三峽水庫運用時城陵磯地區(qū)無需分洪。

從三峽水庫采用2種不同防洪補償調度方式的結果可以看出：三峽水庫采用對荊江河段防洪的補償調度方式，與三峽水庫單獨運用相比，金沙江梯級水庫配合三峽水庫運用對城陵磯地區(qū)的防洪效果基本沒有改變；若無金沙江梯級配合攔洪，遇特大洪水時兼顧城陵磯地區(qū)防洪的補償調度方式會導致荊江河段開啟分蓄洪區(qū)；金沙江梯級水庫分擔三峽水庫防洪壓力，兼顧城陵磯地區(qū)防洪的補償調度方式能減少城陵磯地區(qū)的分洪量。

5 結 論

綜合分析以上聯合防洪調度計算結果，可得出如下結論：

（1）與三峽水庫單獨運用相比，金沙江梯級水庫配合三峽水庫對長江中下游防洪能減輕三峽水庫的防洪壓力，同時增加下游荊江河段的安全保障。

（2）對所選典型年下不同頻率設計洪水，采用對荊江河段防洪的補償調度方式可保證荊江河段行洪安全，同時減少城陵磯地區(qū)分洪量。與三峽水庫單獨運用相比，金沙江梯級配合三峽水庫運用減少了三峽水庫的攔洪量，但對城陵磯地區(qū)分洪量無大的改觀。

（3）對所選典型年下不同頻率設計洪水，采用兼顧城陵磯地區(qū)防洪的補償調度方式在三峽水庫單獨運用時，遇1954年型500年一遇設計洪水會破壞荊江河段行洪安全，對其他設計洪水均可保證荊江地區(qū)行洪安全，同時減少城陵磯地區(qū)分洪量；在金沙江梯級配合三峽水庫單獨運用時可保證荊江河段不分洪，同時減少城陵磯地區(qū)分洪量。與對荊江河段防洪的補償調度方式相比，此調度方式城陵磯地區(qū)分洪量減少約65．8億m3；與三峽水庫單獨運用相比，此調度方式即可保證荊江地區(qū)行洪安全，同時城陵磯地區(qū)分洪量減少30．0億m3，并且三峽水庫攔洪量還有所下降。

（4）對500年一遇及以下設計洪水若有金沙江梯級水庫配合三峽水庫運用，對長江中下游的防洪可以考慮采用兼顧城陵磯地區(qū)防洪的補償調度方式；若無金沙江梯級水庫配合三峽水庫運用，對200年一遇及以下洪水可考慮采用兼顧城陵磯地區(qū)防洪的補償調度方式，對大于此設計洪水的洪水需采用對荊江河段防洪的補償調度方式。具體采用何種防洪補償調度方式需視長江中上游洪水大小及洪水組成情況而定。

［1］ 水利部長江水利委員會．金沙江干流綜合規(guī)劃報告［R］．武漢：長江水利委員會，2006．（Changjiang Water Resources Commission．Comprehensive utilization plan-ning of the main Jinsha River［R］．Wuhan：Changjiang Water Resources Commission，2006．（in Chinese））

［2］ 黃昌林，聶芳容，劉世奇，等．三峽工程運行后洞庭湖區(qū)防洪減災策略探討［J］．人民長江，2009，40（14）：68－70．（HUANG Chang-lin，NIE Fang-rong，LIU Shi-qi，et al．Flood control and disaster mitigation strategy on Dongting Lake area after Three Gorges Project running［J］．Yangtze River，2009，40（14）：68－70．（in Chi-nese））

［3］ 仲志余，寧 磊．三峽工程建成后長江中下游防洪形勢及對策［J］．人民長江，2006，37（9）：8－9．（ZHONG Zhi-yu，NING lei The situation and countermeasure of flood control ofmid-lower Yangtze River after Three Gor-ges Project completed［J］．Yangtze River，2006，37（9）：8－9．（in Chinese））

［4］ 趙家成，王從峰，姜利漢．長江上游干支流水庫防洪調度探討［J］．三峽大學學報（自然科學版），2004，26（5）：399－401．（ZHAO Jia-cheng，WANG Gong-feng，JIANG Li-han．A study on reservoir flood control opera-tion in upper reaches of Yangtze River［J］．Journal of China Three Gorges University（Natural Sciences），2004，26（5）：399－401．（in Chinese））

［5］ 寧 磊，胡昌盛，游中瓊．溪洛渡、向家壩水電站對長江中下游防洪作用分析［J］．武漢大學學報（工學版），2009，42（4）：443－446．（NING Lei，HU Chang-sheng，YOU Zhong-qiong．Analysis of role of Xiluodu and Xiangjiaba hydropower stations in flood control of middle and lower Yangtze River［J］．Engineering Journal ofWuhan University，2009，42（4）：443－446．（in Chi-nese））

［6］ 丁 毅，紀國強．長江上游干支流水庫防洪庫容設置研究［J］．人民長江，2006，37（9）：50－52．（DING Yi，

JIGuo-qiang．Flood control capacity settings of reservoirs in the upper main Yangtze River［J］．Yangtze River，2006，37（9）：50－52．（in Chinese））

［7］ SL44－1993，水利水電工程設計洪水計算規(guī)范［S］．（SL44－1993，Specifications about design flood in Water Resources and Hydropower Engineering［S］．（in Chi-nese））

［8］ 水利部．三峽水庫優(yōu)化調度方案［R］．北京：水利部，2009．（Ministry of Water Resources．Optimal operation of Three Gorges Project［R］．Beijing：Ministry of Water Resources，2009．（in Chinese））

（編輯：趙衛(wèi)兵）

Effect of Flood Control Joint Operation of Jinshajiang Downstream Cascade Reservoirs and Three Gorges Reservoir

YANG Chun-hua，XU Ji-jun，DONG Lin-yan
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

In order to analyze the effect for flood control joint operation of cascade reservoirs at the downstream of Jinshajiang in conjunction with Three Gorges Reservoir，this paper investigates two compensation dispatchingmodes of flood control to themiddle and lower Changjiang River．The paper choices two typical years and conducts flood regulation routing in different frequencies in calculation．The results show that themode of joint operation of cas-cade reservoirs not only can ensure the reaches of Changjiang River in the upper Changjiang River and Jingjiang River safety，but also can further improve the flood control capacity of Three Gorges reservoir．In comparison with the compensation dispathchingmode of the reach of Jingjiang River，it can further decrease the flood diversion of the Chenlingji area if the compensation dispatchingmode of flood control of the reach of Jingjiang River takes the flood control of Chenlingji area into account．

Jinsha River cascade reservoirs；Three Gorges Reservoir；upper Changjiang River；joint operation for flood control；design flood

TV697

A

1001－5485（2010）10－0005－05

2010-08-19

國家自然科學基金資助項目（U0970151）；國家軟科學研究計劃（2008GXS5B085）；長江科學院中央級公益性科研院所基金項目（YWF0901）

楊春花（1985-），女，江西九江人，助理工程師，碩士，主要從事水文學及水資源規(guī)劃管理方面研究，（電話）13659890820（電子信箱）ychh1985＠126．com。