瀑布溝水庫在岷江“20·8”洪水中的防洪作用分析

賀 玉 彬，徐 雨 妮，張 俊

(1.國家能源集團 國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610041； 2.長江水利委員會 水文局，湖北 武漢 430010)

2020年8月，岷江流域發(fā)生極端性強降雨過程，流域月面雨量達270 mm左右，較多年均值偏多約8成。受強降雨影響，支流大渡河多站多次發(fā)生超警戒及以上洪水，瀘定站發(fā)生超保證洪水，瀑布溝水庫出現(xiàn)建庫以來最大入庫流量6 990 m3/s，瀑布溝水庫以下區(qū)間來水達到歷史極值；支流青衣江發(fā)生超歷史洪水，夾江站洪峰水位414.71 m，列歷史第1位，重現(xiàn)期約100 a；岷江干流中下游發(fā)生超歷史洪水，五通橋站洪峰水位345.63 m，超歷史最高水位(343.88 m)1.75 m，高場站洪峰水位為291.08 m(超保證水位3.08 m，超歷史最高水位0.96 m)，最大實測流量為37 500 m3/s(8月18日21：38)，為歷史最大流量。

為了深入研究該場暴雨洪水的發(fā)展特性以及大渡河梯級水庫群在攔洪錯峰方面發(fā)揮的作用，本文對2020年8月大渡河流域暴雨洪水的水雨情發(fā)展過程、洪水組成與量級、洪水還原計算等方面進行了詳細地分析，總結了該場暴雨洪水的特性，并對以瀑布溝水庫為核心的大渡河水庫群聯(lián)合調度所產(chǎn)生的防洪效用進行了量化。

1 2020年8月大渡河流域暴雨洪水概況

1.1 降雨概況

2020年8月，北極極渦向南發(fā)展，歐亞中高緯表現(xiàn)為穩(wěn)定的兩槽一脊環(huán)流形勢，引導北方強冷空氣南下至長江上游嘉岷流域。同時西北太平洋副熱帶高壓偏西偏強，西伸脊點正位于四川盆地附近，副高外圍環(huán)流引導南海的水汽向四川盆地輸送，并與來自孟加拉灣的西南低空急流相遇，從而給嘉岷流域帶來充沛的水汽。此外，由于四川盆地西部(大渡河流域附近)山體陡然升高，暖濕氣流和冷空氣在此匯聚堆積，加之地形影響下抬升輻合作用明顯，導致大渡河流域發(fā)生罕見的強降雨。

2020年8月，大渡河流域降雨主要分布在中下游，其中，中游累計降雨約282 mm，較多年均值偏多7成，下游累計雨量約200 mm，較多年均值偏多近2成。按照水庫節(jié)點將大渡河流域劃分為：I區(qū)瀘定以上區(qū)域，Ⅱ區(qū)瀘定至瀑布溝區(qū)域，Ⅲ區(qū)瀑布溝以下區(qū)域(圖1為大渡河流域水庫節(jié)點示意)。圖2給出了8月6～30日大渡河流域各分區(qū)的日雨量變化，由圖1～2可知，8月大渡河共發(fā)生5次降雨過程，分別為6～7日、10～12日、15～17日、23～24日以及29～30日，其中6～7日和23～24日流域降雨以中到大雨為主，其余3次過程強度則以大-暴雨為主，以下分別分析這3次強降雨過程。10～12日，大渡河流域有大-暴雨，其中11日降雨最強，瀘定至瀑布溝區(qū)域面雨量達35 mm；15～17日，大渡河流域瀘定以下地區(qū)有強降雨過程，瀘定至瀑布溝區(qū)域和瀑布溝以下區(qū)域有暴雨，面雨量分別達42 mm和47 mm，樂山片區(qū)出現(xiàn)大暴雨(茨竹坪132 mm，龔嘴125 mm，銅街子112 mm)；29～30日，大渡河流域瀘定以下地區(qū)有強降雨過程，瀘定至瀑布溝區(qū)域和瀑布溝以下區(qū)域有暴雨，面雨量分別達33 mm和44 mm，尼日河局地出現(xiàn)大暴雨(巖潤103 mm)，銅街子庫區(qū)出現(xiàn)特大暴雨(茨竹坪212 mm)。總體來看，三次強降雨過程呈現(xiàn)如下特點：① 強雨區(qū)主要集中在大渡河瀘定以下區(qū)域；② 降雨集中，暴雨峰值持續(xù)時間均在1 d；③ 降雨極端性強，部分站點出現(xiàn)大暴雨乃至特大暴雨級別的強降水。

圖1 大渡河流域水庫節(jié)點示意Fig.1 The multi-reservoir system of Dadu River Basin

1.2 洪水分析

首先從大渡河“20·8”洪水的發(fā)展過程著手，分析干支流來水情況、洪峰量級等要素；通過厘清“20·8”洪水組成狀況，評價各部分來水豐枯態(tài)勢；最后，總結歸納出“20·8”洪水主要呈現(xiàn)3個方面的特征，即：① 洪水過程多，洪峰量級大；② 干支流來水遭遇，流量漲勢猛；③ 干流來水大，區(qū)間洪水更為突出。

1.2.1洪水發(fā)展過程

受大渡河流域集中性強降雨的影響，大渡河流域洪水主要發(fā)生在8月中下旬，且呈現(xiàn)洪水過程多、洪峰量級大等特點。

(1) “8·18”洪水過程(8月16～19日)。8月中旬起，受持續(xù)性強降雨影響，大渡河干支流來水快速增加，多站多次發(fā)生超警戒及以上洪水過程。干流方面，瀘定站發(fā)生超保證洪水，洪峰水位1 312.09 m，超保證水位0.20 m；瀑布溝水庫出現(xiàn)入庫洪峰流量6 990 m3/s，為建庫以來的最大入庫流量，重現(xiàn)期為20 a；瀑布溝至龔嘴區(qū)間最大流量超5 000 m3/s，為該河段的歷史最大區(qū)間流量。支流方面，瀑布溝水庫以下支流來水快速上漲，官料河流域紅旗站洪峰流量1 780 m3/s，創(chuàng)下了近年來的極值。干支流洪水的嚴重遭遇導致了“8·18”洪水過程的產(chǎn)生。

注：Ⅰ區(qū)為瀘定以上區(qū)域，Ⅱ區(qū)為瀘定至瀑布溝區(qū)域，Ⅲ區(qū)為瀑布溝以下區(qū)域圖2 大渡河流域2020年8月6～31日面降雨變化序列Fig.2 The variation sequence of surface rainfall in Dadu River Basin from 6 to 31 August，2020

(2) “8·23”洪水過程(8月23～24日)。8月下旬，降雨整體呈現(xiàn)減小趨勢，流域來水波動消退。在消退過程中，由于23日瀘定以下區(qū)域出現(xiàn)短時強降雨，瀑布溝水庫下游區(qū)間呈現(xiàn)小幅漲水過程。

(3) “8·30”洪水過程(8月30～31日)。受30日白天至31日夜間瀑布溝下游區(qū)間暴雨-大暴雨過程的影響，尼日河、官料河等支流及龔嘴-銅街子區(qū)間來水的快速上漲。其中，巖潤站洪峰流量893 m3/s，紅旗站洪峰1 590 m3/s，瀑布溝至銅街子區(qū)間流量最大超過4 000 m3/s。區(qū)間來水疊加作用導致了“8·30”洪水過程的產(chǎn)生。

1.2.2洪水組成與量級

峨邊站是瀑布溝水庫下游重要控制站點，峨邊站洪水主要由瀑布溝水庫出庫流量、尼日河來水以及區(qū)間來水組成，同時考慮洪水傳播時間予以疊加而成。2020年峨邊站總入流(實測)最大1，3，7，15 d洪量地區(qū)組成計算結果見表1。

從峨邊站洪量組成看，瀑布溝水庫出庫流量最大1，3，7，15 d洪量占峨邊站相應統(tǒng)計時段來水比例的76.51%～86.80%?？紤]到其控制面積占峨邊站控制面積的91.33%，瀑布溝水庫出庫流量占比偏小。巖潤站最大1，3，7，15 d洪量占峨邊站相應統(tǒng)計時段來水比例的4.65%～7.83%，考慮到其控制面積占峨邊站控制面積的4.4%，尼日河來水偏大。區(qū)間最大1，3，7，15 d洪量占峨邊站相應統(tǒng)計時段來水比例的7.81%～15.66%，考慮到其控制面積占峨邊站控制面積的4.27%，區(qū)間來水明顯偏大。

綜上，從峨邊站洪量組成看，瀑布溝水庫出庫流量占絕對主導地位，區(qū)間來水次之，尼日河來水占比最小。但基于各來水組成的面積比考慮，瀑布溝水電站出庫流量占比相對偏小，且各統(tǒng)計時段偏小幅度為4.53%～14.82%；區(qū)間來水明顯偏大，且各統(tǒng)計時段偏大幅度為3.54%～11.39%。

2 洪水調度過程

2.1 水庫防洪調度方式

瀑布溝水電站的防洪任務[1-3]是確保樞紐自身防洪安全；遇水庫上游來水為主的洪水時，提高水庫下游成昆鐵路沙坪段防洪標準至100 a一遇；必要時減輕樂山市城區(qū)和下游重要城鎮(zhèn)防洪壓力；分擔川渝河段防洪任務；配合三峽水庫分擔長江中下游地區(qū)防洪任務。瀑布溝水庫11.00 億m3的防洪庫容劃分為兩部分[4]，5.00 億m3(庫水位844.00～850.00 m)用于大渡河流域本身防洪，主要為確保成昆鐵路沙坪段遇100 a一遇洪水安全通行，盡量提高下游河心洲防洪標準，減輕樂山洪災損失；6.00 億m3(庫水位836.20～844.00 m)為中下游防洪，必要時配合金沙江梯級水庫減輕川江防洪壓力。為本流域防洪時，采取削峰、錯峰補償?shù)恼{度方式；為長江中下游防洪時，采用攔蓄洪量的方式；當本流域和長江中下游均有防洪需求時，應協(xié)調好本流域防洪與長江中下游防洪兩者關系，在滿足所在本流域防洪要求的前提條件下，根據(jù)需要分擔長江中下游防洪任務。

龔嘴水庫[5]在進行防洪調度時，當預報入庫流量大于5 000 m3/s時，應在預見期內，將庫水位降至下限運行；洪水入庫后，壩前水位維持低水位運行，并作好下游銅街子水庫迎戰(zhàn)大洪水的準備。

銅街子水庫[6]在進行防洪調度時，在保證電站自身安全有保障的情況下，盡量控制銅街子下泄流量不超過下游河道防洪能力。

2.2 水庫洪水調度過程

針對暴雨洪水發(fā)展的不同階段，瀑布溝水電站采取了不同的調度方式，本章主要討論分析3次攔洪錯峰調度過程。瀑布溝、龔嘴、銅街子水電站調度過程如圖3～5所示。

圖3 瀑布溝水電站2020年8月調度過程Fig.3 The Pubugou Reservoir operating process in August，2020

2.2.1“8·18”洪水調度過程

考慮到8月12～18日大渡河流域有持續(xù)性較強降雨，為應對即將來臨的洪水過程，提高瀑布溝水庫及其下游龔嘴、銅街子水庫的攔洪能力，3庫于8月16日前完成預泄騰庫。其中，瀑布溝水庫水位逐步降低至839.38 m運行，龔嘴、銅街子水庫分別逐步降至低水位運行。

為迎接8月17日夜間洪水來臨，瀑布溝水庫全關泄洪洞，只保留發(fā)電流量，出庫流量按照2 400～2 800 m3/s控制。18日，為緩解樂山地區(qū)汛情，瀑布溝水庫通過減產(chǎn)控泄方式逐步降低出庫流量至1 400 m3/s左右，最大削峰率超過80%。最終下游龔嘴、銅街子電站的最大入庫流量分別僅為7 810 m3/s(18日06：00)，7 430 m3/s(18日09：00)。

表1 2020年8月峨邊站洪水組成Tab.1 The flood volume composition of the flood in Ebian Station in August，2020

圖4 龔嘴水電站2020年8月調度過程Fig.4 The Gongzui Reservoir operating process in August，2020

圖5 銅街子水電站2020年8月調度過程Fig.5 The Tongjiezi Reservoir operating process in August，2020

為減輕下游防洪壓力，龔嘴與銅街子水庫同樣啟動了相應的攔洪錯峰措施。其中，龔嘴水庫最高調洪水位達到525.28 m，最大下泄6 740 m3/s，削峰率近14%；銅街子水庫最高水位達到472.28 m，最大下泄6 560 m3/s，削峰率11.5%。“8·18”洪水期間各水庫攔蓄洪水情況如表2所示。

完成錯峰任務后，為放緩水位上漲速度，避免庫水位突破對川渝河段調洪的最高水位(845.00 m)，瀑布溝水庫逐步加大出庫流量至4 300～4 800 m3/s繼續(xù)攔洪。至19日13：45，瀑布溝水位漲至本輪最高調洪水位845.12 m，而后瀑布溝水位開始逐步消退。本輪洪水期間，瀑布溝水庫合計攔蓄洪量4.53 億m3。

表2 “8·18”洪水各水庫攔蓄洪水統(tǒng)計Tab.2 The flood control operation of three reservoirs in “8·18”

2.2.2“8·23”洪水調度過程

考慮預見期降雨過程，為減輕下游防洪壓力，瀑布溝水庫采取錯峰攔蓄的調度措施：8月23日晚，全關泄洪洞，出庫流量按1 500～2 500 m3/s控制，庫水位從841.99 m逐步上漲；8月24日晚，瀑布溝出庫流量調整為按日均2 500 m3/s控泄，庫水位最高漲至843.48 m。由于瀑布溝水庫的攔蓄作用，瀑布溝水庫下游峨邊縣城的洪水降為普通洪水，大大減輕了下游電站及沿河峨邊、樂山城鎮(zhèn)的防洪壓力。本輪洪水過程中，瀑布溝水庫削減洪峰約2 500 m3/s，合計攔蓄水量1.19 億m3。

2.2.3“8·31”洪水調度過程

面對即將到來的洪水過程，瀑布溝水庫從27日起加快消落水位至842.00 m以下，為后續(xù)攔蓄騰庫。為盡最大可能攔洪錯峰，30日22：00至31日07：00，瀑布溝水庫全關泄洪洞、調減發(fā)電出力，出庫流量按1 000 m3/s控制。本輪洪水過程中，由于瀑布溝水庫的削峰錯峰作用，削減洪峰2 700 m3/s左右，削峰率73.5%，最高調洪水位843.54 m，合計攔蓄水量1.36 億m3；同時，使得下游區(qū)間來水峰值與上游來水峰值完美錯開，最終下游龔嘴、銅街子電站的最大入庫流量分別為5 260 m3/s(31日05：00)，4 960 m3/s(31日05：00)。

為配合瀑布溝水庫攔洪錯峰，龔嘴與銅街子水庫同樣減小下泄流量，其中，龔嘴水庫最大下泄4 570 m3/s，削峰率13.1%；銅街子水庫最大下泄4 590 m3/s，削峰率7.5%。

3 防洪作用分析

3.1 還原分析

綜合考慮大渡河流域水庫的防洪庫容大小及2020年實際調度情況，確定納入還原分析的水庫主要為瀑布溝水庫。還原對象聚焦峨邊、銅街子、五通橋和高場站。按建庫不攔蓄的情況，取實況來水過程，采用分段馬斯京根法、合成流量法等河道匯流模型方案[7-10]，進行沿程疊加演算，得到峨邊、銅街子、五通橋、高場還原流量過程?！?0·8”洪水峨邊、五通橋和高場站還原與實況洪水過程見圖6～8。還原后的各站時段最大洪量及重現(xiàn)期分析成果見表3。

由實況報汛資料分析可知：峨邊站實況最大洪峰流量為6 060 m3/s，重現(xiàn)期約5 a；銅街子最大洪峰流量為7 430 m3/s，重現(xiàn)期約5 a；五通橋站最大洪峰流量為38 000 m3/s，重現(xiàn)期約40 a；高場站最大洪峰流量為37500 m3/s，重現(xiàn)期約25 a。

由還原計算結果可知：峨邊站最大洪峰流量為10 600 m3/s，重現(xiàn)期約105 a；銅街子最大洪峰流量為13 300 m3/s，重現(xiàn)期超100 a；五通橋站最大洪峰流量為38 900 m3/s，重現(xiàn)期約45 a；高場站還原后的最大洪峰流量為39 800 m3/s，重現(xiàn)期約30 a。

若除大渡河外，還考慮岷江干流主要水庫的攔蓄情況，還原后五通橋站最大洪峰流量為40 400 m3/s，重現(xiàn)期約60 a；高場站還原后的最大洪峰流量為41 500 m3/s，重現(xiàn)期約40 a。

圖6 2020年8月大渡河峨邊站實際流量與還原流量對比Fig.6 The actual and natural flow of Ebian Station of Dadu River in “20·8”

圖7 2020年8月岷江五通橋站實際流量與還原流量對比Fig.7 The actual and natural flow of Wutongqiao Station of Dadu River in “20·8”

圖8 2020年8月岷江高場站實際流量與還原流量對比Fig.8 The actual and natural flow of Gaochang Station of Dadu River in “20·8”

表3 各站還原洪峰流量及其重現(xiàn)期統(tǒng)計Tab.3 The natural flood peak and its return period of four stations

3.2 防洪作用

3.2.1對大渡河流域的作用

就峨邊站而言，瀑布溝水庫的攔洪運用，將峨邊站約105 a一遇的洪水削減為5 a一遇，將洪峰流量由10 600 m3/s削減為6 060 m3/s(減小洪峰流量約4 540 m3/s)，確保了成昆鐵路沙坪段的防洪安全。

就銅街子而言，瀑布溝水庫的攔洪運用，將該斷面超100 a一遇特大洪水削減為一般洪水，減小洪峰流量約5 870 m3/s。

3.2.2對岷江中下游的作用

就五通橋站而言，瀑布溝水庫的攔洪運用，將五通橋站約45 a一遇的洪水削減為40 a一遇，減小洪峰流量約900 m3/s；若考慮五通橋站以上主要水庫的攔洪運用，將五通橋站約60 a一遇的洪水削減為40 a一遇，減小洪峰流量約2 400 m3/s。

就高場站而言，瀑布溝水庫的攔洪運用，將高場站約30 a一遇的洪水削減為25 a一遇，減小洪峰流量約2 300 m3/s；若考慮高場站以上主要水庫的攔洪運用，將高場站約40 a一遇的洪水削減為25 a一遇，減小洪峰流量約4 000 m3/s。

總體而言，2020年8月洪水期間，瀑布溝水庫攔洪7.08 億m3，占岷江流域水庫攔蓄總量的65.4%，占寸灘站以上水庫攔蓄總量的8.4%，成功削減下游峨邊、銅街子等斷面的洪峰量級，為成昆鐵路沙坪段、樂山市城區(qū)以及川渝河段減輕了防洪壓力。據(jù)初步分析，岷江水庫群調度共減少岷江及宜賓中心城區(qū)河段受災人口將達到15.3 萬人，瀑布溝水庫發(fā)揮了超60%的作用。

4 結 論

2020年8月大渡河流域發(fā)生集中性強降雨，導致大渡河干流多站多次發(fā)生超警戒及以上洪水過程，瀑布溝水庫出現(xiàn)建庫以來最大入庫流量6 990 m3/s，瀑布溝水庫以下區(qū)間來水達到歷史極值。通過以瀑布溝水庫為核心的水庫群聯(lián)合攔洪錯峰調度措施，有效緩 解了大渡河下游川渝河段不同地區(qū)和城市的防洪壓力。

(1) 大渡河“20·8”降雨主要集中在大渡河瀘定以下區(qū)域，且具有降雨集中、極端性強的特點。

(2) 大渡河“20·8”洪水主要具有3個方面的特征，即洪水過程多、洪峰量級大；干支流來水遭遇、流量漲勢猛；干流來水大、區(qū)間洪水更為突出。

(3) “20·8”洪水期間，以瀑布溝水庫為核心的水庫群通過實施預報預泄、攔洪削峰、錯峰補償?shù)?，發(fā)揮了顯著的防洪作用，在區(qū)間來水極大的不利條件下，成功將大渡河中下游峨邊(沙坪)、銅街子等斷面超百年一遇特大洪水削減為一般洪水，保障了成昆鐵路、樂山城區(qū)和岷江下游的防洪安全，其中，瀑布溝水庫最大削峰率達80%以上、攔蓄洪量7.08億m3，占岷江流域水庫攔蓄總量的65.4%，削減高場站洪峰流量約2 300 m3/s。

(4) “20·8”洪水期間，瀑布溝水庫在為本流域攔洪削峰的同時，兼顧川渝河段的防洪需求，攔蓄洪量占川渝河段(寸灘站以上)水庫攔蓄總量的8.4%，有效緩解了川渝河段的防洪壓力。

說 明

本文2020年水文要素的統(tǒng)計分析源自報汛數(shù)據(jù)。