長江水工程現(xiàn)狀條件下防御1954年洪水聯(lián)合調(diào)度策略

張 瀟，李 玉 榮，牛 文 靜

(長江水利委員會 水文局，湖北 武漢 430010)

近70 a來，隨著一大批水利工程的建設(shè)，長江防洪工程體系得到了根本性的改變，流域整體防洪能力顯著提高[1]。通過貫徹“蓄泄兼籌，以泄為主”的治江方針，遵照“江湖兩利，上中下游協(xié)調(diào)，左右岸兼顧”的原則，目前長江流域基本形成了以堤防為基礎(chǔ)、三峽水庫為骨干，其他干支流水庫、蓄滯洪區(qū)、河道整治相配合，以及平垸行洪、退田還湖等工程措施與監(jiān)測預(yù)報(bào)、防洪調(diào)度、洪水管理等非工程措施相結(jié)合的綜合防洪減災(zāi)體系[2-3]。長江中下游總體防洪標(biāo)準(zhǔn)為防御1949年以來發(fā)生的最大洪水——1954年流域性特大洪水，荊江河段的防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，同時(shí)對遭遇類似1870年洪水有可靠的措施保證防洪安全；漢江中下游防洪標(biāo)準(zhǔn)為防御1935年洪水(相當(dāng)于100 a一遇)。洞庭湖湘、資、沅、澧，鄱陽湖贛、撫、信、饒、修等支流，總體防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇；長江中下游其他支流防洪標(biāo)準(zhǔn)多為 10～20 a 一遇[4-5]。

隨著長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度事業(yè)不斷推進(jìn)，納入聯(lián)合調(diào)度的水工程規(guī)模也在不斷擴(kuò)大[6]。根據(jù)水利部最新的《2020年長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度批復(fù)》[7]，納入聯(lián)合調(diào)度的水工程共計(jì)101處，其中，控制性水庫41座,總調(diào)節(jié)庫容達(dá)884億m3,總防洪庫容598億m3；蓄滯洪區(qū)46處(含滁河4處)，總蓄洪容積591億m3；排澇泵站10座，總排澇能力1 562 m3/s；引調(diào)水工程4項(xiàng)，年設(shè)計(jì)總引調(diào)水規(guī)模241億m3。其中，上中游水庫群作為流域防洪調(diào)度的“主力軍”，近年來防洪效益顯著，先后成功應(yīng)對了2012，2016，2017年以及2018年洪水。但隨著全球氣候變化的影響，長江流域極端暴雨事件頻發(fā)，亟需高度警惕流域大洪水“黑天鵝”事件的發(fā)生，流域大洪水伴隨的巨大洪水來量與河道安全泄量的矛盾依然突出。蓄滯洪區(qū)作為綜合防洪體系的最后一道防線，是妥善安置長江超額洪量的兜底手段，分析流域水庫群與蓄滯洪區(qū)的聯(lián)合調(diào)度策略，研究水庫與蓄滯洪區(qū)組合運(yùn)用時(shí)機(jī)和效率，是提升應(yīng)對流域性大洪水的關(guān)鍵所在。目前，已有諸多學(xué)者從洪水遭遇組成[8-9]、防洪庫容分配[10-11]、聯(lián)合調(diào)度方式[12-13]等方面對長江流域水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度開展了較為深入的研究，但在面對流域性大洪水時(shí)的水庫群與蓄滯洪區(qū)聯(lián)合調(diào)度方面，特別是能適用于實(shí)時(shí)調(diào)度層面的研究成果較少。

為了適應(yīng)新形勢下防御流域大洪水的需求，本文將側(cè)重于探索控制性水庫與蓄滯洪區(qū)聯(lián)合防洪調(diào)度策略，主要從長江流域水庫群、蓄滯洪區(qū)的防洪目標(biāo)和任務(wù)，實(shí)時(shí)調(diào)度層面的聯(lián)合調(diào)度初步策略以及現(xiàn)狀工況條件下的1954年洪水模擬效果3個(gè)方面來提煉長江上中游水工程聯(lián)合調(diào)度的策略，為長江大洪水防御提供參考和借鑒。

1 防洪目標(biāo)與任務(wù)

1.1 長江上中游水庫群

長江上游水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度目標(biāo)是在確保自身安全的同時(shí)，通過攔洪、削峰、錯(cuò)峰等手段提高攀枝花、宜賓、瀘州、重慶等重要城市的防洪能力，還需配合三峽水庫調(diào)度，減少匯入三峽水庫的洪量；三峽水庫則應(yīng)保證其下游荊江河段防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)100 a一遇，遇1 000 a一遇洪水或1870年型歷史同大洪水時(shí)，配合蓄滯洪區(qū)運(yùn)用，保證其不發(fā)生毀滅性災(zāi)害，減輕長江中下游防洪壓力；清江、兩湖及漢江水系水庫群，在滿足本流域防洪要求的前提下，需與干流防洪調(diào)度相協(xié)調(diào)，實(shí)施聯(lián)合防洪調(diào)度，盡可能減輕長江中下游防洪壓力。由此可見，長江上中游水庫承擔(dān)著水庫所在河流、川渝河段、長江中下游等多重防洪任務(wù)，加之流域水系眾多、空間分布錯(cuò)綜復(fù)雜，流域面積廣大等因素，致使洪水組成和遭遇十分復(fù)雜，防洪需求和目標(biāo)眾多，防洪控制對象分布離散，同時(shí)又嵌套著強(qiáng)弱關(guān)系。因此，在實(shí)際操作層面，需根據(jù)實(shí)際來水情況、水文氣象預(yù)報(bào)、水庫群運(yùn)行工況等，明確總體與階段性調(diào)度目標(biāo)，層層理清防洪任務(wù)，精細(xì)調(diào)配防洪庫容，科學(xué)制定聯(lián)合調(diào)度方案。根據(jù)防洪任務(wù)特點(diǎn)，流域內(nèi)各水庫(不含三峽水庫)大體可分三大類。

(1) 本流域無特定防洪任務(wù)，可配合三峽水庫對長江中下游防洪的水庫，包括：金沙江中游梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯?shù)乩畮?，雅礱江錦屏一級、二灘水庫。

(2) 既有本流域防洪任務(wù)，又可配合三峽水庫對長江中下游防洪的水庫，包括：金沙江中游觀音巖(為攀枝花防洪)、金沙江下游溪洛渡、向家壩(為川江防洪)、大渡河瀑布溝(成昆鐵路沙坪段)、岷江紫坪鋪(下游金馬河)、嘉陵江碧口、寶珠寺、亭子口、草街(本流域下游重點(diǎn)城市防洪)、烏江構(gòu)皮灘、思林、沙沱、彭水(本流域下游重點(diǎn)區(qū)域防洪)、清江水布埡、隔河巖(本流域下游重點(diǎn)區(qū)域防洪)、漢江石泉、安康、潘口、黃龍灘、丹江口、三里坪、鴨河口(本流域下游重點(diǎn)區(qū)域防洪)、陸水水庫(承擔(dān)赤壁市防洪)。

(3) 承擔(dān)本流域防洪任務(wù)的水庫，包括：洞庭湖水系柘溪、鳳灘、五強(qiáng)溪、江埡、皂市水庫(提高下游及尾閭地區(qū)防洪能力)，鄱陽湖水系萬安、峽江、廖坊、柘林水庫(提高下游及尾閭地區(qū)防洪能力)。

在遇1954年型洪水時(shí)，本流域無特定防洪任務(wù)的水庫，長江上游金沙江中游梯級(觀音巖水庫預(yù)留2.53億m3)、雅礱江梯級合計(jì)防洪庫容有40.25億m3，這部分庫容可率先用于配合三峽水庫對中下游進(jìn)行防洪，庫容運(yùn)用比例可根據(jù)汛情情勢進(jìn)行調(diào)整。此外，金沙江下游溪洛渡、向家壩梯級因有川江防洪任務(wù)，在配合三峽水庫對長江中下游防洪時(shí)，需以準(zhǔn)確的水文氣象預(yù)報(bào)為依據(jù)，適機(jī)運(yùn)用防洪庫容。其余有本流域防洪任務(wù)的水庫，在運(yùn)用防洪庫容時(shí)要相對謹(jǐn)慎，需結(jié)合本流域來水及防洪任務(wù)適當(dāng)分配一定的防洪庫容。

1.2 蓄滯洪區(qū)

以防御1954年型洪水為目標(biāo)，為保障重點(diǎn)地區(qū)防洪安全，長江中下游干流安排了42處蓄滯洪區(qū)，總面積約1.2萬km2，有效蓄洪容積約590.00億m3，其中荊江地區(qū)4處、城陵磯附近區(qū)27處(洞庭湖區(qū)24處，洪湖區(qū)3處)、武漢附近區(qū)6處、湖口附近區(qū)5處(鄱陽湖區(qū)4處，華陽河區(qū)1處)。按照蓄滯洪區(qū)啟用幾率和保護(hù)對象的重要性，確定荊江分洪區(qū)為重點(diǎn)蓄滯洪區(qū)，并將除荊江分洪區(qū)以外的長江中下游蓄滯洪區(qū)分為重要、一般和蓄滯洪保留區(qū)三類。重要蓄滯洪區(qū)為使用幾率較大的蓄滯洪區(qū)，共計(jì)12處，有效蓄洪容積180.71億m3；一般蓄滯洪區(qū)是指除重要蓄滯洪區(qū)外，為防御1954年洪水還需啟用的蓄滯洪區(qū)，共計(jì)13處，有效蓄洪容積215.13億m3；蓄滯洪保留區(qū)為用于防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水或特大洪水的蓄滯洪區(qū)，共計(jì)16處，有效蓄洪容積140.06億m3。長江中下游蓄滯洪區(qū)基本情況列于表1。

三峽工程投入使用后若遇1954年洪水，按擬定的三峽工程對荊江補(bǔ)償調(diào)度后，仍有398億m3的超額洪量。因此在實(shí)際蓄滯洪區(qū)運(yùn)用過程中，需根據(jù)來水及預(yù)報(bào)情況，綜合考慮蓄滯洪區(qū)的建設(shè)情況、啟用次序、運(yùn)用時(shí)機(jī)、分洪效率等。

2 水工程聯(lián)合防洪實(shí)時(shí)調(diào)度策略

2.1 預(yù)報(bào)水平分析

準(zhǔn)確的水文氣象預(yù)報(bào)是實(shí)時(shí)調(diào)度決策的重要依據(jù)，依托信息處理與共享技術(shù)、水雨情監(jiān)視以及相對豐富的預(yù)報(bào)調(diào)度模型庫，當(dāng)前長江流域已形成覆蓋流域重要控制站及水工程的洪水預(yù)報(bào)方案體系。該套方案體系長期實(shí)踐運(yùn)用于長江流域洪水預(yù)報(bào)調(diào)度，具有較高的精度，在實(shí)際作業(yè)中通常采用短中長期水文氣象相結(jié)合，模型與實(shí)時(shí)校正、人工經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，主要控制站的預(yù)見期72 h內(nèi)流量預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確，城陵磯至大通各站水位預(yù)報(bào)平均誤差在0.2 m以內(nèi)，關(guān)鍵性的預(yù)報(bào)能提前3～5 d[14-15]。

表1 長江中下游蓄滯洪區(qū)概況Tab.1 Overview of flood detention zones at the middle-lower reaches of the Yangtze River

本文通過概化蓄滯洪區(qū)潰口進(jìn)洪過程，并與長江洪水預(yù)報(bào)方案體系進(jìn)行耦合，形成以流域控制性水庫、蓄滯洪區(qū)、重要河道控制站節(jié)點(diǎn)的水工程調(diào)度一體化模型，用于1954年洪水模擬分析。

2.2 總體策略及流程

根據(jù)水利部《2020年長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃的批復(fù)》，參與運(yùn)用的101座水工程均有相應(yīng)的防洪調(diào)度方案予以遵照。該方案從規(guī)劃層面框定了各水工程的運(yùn)用方式，是實(shí)時(shí)調(diào)度過程中的主要依據(jù)。

根據(jù)《長江流域防洪規(guī)劃》《長江流域綜合規(guī)劃(2012-2030)》以及《長江洪水調(diào)度方案》等系列文件，同時(shí)結(jié)合自2012～2019年的長江防洪調(diào)度實(shí)踐，在防御如1954年型洪水時(shí)，在水工程實(shí)時(shí)調(diào)度的過程中，方案制定的總體策略和流程可分為以下步驟。

(1) 防洪調(diào)度目標(biāo)的確定，明確階段性的調(diào)度目標(biāo)，包括長江中下游主要防洪控制性斷面水位，三峽水庫起調(diào)水位及最高調(diào)洪水位等。

(2) 根據(jù)長江中下游的防洪調(diào)度目標(biāo)，制定三峽水庫和清江、兩湖、漢江水庫的調(diào)度方案，清江及兩湖水庫群因其攔洪調(diào)度將直接影響中下游河道洪水情勢，因此需以攔洪錯(cuò)峰、削峰的形式，并與三峽水庫調(diào)度相協(xié)調(diào)；漢江丹江口等水庫調(diào)度，需優(yōu)先滿足漢江中下游防洪調(diào)度，同時(shí)盡量攔蓄為武漢地區(qū)防洪減輕壓力。

(3) 完成三峽水庫調(diào)度方案制定后，梳理并制定長江上游干支流控制性水庫(不含三峽水庫)的攔洪時(shí)機(jī)及攔洪庫容。根據(jù)干支流洪水預(yù)報(bào)，分河系制定不同支流的調(diào)度方案，長江上游干支流水庫主要以攔洪量為主配合三峽水庫對中下游進(jìn)行防洪調(diào)度，具有單獨(dú)防洪任務(wù)的水庫需考慮預(yù)留相應(yīng)的防洪庫容，在此前提下完成水庫群運(yùn)用防洪庫容的分配，同時(shí)啟用時(shí)機(jī)需根據(jù)洪水傳播時(shí)間確定。

(4) 方案復(fù)核。在當(dāng)前來水預(yù)報(bào)前提下，經(jīng)風(fēng)險(xiǎn)分析，若以三峽水庫為核心的水庫群在防洪安全裕度內(nèi)均已發(fā)揮最大防洪能力，長江中下游仍有超額洪量不能消納，則需根據(jù)超額洪量多少，分析是否承擔(dān)一定風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步挖掘水庫潛力、抬高堤防運(yùn)行水位，或啟用蓄滯洪區(qū)。

2.3 實(shí)時(shí)調(diào)度策略

在實(shí)時(shí)調(diào)度層面，因洪水發(fā)展的復(fù)雜性，以及預(yù)期損失與兌現(xiàn)損失的博弈、多利益主體之間的矛盾和水利工程運(yùn)行狀況的不確定性等因素，需結(jié)合實(shí)際情況在遵從現(xiàn)有各項(xiàng)規(guī)程規(guī)定的前提下，評估防洪風(fēng)險(xiǎn)，動態(tài)調(diào)整方案。制定水工程調(diào)度策略一方面需依據(jù)當(dāng)前水雨情預(yù)報(bào)水平，同時(shí)還需考慮現(xiàn)狀條件下的江湖蓄泄關(guān)系及水工程運(yùn)行情況，特別是水庫群作為最為靈活調(diào)配的防洪手段，如何準(zhǔn)確制定庫容分配量以及運(yùn)用時(shí)機(jī)顯得特別重要。

2020年5月28日，水利部在長江水利委員會組織開展了長江1954年洪水防洪調(diào)度演練。在調(diào)度推演的過程中，采用了上述水工程調(diào)度一體化模型，并根據(jù)調(diào)度方案總體策略和制定流程，結(jié)合1954年洪水特性，并考慮5 d洪水預(yù)報(bào)有效預(yù)見期，制定了水庫群實(shí)時(shí)調(diào)度策略如下：在總體策略的框架內(nèi)，考慮防洪庫容預(yù)留時(shí)間、是否有單獨(dú)防洪任務(wù)等因素區(qū)別設(shè)計(jì)各水庫策略，其中金沙江中游(除觀音巖)、雅礱江、兩湖等水庫7月底、8月初攔至正常高水位；觀音巖、紫坪鋪、瀑布溝、金沙江下游梯級水庫等因有本流域等防洪任務(wù)，分別按本流域防洪庫容預(yù)留值或最大可用防洪庫容的80%設(shè)計(jì)(該比例亦可根據(jù)實(shí)際情況動態(tài)調(diào)整)；三峽水庫、丹江口水庫因有對下游補(bǔ)償調(diào)度需求，暫不設(shè)最高庫水位值，但實(shí)時(shí)模擬調(diào)度時(shí)需綜合權(quán)衡大壩自身、庫區(qū)及下游的防洪形勢和防洪風(fēng)險(xiǎn)。

在設(shè)計(jì)具體調(diào)度方式時(shí)，基于現(xiàn)有規(guī)程基礎(chǔ)，綜合考慮日漲幅、不同階段攔洪速率、水資源利用率等因素，制定了相關(guān)細(xì)則，如圖1所示。

注：石泉、安康、潘口、黃龍灘、三里坪、鴨河口等6座水庫無天然入庫過程，暫按出入庫平衡處理。圖1 1954年洪水長江上中游控制性水庫實(shí)時(shí)調(diào)度策略Tab.1 Real-time operation strategy of reservoirs in the upper-middle reaches of the Yangtze River for flood of 1954

3 洪水模擬及效果分析

基于制定的調(diào)度策略細(xì)則，在完成1954年洪水調(diào)度模擬全過程的基礎(chǔ)上，選擇7月下旬城陵磯地區(qū)分洪決策作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對水工程聯(lián)合調(diào)度策略及效果進(jìn)行系統(tǒng)性分析。

3.1 模擬調(diào)度全過程

1954年雨帶長期徘徊于長江流域，上游洪水到來之前，中下游湖泊洼地均已滿盈，且中下游又連續(xù)不斷發(fā)生洪水遭遇。宜昌自6月25日起至9月6日陸續(xù)發(fā)生4次洪水。1954洪水在宜昌、隔河巖、四水合成、丹江口4次洪峰流量比較列于表2。

表2 1954洪水在宜昌、隔河巖、四水合成、丹江口4次洪峰流量比較Tab.2 The comparison of four peak discharges of Yichang,Geheyan,four tributaries in Dongting Lake and Danjiangkou in 1954 flood

本文按照實(shí)時(shí)調(diào)度策略總體思路，設(shè)計(jì)了各控制性水庫攔洪最高水位、防洪庫容預(yù)留時(shí)間、防洪庫容運(yùn)用時(shí)機(jī)，同時(shí)考慮堤防與蓄滯洪區(qū)當(dāng)前實(shí)際情況，適當(dāng)抬升了堤防運(yùn)行水位，同時(shí)啟用了部分蓄滯洪區(qū)用于消納超額洪量。通過連續(xù)模擬、水庫還現(xiàn)調(diào)度，將1954年6～9月干支流主要斷面洪水過程還現(xiàn)。其中三峽水庫還現(xiàn)過程及模擬調(diào)度如圖2～3所示。

圖2 三峽水庫入庫還現(xiàn)(上游水庫攔蓄)與天然徑流對比Fig.2 The comparison between current and nature flow of TGR

整個(gè)過程上中游水庫群聯(lián)合攔蓄洪量近450億m3，其中上游水庫群(含三峽水庫)攔蓄291億m3，投入防洪庫容占比達(dá)到80%，三峽水庫攔蓄188億m3，最高調(diào)洪水位達(dá)171.60 m，最大削峰29 000 m3/s；中游水庫群(含丹江口水庫)攔蓄洪量158億m3，投入防洪庫容占比達(dá)75%，丹江口水庫攔蓄73億m3，最高調(diào)洪水位168.00 m，最大削峰9 400 m3/s。

圖3 三峽水庫模擬調(diào)度過程Fig.3 Simulation operation process of TGR

與此同時(shí)，自7月下旬起，在上中游水庫群的配合下，三峽水庫開始對荊江進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)度的同時(shí)兼顧城陵磯地區(qū)防洪。自7月底開始，根據(jù)來水情況及超額洪量，城陵磯地區(qū)共計(jì)運(yùn)用了7處蓄滯洪區(qū)，分別為錢糧湖垸、大通湖東垸、共雙茶垸、洪湖東中西三塊(洪湖東中西隔堤尚未建成，現(xiàn)狀條件按整體運(yùn)用)和城西垸，總分洪量約228億m3，同時(shí)考慮當(dāng)前干堤、支堤、湖區(qū)及尾閭地區(qū)堤防現(xiàn)狀，將干流蓮花塘運(yùn)行水位抬高至34.90 m運(yùn)行(保證水位34.40 m)。中下游沙市、蓮花塘、漢口、湖口水位模擬過程見圖4～7，由圖可以看出：在調(diào)度模擬全過程中，沙市水位最高44.50 m，未超過保證水位45.00 m；蓮花塘最高水位34.86 m，超保證水位34.40 m共21 d，未超過34.90 m控制目標(biāo)；漢口站最高水位29.73 m，歷時(shí)1 d；湖口站最高水位22.67 m，超保證水位22.50 m共5 d。

圖4 沙市水位過程Fig.4 Water stage process of Shashi

以上調(diào)度效果是建立在充分發(fā)揮水庫群攔蓄作用，城陵磯河段抬高河道行洪水位，洪湖蓄滯洪區(qū)整體投入運(yùn)用的基礎(chǔ)上取得的。受益于三峽水庫、丹江口水庫充分?jǐn)r蓄洪水和洪湖蓄滯洪區(qū)整體運(yùn)用，雖然抬高了城陵磯河段河道行洪水位，但漢口水位未超過保證水位，未運(yùn)用武漢附近蓄滯洪區(qū)。

圖5 漢口站水位過程Fig.5 Water stage process of Hankou

圖6 蓮花塘水位過程Fig.6 Water stage process of Lianhuatang

圖7 湖口水位過程Fig.7 Water stage process of Hukou

由此可見，在宏觀調(diào)度策略的框架下，通過明確調(diào)度目標(biāo)，結(jié)合各干支流的來水情況，根據(jù)各水庫所屬河流水系的空間關(guān)系及防洪任務(wù)，細(xì)化制定的水庫群聯(lián)合調(diào)度方案、蓄滯洪區(qū)啟用方案以及堤防抬高運(yùn)行方案，均得到了較好的效果。三峽水庫最高調(diào)洪水位、中下游干流主要控制站控制水位以及充分發(fā)揮水庫群潛力減少蓄滯洪區(qū)啟用的總體目標(biāo)均得以實(shí)現(xiàn)，模擬效果良好。

3.2 關(guān)鍵調(diào)度節(jié)點(diǎn)分析

為進(jìn)一步了解實(shí)時(shí)調(diào)度過程中，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)水工程聯(lián)合調(diào)度面臨的難點(diǎn)及方案選擇問題。本文將選取調(diào)度推演7月23日為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，前期通過模擬三峽水庫為城陵磯補(bǔ)償調(diào)度水位已達(dá)到150.90 m，而上中游水庫合計(jì)已使用防洪庫容120億m3，中下游控制站距保證水位均在1 m以內(nèi)，其中蓮花塘距保證水位僅0.2 m。此時(shí)三峽水庫入庫流量已現(xiàn)峰轉(zhuǎn)退，入庫洪峰為49 200 m3/s(22日)，后續(xù)因長江上中游仍有持續(xù)大范圍降雨，28日以后將有一次55 000 m3/s量級漲水過程。根據(jù)當(dāng)前長江流域水文氣象預(yù)報(bào)水平，在實(shí)時(shí)調(diào)度過程中，三峽水庫入庫及長江中下游的有效預(yù)見期在5 d左右，5 d以上預(yù)報(bào)可作為趨勢參考。此時(shí)，流域水工程實(shí)時(shí)調(diào)度決策將面臨諸多錯(cuò)綜復(fù)雜的問題： ① 三峽水庫能否繼續(xù)為城陵磯地區(qū)補(bǔ)償運(yùn)用抬升水位至158.00 m；② 中下游是否需要啟用蓄滯洪區(qū)；③ 城陵磯、漢口附近堤防運(yùn)行水位是否抬高等。

針對上述3類問題，分別從以下幾個(gè)方面設(shè)計(jì)了4組方案進(jìn)行比選：① 規(guī)程調(diào)度；② 抬高三峽水庫運(yùn)行水位至158.00 m結(jié)合分洪措施為城陵磯補(bǔ)償調(diào)度；③ 抬高三峽水庫運(yùn)行水位且中下游堤防超高運(yùn)行；④ 進(jìn)一步挖掘三峽水庫潛力等，方案列于表3。綜合考慮調(diào)度目標(biāo)控制效果、蓄滯洪區(qū)損失兌現(xiàn)、庫區(qū)洪水淹沒分析、后續(xù)對長江中下游防洪庫容裕度等因素。方案1，2，4均可將城陵磯、蓮花塘、漢口水位控制在保證水位(34.40 m)以內(nèi)；但方案1，2蓄滯洪區(qū)損失會立即兌現(xiàn)，分洪損失較大；方案4三峽水庫調(diào)洪水位過高后接28 d后的明顯漲水過程，考慮來水不確定性將承擔(dān)較大的庫區(qū)淹沒風(fēng)險(xiǎn)；而方案3由于現(xiàn)狀堤防建設(shè)情況總體良好，具備抬高運(yùn)行的條件，風(fēng)險(xiǎn)總體可控且相比其他方案損失最小。因此在實(shí)時(shí)調(diào)度決策過程中最佳的調(diào)度方案是三峽水庫攔蓄至158.00 m，同時(shí)聯(lián)合堤防適當(dāng)抬高運(yùn)行水位，充分發(fā)揮河道宣泄能力。

由此可見，在實(shí)時(shí)調(diào)度過程中，在關(guān)鍵調(diào)度節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過明確階段性調(diào)度目標(biāo)，綜合考慮來水不確定性、防洪風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)期損失與兌現(xiàn)損失等因素，科學(xué)制定調(diào)度水工程聯(lián)合調(diào)度方案十分重要。

3.3 洪水模擬效果分析

從規(guī)劃層面來看[5,14,16]，三峽工程建成后，遇1954年洪水，長江中下游分洪量將有所減少。其中三峽工程初步設(shè)計(jì)擬定的對荊江補(bǔ)償?shù)恼{(diào)度方式，長江中下游總分洪量有398億m3，城陵磯附近區(qū)280億m3；若 對城陵磯補(bǔ)償調(diào)度方式，長江中下游總分洪量有336億m3，城陵磯附近分洪量為218億m3。而從本次模擬實(shí)時(shí)調(diào)度的層面來看，中下游總分洪量為228億m3(均在城陵磯地區(qū))，主要防洪控制站沙市站最高水位44.50 m，未超保證水位45.00 m；蓮花塘站最高水位34.86 m，未超過34.90 m控制目標(biāo)；漢口站最高水位29.73 m，與保證水位相平，歷時(shí)1 d，湖口站最高水位22.67 m，超保證水位22.50 m共5 d。

表3 實(shí)時(shí)調(diào)度模擬方案Tab.3 Real-time scheduling simulation scheme

同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)狀條件，蓄滯洪區(qū)與水利工程在聯(lián)合運(yùn)用時(shí)，仍然存在一定的薄弱環(huán)節(jié)。一方面是蓄滯洪區(qū)圍堤、分洪閘口等建設(shè)尚未完成，因此在進(jìn)退洪運(yùn)用時(shí)，不能完全滿足設(shè)計(jì)要求。另一方面，在蓄滯洪區(qū)和水庫配合運(yùn)用時(shí)，蓄滯洪區(qū)在分洪運(yùn)用控制方面把控難度較大，其分洪時(shí)機(jī)是影響分洪效果的重要因素，特別是時(shí)機(jī)滯后影響較大，在模擬過程中城陵磯附近的蓄滯洪區(qū)運(yùn)用普遍需提前1～2 d，若分洪時(shí)機(jī)滯后，其分洪效率將大打折扣[17]，同時(shí)在蓄滯洪區(qū)的選擇方面需采用就近分洪的原則，在預(yù)見期干流超額洪量較大時(shí)，適合運(yùn)用干流附近蓄滯洪區(qū)，而湖區(qū)來水較大時(shí)，則運(yùn)用湖區(qū)附近蓄滯洪區(qū)。

4 結(jié) 論

本文通過梳理長江上中游流域控制水庫與蓄滯洪區(qū)的防洪目標(biāo)及任務(wù)，結(jié)合防御1954年的洪水特性，初步提出了水工程聯(lián)合防洪實(shí)時(shí)調(diào)度策略，并應(yīng)用于1954年洪水防洪調(diào)度模擬當(dāng)中，對模擬效果進(jìn)行了分析，得出主要結(jié)論與思考如下。

(1) 從規(guī)劃層面來看，現(xiàn)狀條件下的長江流域防洪工程體系能基本滿足1954年洪水防御需求，隨著烏東德、白鶴灘、兩河口等控制性水庫以及蓄滯洪區(qū)進(jìn)退閘口、隔堤等相繼建成，并納入長江防洪綜合體系，長江流域綜合防洪能力將進(jìn)一步得以提升，應(yīng)對流域性大洪水將更加從容。由此可見，加快推進(jìn)長江流域控制性水庫與蓄滯洪區(qū)的建設(shè)對提升長江流域整體防洪能力意義重大。

(2) 從實(shí)時(shí)調(diào)度層面來看，基于當(dāng)前的水文氣象預(yù)報(bào)水平，在制定調(diào)度方案時(shí)，需圍繞調(diào)度總體和階段性目標(biāo)，綜合權(quán)衡預(yù)期損失與兌現(xiàn)損失、堤防、庫區(qū)防洪風(fēng)險(xiǎn)等因素，并評估各類調(diào)度方案的效益和風(fēng)險(xiǎn)后再統(tǒng)籌確定。根據(jù)1954年洪水模擬調(diào)度全過程效果分析，通過堤防、水庫群、洲灘民垸及蓄滯洪區(qū)的聯(lián)合運(yùn)用，結(jié)合水文氣象預(yù)報(bào)，充分挖掘防洪工程體系潛力，長江中下游分洪總量明顯減少，各主要控制站控制目標(biāo)基本達(dá)到，能進(jìn)一步減輕損失。

(3) 在蓄滯洪區(qū)模擬運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)：分洪啟用時(shí)機(jī)對分洪效果有著決定性作用，提前或推后都將影響分洪效率，但一般情況下提前運(yùn)用好于推遲運(yùn)用；分洪效果隨距離增加而降低，因此在蓄滯洪區(qū)選擇時(shí)建議按照就近原則；蓄滯洪區(qū)與水庫聯(lián)合調(diào)度的運(yùn)用方式，建議蓄滯洪區(qū)以“削峰”為主，上游水庫群以“攔量”減少底水為主，而當(dāng)前蓄滯洪區(qū)進(jìn)退洪閘尚未完全建成的條件下，進(jìn)洪過程無法完全控制，因此蓄滯洪區(qū)運(yùn)用對蓄洪容積使用效率將大打折扣，部分庫容在蓄洪時(shí)將成為無效庫容。

(4) 通過水庫群與蓄滯洪區(qū)聯(lián)合模擬調(diào)度分析發(fā)現(xiàn)，加強(qiáng)水工程聯(lián)合調(diào)度的基礎(chǔ)研究、拓展水工程調(diào)度的適用范圍、提升流域水文氣象預(yù)報(bào)水平、推進(jìn)流域綜合調(diào)度和信息化共享平臺建設(shè)、健全聯(lián)合調(diào)度體制機(jī)制，都將有助于進(jìn)一步提高防范流域性大洪水的能力，為科學(xué)應(yīng)對大洪水提供支撐。