“20·8”洪水金沙江流域水庫群調(diào)度對 川渝河段的防洪作用

陳桂亞，馮寶飛

(1.長江水利委員會，武漢 430010； 2.長江水利委員會水文局，武漢 430010)

1 研究背景

2020年8月中旬，長江上游發(fā)生特大洪水。在上游水庫群全力攔蓄的情況下，岷江、沱江、涪江、嘉陵江等支流和上游干流來水仍居歷史前列，洪水匯集于長江上游重慶市，致使重慶市主城區(qū)的寸灘水文站形成一次復(fù)式洪水過程(4號、5號洪峰)，洪峰水位191.62 m，超出保證水位8.12 m，僅次于1905年8月的最高水位192.78 m，居實測記錄以來第2位[1-5]。本文從暴雨洪水概況、金沙江水庫群調(diào)度過程、還原計算等方面對“20·8”洪水展開深入研究，量化分析金沙江水庫群調(diào)度對川渝河段的防洪作用。

2 “20·8”暴雨洪水概況

2020年8月11—17日，受高空槽、西南渦、冷空氣以及暖濕氣流的共同影響，長江上游發(fā)生了一次持續(xù)的強(qiáng)降雨過程。強(qiáng)降雨落區(qū)位于嘉陵江、岷江、沱江流域，其中，涪江、沱江、嘉陵江、岷江的過程累積面雨量分別達(dá)390、313、148、140 mm，均超“81·7”洪水；累積雨量>250、100 mm的籠罩面積分別為6.7萬、22.7萬km2，也遠(yuǎn)大于“81·7”洪水[3]。“20·8”洪水長江上游累計降雨實況見圖1。

圖1 “20·8”洪水長江上游累計降雨實況Fig.1 Accumulated rainfalls in the upper reaches of the Yangtze River during the floods in August 2020

受強(qiáng)降雨影響，岷江發(fā)生超歷史洪水，沱江、涪江、干流朱沱至寸灘江段發(fā)生超保證洪水，各站洪峰水位超出保證水位0.08～8.12 m，岷江高場、沱江富順、涪江小河壩、嘉陵江北碚站洪峰流量分別列歷史第1、3、2、11位。岷江、沱江、嘉陵江及干流來水沿程疊加遭遇，導(dǎo)致寸灘站出現(xiàn)一次峰型“肥胖”的復(fù)式洪水過程，實況洪峰流量74 600 m3/s，居歷史第5位，洪峰水位191.62 m，超出保證水位8.12 m，居歷史第2位，超出1981年最高水位0.21 m。

從洪水過程線型態(tài)及寸灘站時段最大洪量組成分析“20·8”洪水的特點[6]，成果見圖2、表1。由圖2可分析：“20·8”洪水期間，岷江、沱江、涪江、嘉陵江等支流和上游干流均發(fā)生洪水過程，且均呈現(xiàn)復(fù)式雙峰過程，其中岷江高場站、嘉陵江北碚站峰高量大，是寸灘站來水組成的主源；岷江、沱江、嘉陵江及干流來水惡劣遭遇，導(dǎo)致寸灘站洪水過程峰型肥胖。由表1可知：“20·8”洪水中，向家壩站來水在寸灘站各時段最大洪量中的占比均顯著小于其面積比，偏小幅度為32.52%～47.16%；岷江高場站、沱江富順站和嘉陵江北碚站來水在寸灘站各時段最大洪量中的占比均大于其面積比，其中高場站來水占比較面積比偏大13.88%～21.75%，北碚站偏大18.2%～25.11%，再次印證岷江、嘉陵江來水是本場洪水主源。

圖2 “20·8”洪水長江上游主要站來水過程Fig.2 Processes of incoming water at main stations in the upper reaches of the Yangtze River during the floods in August 2020

由上分析可知，本次暴雨洪水主要呈現(xiàn)強(qiáng)降雨持續(xù)時間長、強(qiáng)度大、范圍廣、雨區(qū)重疊度高，干支流洪水并發(fā)、形成復(fù)式洪峰、遭遇嚴(yán)重、峰高量大的特點。其中岷江、嘉陵江是洪水的主要來源，金沙江來水經(jīng)水庫群攔蓄后占比明顯偏低。

3 洪水調(diào)度過程

3.1 川渝河段聯(lián)合防洪調(diào)度方式

長江上游水庫群對川渝河段的防洪任務(wù)[7-9]為提高宜賓、瀘州主城區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)至50 a一遇，提高重慶主城區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)至100 a一遇，主要由溪洛渡、向家壩水庫承擔(dān)；必要時，金沙江中游梯級、雅礱江梯級、岷江、嘉陵江等水庫配合溪洛渡、向家壩水庫對川渝河段洪水實施攔洪錯峰。

溪洛渡、向家壩水庫可利用預(yù)留的專用防洪庫容14.6億m3對宜賓、瀘州(防洪控制站分別為李莊、朱沱站，安全泄量分別為51 000、52 600 m3/s)進(jìn)行防洪補(bǔ)償調(diào)度；利用預(yù)留的專用防洪庫容共計29.6億m3對重慶主城區(qū)(防洪控制站為寸灘站，安全泄量為83 100 m3/s)進(jìn)行防洪補(bǔ)償調(diào)度；在溪洛渡、向家壩水庫開始攔蓄洪水時，視水情和防洪形勢的需要，雅礱江、金沙江、岷江、嘉陵江等梯級水庫適時配合調(diào)度。

3.2 金沙江水庫群洪水調(diào)度過程

8月12—31日洪水期間，長江上游水庫群實施聯(lián)合防洪調(diào)度，以減輕川渝河段(特別是重慶附近)防洪壓力、降低三峽水庫庫尾淹沒風(fēng)險、減輕中下游防洪壓力為目標(biāo)，持續(xù)攔蓄洪水(攔洪量統(tǒng)計見表2)。期間，納入長江流域聯(lián)合調(diào)度的上游水庫群(不含三峽水庫)累計攔蓄洪量約82.11億m3，其中金沙江水庫群累計攔蓄47.37億m3。觀音巖、二灘、烏東德、溪洛渡、向家壩等金沙江主要控制性水庫的調(diào)度過程見圖3。

表2 “20·8”洪水水庫攔洪統(tǒng)計分析(寸灘站)

圖3 金沙江流域水庫群調(diào)度運用過程Fig.3 Operation and regulation process of Jinsha River reservoir group

4號洪水期間，金沙江水庫群總攔蓄洪量約8.94億m3，實施攔洪調(diào)度的水庫主要包括烏東德、溪洛渡和向家壩水庫，削減寸灘站洪峰流量約4 400 m3/s。8月9日，烏東德水庫水位952 m，開始實施958 m蓄水，8月16日庫水位蓄至958 m，蓄水量增加3.16億m3；溪洛渡水庫庫水位攔蓄至580 m左右，累計攔蓄洪量約2.63億m3；為削減寸灘站的洪峰水位，向家壩水庫出庫最小流量減至6 000 m3/s左右，最大削減流量4 290 m3/s，最高攔洪水位376.61 m，攔洪3.15億m3，削弱了與岷江25 000 m3/s洪峰的遭遇程度。

5號洪水期間，金沙江水庫群總攔蓄洪量約38.43億m3，包括金沙江中游梯級水庫1.47億m3，雅礱江梯級水庫5.49億m3，金沙江下游梯級水庫31.47億m3，削減寸灘站洪峰流量約11 700 m3/s。其中，觀音巖水庫兼顧攀枝花防洪需求，發(fā)揮對川渝河段的攔洪作用，為使攀枝花市不超警戒水位，最大出庫流量控制在8 900 m3/s，削峰率16.1%，最高調(diào)洪水位1 131.67 m；雅礱江梯級水庫聯(lián)合攔蓄洪水，錦屏一級水庫最高攔洪水位1 879.13 m，二灘水庫出庫流量最小僅1 890 m3/s，最大攔蓄流量4 680 m3/s，最高攔洪水位1 199.11 m，兩庫攔洪后剩余待蓄庫容約2億 m3；烏東德水庫繼續(xù)實施第三階段蓄水，18日起蓄水位958.67 m，23日庫水位蓄至965 m，蓄水量增加7.31億m3；溪洛渡、向家壩水庫啟動聯(lián)合攔洪運用，其中為配合向家壩出庫流量保持平穩(wěn)過度，17日后，溪洛渡水庫加大洪水?dāng)r蓄力度，18日入庫流量漲至13 500 m3/s左右時，出庫流量最小減至5 630 m3/s(18日19：00)，庫水位持續(xù)抬升，21日09：00出現(xiàn)汛期最高調(diào)洪水位593.27 m，此后因川渝河段及三峽入庫流量已相繼現(xiàn)峰轉(zhuǎn)退，開始加大出庫流量降低庫水位，于8月底將庫水位降至583.5 m左右，本次編號洪水期間，最大削減流量8 080 m3/s，最大削峰率58.5%，最大攔洪量17.15億m3；在溪洛渡水庫的配合下，向家壩水庫趁洪水間歇，先加大出庫流量將庫水位降低至372 m左右迎接第5號洪水，16日起，為與高場站的37 500 m3/s超歷史洪峰錯峰，出庫流量逐步調(diào)減，17日20：00最小減至4 000 m3/s，庫水位快速上漲，8月19日13：00出現(xiàn)汛期最高調(diào)洪水位379.70 m(正常蓄水位380 m)，此后因川渝河段相繼現(xiàn)峰，逐步加大出庫流量降低水位，于8月28日將庫水位降至373 m附近運行。洪水期間，最大削減流量6 670 m3/s，最大削峰率61.8%，最大攔洪量7.01億m3。在岷江發(fā)生超歷史洪水，對宜賓到壩下水位頂托作用明顯的情況下，精準(zhǔn)控制壩下游水位最大日變幅在4.5 m以內(nèi)。

4 對川渝河段防洪作用分析

4.1 還原范圍及方法

綜合考慮金沙江流域水庫的防洪庫容大小及2020年實際調(diào)度情況[10-11]，確定納入還原分析的水庫節(jié)點主要包括：金沙江流域梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯?shù)乩?、觀音巖、錦屏一級、二灘、烏東德、溪洛渡、向家壩水庫，以及岷江紫坪鋪、大渡河瀑布溝、嘉陵江的碧口、寶珠寺、亭子口、草街共17座水庫；還原對象聚焦川渝河段防洪形勢代表站李莊、朱沱、寸灘水文站。本次洪水還原節(jié)點和對象分布見圖4。

圖4 洪水還原節(jié)點和對象分布Fig.4 Distribution of flood restoration nodes and objects

金沙江水庫群按建庫不攔蓄的情況，岷江高場站、沱江富順站、嘉陵江北碚站取實況來水過程，采用分段馬斯京根法、合成流量法等河道匯流模型方案[12-13]，進(jìn)行沿程疊加演算，得到李莊、朱沱、寸灘站還原流量過程；采用水文學(xué)方法[14-15]繪制水位流量曲線，查算李莊、朱沱站的還原洪峰水位；基于三峽庫區(qū)水力學(xué)模型[16-17]，以寸灘站還原流量過程作為上邊界輸入，區(qū)間降雨、武隆來水、下邊界三峽壩前水位均固定為實況過程，計算得到寸灘站還原水位過程。

為對比金沙江水庫群在水庫群攔蓄作用中的占比，采用上述方法和步驟，再考慮上游水庫群均不攔蓄，獲得李莊、朱沱、寸灘站還原水位流量過程。

4.2 防洪作用

“20·8”洪水李莊、朱沱站的實況與還原流量過程對比見圖5(a)、圖5(b)，寸灘站實況洪水及還原的水位流量過程見圖6(a)、圖6(b)，李莊、朱沱站洪峰特征值分析成果見表3，寸灘站時段最大洪量及重現(xiàn)期分析成果見表4。

表3 “20·8”洪水統(tǒng)計分析(李莊站、朱沱站)Table 3 Statistics and analysis of the floods in August 2020 (at Lizhuang and Zhutuo stations)

圖5 李莊站、朱沱站流量過程比較Fig.5 Comparison of discharge hydrographs at Lizhuang and Zhutuo stations

圖6 寸灘站流量過程比較與水位過程比較Fig.6 Comparison of discharge and stage hydrographs at Cuntan station

表4 “20·8”洪水統(tǒng)計分析(寸灘站)Table 4 Statistics and analysis of the floods in August 2020 (at Cuntan station)

由實況報汛資料分析可知：李莊站洪峰流量為41 800 m3/s，重現(xiàn)期約5 a，洪峰水位271.10 m，超警戒0.6 m；朱沱站洪峰流量為48 400 m3/s，重現(xiàn)期約10 a，洪峰水位214.68 m，超保證2.68 m；寸灘站洪峰流量為74 600 m3/s，重現(xiàn)期約20 a，洪峰水位191.62 m，超保證水位8.12 m，累計超保證水位時長為6 d，最大3、7 d洪量分別為180.4億、359.8億m3，重現(xiàn)期分別為20、40 a。

由還原計算結(jié)果可知：若李莊站以上主要水庫群不攔蓄，李莊站洪峰流量將達(dá)53 700 m3/s，重現(xiàn)期約30 a，洪峰水位274.30 m，超保證水位2.3 m；若僅考慮金沙江主要水庫群不攔蓄，李莊站洪峰流量將達(dá)52 100 m3/s，重現(xiàn)期約25 a，洪峰水位273.8 m，超保證水位1.8 m。

若朱沱站以上主要水庫群不攔蓄，朱沱站洪峰流量將達(dá)59 000 m3/s，重現(xiàn)期約50 a，洪峰水位218.0 m，超保證水位6 m；若僅考慮金沙江主要水庫群不攔蓄，朱沱站洪峰流量將達(dá)57 800 m3/s，重現(xiàn)期約45 a，洪峰水位217.50 m，超保證水位5.5 m。

若寸灘站以上主要水庫群不攔蓄，寸灘站洪峰流量將達(dá)87 500 m3/s，重現(xiàn)期約90 a，洪峰水位約194.60 m，超保證水位11.1 m，累計超保證水位時長為8 d，最大3、7 d洪量分別為207.3億m3、397.7億m3，重現(xiàn)期分別為85、130 a；若僅考慮金沙江主要水庫群不攔蓄，寸灘站洪峰流量將達(dá)86 300 m3/s，洪峰水位約194.20 m，超保證水位10.7 m，累計超保證水位時長為8 d；最大3、7 d洪量分別為202 億、387.6億m3，重現(xiàn)期分別為65、90 a。

就水庫群總體作用而言，通過上游水庫群攔洪運用，削減川渝河段洪峰流量約10 600 ～12 900 m3/s，將李莊—朱沱江段30～50 a一遇的大洪水削減為5～10 a一遇的中等洪水，李莊站、寸灘站洪峰流量均控制在防洪指標(biāo)以下，將寸灘站約90 a(洪峰)～130 a(洪量)一遇的特大洪水削減為約20 a(洪峰)～40 a(洪量)一遇的大洪水，降低川渝河段洪峰水位約3 m，避免了李莊站超保證水位，縮短了寸灘站超保證水位時長2 d。

與實況相比，若金沙江水庫群不攔蓄，川渝河段洪峰流量將增大9 400～11 700 m3/s，洪峰水位將抬高2.6～2.8 m，川渝江段將全線超保證水位，超保證水位的河道距離將延長115 km，其中李莊站將超保證水位1.8 m，寸灘站洪峰水位將抬高約2.6 m，超保證水位時間將從6 d延長至8 d，洪水重現(xiàn)期將從20 a(洪峰)～40 a(洪量)加重至75 a(洪峰)～90 a(洪量)。

總體而言，寸灘站上游水庫群在“20·8”洪水期間，共投入庫容約82.1億m3，降低寸灘站洪峰水位約3 m。據(jù)初步統(tǒng)計分析，共減少重慶市長江段約12萬人轉(zhuǎn)移，減少淹沒面積36.6 km2。其中，金沙江水庫群共攔蓄47.37億m3，占寸灘站以上水庫群總攔蓄量的57.7%，降低寸灘站洪峰水位約2.6 m，因金沙江水庫群針對寸灘站實施錯峰、削峰調(diào)度，占洪峰水位總削減值的87%，比攔蓄洪量占比大近30%。

5 結(jié) 論

2020年8月中旬，長江上游發(fā)生了特大洪水過程，針對川渝河段、三峽庫尾的防洪目標(biāo)，金沙江水庫群首次大規(guī)模聯(lián)合運用，實施了攔洪、削峰、錯峰調(diào)度，發(fā)揮了巨大的防洪作用。本文通過總結(jié)分析“20·8”洪水的特點、金沙江水庫群調(diào)度過程及防洪作用，得到的主要結(jié)論和認(rèn)識如下：

(1)“20·8”上游暴雨洪水具有強(qiáng)降雨持續(xù)時間長、強(qiáng)度大、范圍廣、雨區(qū)重疊度高，干支流洪水并發(fā)、遭遇嚴(yán)重、形成復(fù)式洪峰、峰高量大的特點。岷江、沱江、涪江、嘉陵江，以及長江上游干流主要控制站洪峰流量分別列歷史第1位—第11位，各站洪峰水位超保證水位幅度0.08～8.12 m；寸灘站洪峰流量位于歷史第5位，重現(xiàn)期約20 a，洪峰水位位于歷史第2位，最大7 d洪量約40 a一遇。

(2)寸灘以上水庫群合計攔蓄洪量約82.1億m3，減小川渝河段洪峰流量約10 600 ～12 900 m3/s，將李莊站、朱沱站、寸灘站洪峰流量均控制在防洪調(diào)度指標(biāo)以下，將寸灘站約90 a(洪峰)～130 a(洪量)一遇的特大洪水削減為約20 a(洪峰)～40 a(洪量)一遇的大洪水，降低川渝河段洪峰水位約3 m，避免了李莊站超保證水位，縮短了寸灘站超保證水位時長2 d，顯著減輕了川渝河段的防洪壓力。據(jù)初步分析，“20·8”洪水期間，寸灘站上游水庫群調(diào)度共減少重慶市長江段約12萬人轉(zhuǎn)移，減少淹沒面積36.6 km2。金沙江流域水庫群攔蓄洪量占寸灘以上水庫群總攔蓄量的57.7%，削減川渝河段洪峰流量9 400～11 700 m3/s，降低該河段洪峰水位2.6～2.8 m，避免了上游干流全線超保證水位，降低寸灘站洪峰水位約2.6 m，發(fā)揮了近九成的作用。

(3)從“20·8”洪水期間長江上游水庫群投入的防洪庫容和產(chǎn)生攔蓄效益對比可知，岷江、嘉陵江流域主要水庫的防洪庫容相對較小，還承擔(dān)著本流域的防洪任務(wù)，對川渝河段(尤其重慶市)的防洪作用相對有限；而金沙江水庫群因總庫容大，且除觀音巖外無本流域防洪任務(wù)，不僅可攔蓄洪量，更可錯峰，尤其是溪洛渡、向家壩兩水庫距川渝河段最近，有針對性地實施防洪調(diào)度，對川渝河段防洪起到核心作用。

(4)從金沙江水庫群防洪庫容的使用過程來看，各水庫因防洪任務(wù)、庫容大小等不同，在實施防洪調(diào)度時亦應(yīng)區(qū)別對待。金沙江中游梯級除觀音巖以外，雅礱江梯級、烏東德、溪洛渡等水庫因本流域無防洪保護(hù)對象，在對川渝河段防洪時宜以攔蓄洪量為主，可結(jié)合水雨情預(yù)報研判流域防洪形勢的發(fā)展，分階段逐步釋放防洪庫容，主要起到控制向家壩入庫洪量，增加其對川渝河段的錯峰、削峰能力的作用；向家壩水庫則主要實施干流洪水與岷江、嘉陵江等支流洪水的錯峰、削峰調(diào)度，降低干流洪峰水位和三峽水庫庫尾的回水位。

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