“煙花”臺(tái)風(fēng)期間青山水庫洪水調(diào)度分析

金 樊，蔡紅娟，落全富

(杭州市水庫管理服務(wù)中心，浙江 杭州 311122)

2021年臺(tái)風(fēng)“煙花”與往年正面影響東苕溪流域的臺(tái)風(fēng)相比，水汽量巨大，在登陸時(shí)又恰逢天文大潮，致使東排黃浦江、南排錢塘江受阻，導(dǎo)致杭嘉湖平原14個(gè)主要江河站點(diǎn)超過保證水位0.15～0.85 m，其中嘉興的王江涇站和嘉善站超過歷史最高水位。而位于東苕溪流域上游的杭州市青山水庫是一座控制性防洪骨干工程，擔(dān)當(dāng)著上蓄洪水和錯(cuò)峰削峰的重任，肩負(fù)著保護(hù)省府杭州及下游杭嘉湖平原的神圣使命，防洪地位十分突出[1]。在防御2021年6號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”的過程中，青山水庫充分發(fā)揮防洪功能，與東苕溪水庫群精準(zhǔn)錯(cuò)峰3次，直接減少下游的洪災(zāi)損失，保障了下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，為守護(hù)流域安瀾做出了突出的貢獻(xiàn)。筆者通過對(duì)該場洪水的降雨、流量、水位等水雨情數(shù)據(jù)的分析，得出洪水形成和傳播的規(guī)律，總結(jié)洪水調(diào)度過程中的經(jīng)驗(yàn)做法，查擺問題，為今后青山水庫流域的洪水風(fēng)險(xiǎn)研判、精準(zhǔn)調(diào)度決策提供借鑒。

1 流域概況

1.1 東苕溪流域概況

東苕溪干流南苕溪發(fā)源于天目山南麓，流經(jīng)臨安、余杭,與中苕溪、北苕溪匯合，始稱東苕溪[2]。東苕溪流域流經(jīng)瓶窯至德清,與苕溪導(dǎo)流港連接，至湖州與西苕溪匯合，向北流入太湖。干流全長143 km，流域面積2 267 km2，瓶窯以上集雨面積1 420 km2[3]。

全流域共4座大中型水庫，干流南苕溪建有青山水庫(大型)、里畈水庫(中型，位于青山水庫上游)，支流中、北苕溪各建有水濤莊、四嶺水庫(均為中型)。中游建有南湖、北湖滯洪區(qū)，下游西險(xiǎn)大塘防洪能力達(dá)100年一遇，并建有瓶窯控制站,其水位受區(qū)間降雨、上游三座水庫放水、南北湖分洪及下游德清大閘啟閉影響[3-4]。

1.2 青山水庫概況

青山水庫位于杭嘉湖平原和浙西山區(qū)的接合部，流域面積603 km2，總庫容2.13 ×108m3。100年一遇設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水位32.56 m，10 000年一遇校核，校核水位35.03 m，征地高程29.86 m，移民高程31.16 m[5]。汛限水位23.16 m，相應(yīng)庫容3.600×107m3，防洪庫容1.01 ×108m3。水庫樞紐主要由大壩、泄洪閘、泄洪隧洞、水電站和副壩組成[1]。青山水庫流域上游建有里畈水庫，集雨面積83 km2，占青山水庫流域面積13.8%[6]，青山水庫預(yù)報(bào)所采用的市嶺、溪口雨量站都在里畈水庫流域內(nèi)，市嶺站是浙西北的暴雨中心之一。

2 青山水庫流域降雨分析

2.1 降雨成因及過程

2021年第6號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”于7月18日在西北太平洋洋面生成?！盁熁ā北鄙掀陂g，印度洋、南海西南季風(fēng),太平洋東南季風(fēng)全面加速到急流狀態(tài)，并在“煙花”交匯，形成巨量水汽。受臺(tái)風(fēng)影響，7月22-28日青山水庫流域普降暴雨，流域平均降雨量240.5 mm，達(dá)到5年一遇暴雨標(biāo)準(zhǔn)。7月30日，“煙花”臺(tái)風(fēng)離開浙江范圍，已不再對(duì)青山水庫流域產(chǎn)生影響，但因受到局地強(qiáng)對(duì)流天氣影響，流域再次多發(fā)短歷時(shí)暴雨，至8月5日累計(jì)流域平均雨量85.5 mm，其中30日18時(shí)—19時(shí)，青山水庫單站最大1 h雨量達(dá)77.8 mm，刷新建站以來1 h降雨記錄(因青山水庫直至8月6日才完成泄洪，該過程降雨對(duì)本次洪水調(diào)度也產(chǎn)生了較大影響)。

7月22-28日青山水庫流域各站點(diǎn)降雨情況見表1。

表1 7月22-28日青山水庫流域各站點(diǎn)雨量統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

2.2 降雨空間分布

從各站點(diǎn)實(shí)測雨量分析，臺(tái)風(fēng)影響期間，位于里畈水庫流域范圍內(nèi)的市嶺、溪口站降雨量分別為8個(gè)雨量站的第一、第二，其中，市嶺站三日最大降雨量564.5 mm,達(dá)到20年一遇暴雨頻率，且市嶺、溪口站7日降雨總量分別是最小單站橋東站降雨總量的4.9倍、2.7倍，分別是流域平均降雨量的3.1倍、1.7倍。由此可見，上游里畈水庫流域?yàn)榇舜闻_(tái)風(fēng)降雨的暴雨中心。

2.3 降雨時(shí)間分布

臺(tái)風(fēng)“煙花”攜帶水汽量充足且移動(dòng)緩慢，臺(tái)風(fēng)影響期間，22-28日降雨總歷時(shí)143 h，分別是2007年“羅莎”、2013年“菲特”及2019年“利奇馬”等臺(tái)風(fēng)洪水泄洪時(shí)長的2.6倍、2.4倍及2.3倍。同時(shí)，降雨期間最長持續(xù)78 h不間斷，次連續(xù)降雨時(shí)長為27 h，而最長降雨間歇時(shí)長僅9 h，兩輪連續(xù)降雨時(shí)長之和占總時(shí)長的73.4%。因此，本次降雨呈現(xiàn)連續(xù)且歷時(shí)較長的特點(diǎn)。

3 洪水分析

3.1 水情

本場洪水共產(chǎn)生4輪洪峰，流量分別為252,298,468 m3/s和528 m3/s，入庫洪水總量1.01 ×108m3，其中包括上游里畈水庫出庫水量4.131×107m3(里畈水庫的出庫水量將全部流入青山水庫)；累計(jì)出庫水量1.39 ×108m3，出現(xiàn)最高水位28.24 m(7月28日21時(shí)30分、超汛限5.08 m)，相應(yīng)庫容9.192×107m3，最大攔蓄洪量6.144×107m3，最大削峰率90.1%。

3.2 洪水過程

本場洪水過程主要分為洪水前期、洪水初期、洪水中期、洪水后期四個(gè)階段，青山水庫分別對(duì)應(yīng)采取預(yù)排騰庫、盡力下泄、錯(cuò)峰攔洪、全力出庫四種手段。

3.2.1 洪水前期預(yù)排騰庫

根據(jù)氣象部門預(yù)報(bào)，臺(tái)風(fēng)“煙花”將對(duì)杭州市產(chǎn)生較大影響，7月18日8時(shí)，青山水庫綜合考慮防汛抗旱兩手抓，自汛限水位(23.16 m)以下利用2臺(tái)發(fā)電機(jī)組間斷小流量預(yù)泄(14 m3/s)。至21日14時(shí)40分，利用5臺(tái)機(jī)組24 h滿發(fā)(35 m3/s)加大下泄，以期在臺(tái)風(fēng)影響前騰出更大的蓄洪空間，至洪水入庫前共預(yù)騰庫容4.59×106m3。

3.2.2 洪水初期盡力下泄

7月23日0時(shí)，洪水入庫。當(dāng)日16時(shí)30分，上游里畈水庫開閘放水(50 m3/s)，為加強(qiáng)下泄效能，青山水庫提前30 mm開啟泄洪洞，出庫流量90 m3/s。24日1時(shí)，庫水位自22.48 m起漲；16時(shí)第一輪洪峰入庫(252 m3/s)加速水位上漲。25日1時(shí)，根據(jù)浙江省水利廳批復(fù)的《杭州市青山水庫2021年度控制運(yùn)用計(jì)劃》，按照洪水初期以排為主的調(diào)度原則，增開10孔閘門全力下泄，為后期調(diào)度爭取主動(dòng)權(quán)。

3.2.3 洪水中期錯(cuò)峰攔洪

7月25-28日，東苕溪流域三日降水量170.4 mm，30日后又受局地強(qiáng)降雨影響，青山水庫共三次為下游錯(cuò)峰。

1) 首次錯(cuò)峰

25日19時(shí)，因受里畈水庫泄洪及區(qū)間降雨聯(lián)合影響，第二輪洪峰進(jìn)入青山水庫(298 m3/s)；19時(shí)10分，下游瓶窯到達(dá)警戒水位5.66 m，為避免下游水位上漲過快，青山水庫于25日20時(shí)、23時(shí)兩次開展錯(cuò)峰調(diào)度，逐步減小下泄流量至50 m3/s。26日6時(shí)，瓶窯區(qū)間12 h面雨量41.6 mm，瓶窯水位漲至6.38 m，德清大閘水位4.44 m已超保證(4.16 m)，并且仍在上漲，氣象預(yù)報(bào)未來24 h降雨60～80 mm?？紤]與下游區(qū)間特別是北苕溪洪水錯(cuò)峰，6時(shí)40分青山水庫閘門全關(guān)。7時(shí)上游里畈水庫庫區(qū)持續(xù)降雨，逐步加大下泄至200 m3/s，逐步逼高青山水庫水位，最快上漲率達(dá)14 cm/h。至14時(shí)瓶窯水位緩慢回落，16時(shí)45分青山水庫以小流量開閘泄水(50 m3/s)，在保持瓶窯水位回落的同時(shí)降低庫水位。至此，青山水庫結(jié)束10.1 h的零出庫運(yùn)行，其間共攔蓄洪水1.234×107m3，有效控制瓶窯水位僅上漲0.13 m，最高水位6.55 m(26日11時(shí)20分)未超保證水位(6.66 m)，確保西險(xiǎn)大塘運(yùn)行安全。

26日16時(shí)-28日0時(shí)，青山水庫流域面雨量53.8 mm，累計(jì)237 mm；上游里畈水庫泄洪1.408×107m3，累計(jì)3.681×107m3，形成第三、四輪洪峰分別于26日17時(shí)、28日0時(shí)入庫，流量分別為468 ,528 m3/s，致青山水庫水位持續(xù)上漲。其間為控制庫水位上漲過快，青山水庫以控制瓶窯水位不超保證為原則，逐步加大下泄至125 m3/s。

2) 二次錯(cuò)峰

受臺(tái)風(fēng)過境影響，至28日5時(shí)，東苕溪流域累計(jì)降雨273.5 mm，三座大中型庫水位持續(xù)走高，青山、四嶺、水濤莊水庫水位分別為27.86(超汛限4.70 m)，76.82(超汛限9.12 m)，148.77 m(超汛限9.57 m，逼近歷史最高148.95 m)，同時(shí)西苕溪、下游東部平原河網(wǎng)水位全線超保證水位，防洪壓力空前。青山水庫著眼流域全局，于28日10時(shí)減小下泄至50 m3/s，并于11時(shí)50分起再次零出庫錯(cuò)峰6.1 h。18時(shí)，鑒于東苕溪四座水庫水位均較高且仍在上漲，兼顧考慮下游河道，水庫群交替錯(cuò)時(shí)段小流量下泄，青山水庫僅以35 m3/s出庫，緩解洪水漲勢。19時(shí)起，技術(shù)人員利用青山水庫洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)滾動(dòng)開展5期洪水預(yù)報(bào)，精準(zhǔn)測算未來加大下泄時(shí)間與流量的最佳方案以控制最高水位低于28.30 m(若達(dá)到該水位將影響庫區(qū)臨安污水一廠正常運(yùn)作)，并上報(bào)杭州市林水局提供調(diào)度決策參考。28日23時(shí)，綜合考慮洪水預(yù)報(bào)，青山水庫執(zhí)行上級(jí)調(diào)度指令，加大下泄至85 m3/s，29日0時(shí)庫水位開始回落，最終控制本場洪水出現(xiàn)的最高水位為28.24 m。

3) 三次錯(cuò)峰

29日3時(shí)“煙花”遠(yuǎn)離杭州，瓶窯水位5.16 m已回落至警戒水位以下，德清大閘水位4.15 m已回落至保證水位以下，下游水勢逐漸趨于穩(wěn)定，29日18時(shí)起，青山逐步加大下泄至250 m3/s，加速降低水位。在泄洪過程中，30—31日受局地強(qiáng)對(duì)流天氣影響，東苕溪流域再次突發(fā)暴雨，30日8時(shí)-8月1日8時(shí)東苕溪流域面雨量49.8 mm，青山水庫下游瓶窯區(qū)間55.6 mm，瓶窯斷面水位自4.75 m突漲，最大小時(shí)漲幅0.13 m。青山水庫再次緊急關(guān)閘，減小下泄，為下游第三次錯(cuò)峰，終控制瓶窯最高水位5.57 m,未超警戒水位。

3.2.4 洪水后期，全力出庫

31日16時(shí)30分起，在確保下游安全的情況下，青山水庫逐步加大下泄至230 m3/s，降低水位。至8月5日11時(shí)50分，水位降至汛限；6日11時(shí)，所有泄洪設(shè)施關(guān)閉，停止泄洪。

3.3 洪水特征

此次臺(tái)風(fēng)形成的風(fēng)雨潮洪四碰頭不利工況，使青山水庫在區(qū)間降雨、上游里畈水庫泄洪、下游排水受阻的聯(lián)合影響下，呈現(xiàn)洪峰多、水位高、泄洪時(shí)間長等洪水特征。

3.3.1 入庫洪峰偏多

此過程降雨的暴雨中心為市嶺站，導(dǎo)致上游里畈水庫下泄流量逐步增大，且泄洪持續(xù)時(shí)間長，與區(qū)間降雨聯(lián)合形成多輪洪峰進(jìn)入青山水庫。從圖1可以看出，青山水庫4輪洪峰的出現(xiàn)時(shí)間、流量大小與里畈水庫4次大流量泄洪呈正相關(guān)。而往年洪水期間，里畈一般僅發(fā)電出庫，流量4～15 m3/s，青山水庫多為單峰或雙峰洪水，且主要成因?yàn)閰^(qū)間降雨。

圖1 洪水期間青山水庫入庫流量與里畈水庫出庫流量對(duì)比圖

3.3.2 全流域水位居高

此次降雨覆蓋范圍大，青山水庫上游、下游水位同步上漲。上游里畈水庫持續(xù)泄洪；下游太湖水位居高致北排不暢；又恰逢天文大潮，東排黃浦江、南排錢塘江受阻，杭嘉湖平原14個(gè)主要江河站點(diǎn)超保證水位。上游來水大與下游排水受制導(dǎo)致東苕溪流域四水庫全面超汛限，青山水庫高水位(27.0 m以上)運(yùn)行120 h以上。東苕溪流域各水庫、站點(diǎn)最高水位見表2。

表2 東苕溪流域各水庫、站點(diǎn)最高水位表

3.3.3 泄洪時(shí)間長

全域高水位致使青山水庫下泄受阻，多次小流量下泄錯(cuò)峰，臺(tái)風(fēng)結(jié)束后連日出現(xiàn)的局地強(qiáng)對(duì)流天氣再致青山水庫下游區(qū)間降雨增大、下游水位突漲，青山水庫再次緊急減小下泄，拉長了泄洪戰(zhàn)線，泄洪總時(shí)長達(dá)312.8 h，分別是2007年“羅莎”、2013年“菲特”及2019年“利奇馬”等臺(tái)風(fēng)洪水泄洪時(shí)長的6.2倍、2.6倍及2.1倍。

4 “煙花”臺(tái)風(fēng)期間青山水庫洪水調(diào)度成效保障機(jī)制

4.1 青山水庫的防洪作用

前期預(yù)泄階段，青山水庫搶抓水位起漲前這個(gè)關(guān)鍵期，通過機(jī)組發(fā)電和泄洪洞提前預(yù)泄水量1.063×107m3，相當(dāng)于一座小型水庫的庫容，使水位低于汛限0.68 m起漲，增加了較大的蓄洪空間，掌握了調(diào)度主動(dòng)權(quán)。臺(tái)風(fēng)影響期間，青山水庫充分發(fā)揮錯(cuò)峰攔洪作用，4輪洪峰綜合削峰率74.6%，最大削峰率90.1%，累計(jì)錯(cuò)峰96.1 h，其中零出庫運(yùn)行16.2 h，最大攔洪量6.144×107m3，相當(dāng)于里畈水庫總庫容的3倍，使汛情總體可控，確保了西險(xiǎn)大塘的運(yùn)行安全，極大減輕了杭嘉湖平原的防洪壓力，保障了下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

4.2 技術(shù)人員的作用

洪水調(diào)度過程嚴(yán)格執(zhí)行經(jīng)浙江省水利廳批復(fù)的控運(yùn)計(jì)劃。技術(shù)人員堅(jiān)守崗位，緊盯流域防汛形勢，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)流域汛情變化拐點(diǎn)，迅速作出準(zhǔn)確反應(yīng)。如7月28日根據(jù)汛情動(dòng)態(tài)，歷經(jīng)5次調(diào)度與東苕溪水庫群精準(zhǔn)錯(cuò)峰，極大減輕下游防洪壓力。全過程共執(zhí)行調(diào)度指令24次，閘門操作123臺(tái)次，發(fā)出放水預(yù)警短信500余條，有力保障了防洪安全。

4.3 非工程措施的效果

洪水期間，ME水雨情系統(tǒng)及青山水庫洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)等非工程措施作用斐然。ME水雨情系統(tǒng)包含了水庫上下游33個(gè)站點(diǎn)，監(jiān)測數(shù)據(jù)包括雨量、水位、流量、蒸發(fā)等，每5 min的數(shù)據(jù)采集頻次讓技術(shù)人員實(shí)時(shí)掌握汛情動(dòng)態(tài)。洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)每小時(shí)滾動(dòng)自動(dòng)洪水預(yù)報(bào)，技術(shù)人員根據(jù)各降水量級(jí)、調(diào)度手段補(bǔ)充開展人工干預(yù)洪水預(yù)報(bào)60余份，預(yù)報(bào)精度達(dá)到甲級(jí)，合格率達(dá)到90%以上，對(duì)不同工況下的洪水漲勢作出全方位分析，并根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果，為上級(jí)調(diào)度決策提供10余次調(diào)度建議。另外，通過洪水預(yù)報(bào)，于7月26日11時(shí)提前7 h對(duì)庫區(qū)牧松線(25.70 m)進(jìn)行淹沒預(yù)警，避免了重大交通事故的發(fā)生。

5 洪水調(diào)度的不足分析與建議

5.1 青山水庫洪水調(diào)度的不足

5.1.1 東苕溪流域主動(dòng)性防洪手段不足

一是東苕溪流域存在源頭洪水控制能力仍顯不足，下游部分河段過流能力仍未達(dá)到流域防洪規(guī)劃要求[7]。中上游青山、里畈、水濤莊、四嶺等四座水庫，僅控制集水面積的50%，下游瓶窯段過流能力僅600～800 m3/s，導(dǎo)流港過流能力僅350 m3/s左右，“上游大、下游小”的過流格局決定了遭遇大洪水時(shí)，上游水庫必須與區(qū)間洪水錯(cuò)峰。二是西險(xiǎn)大塘尚未達(dá)到設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，自上一輪除險(xiǎn)加固至今已有17年，部分堤段存在滲流、沉降、護(hù)坡破損等問題，現(xiàn)狀防洪能力與大型城市200年一遇標(biāo)準(zhǔn)不匹配。三是洪水調(diào)度手段單一，當(dāng)下游西苕溪發(fā)生洪水、嘉興超保證水位時(shí)，在東苕溪中上游缺少跨流域排洪通道。

5.1.2 苕溪流域上下聯(lián)動(dòng)機(jī)制略顯不暢

東苕溪、西苕溪及湖州、嘉興河網(wǎng)之間的水雨情、防汛調(diào)度信息缺乏完善的共享平臺(tái)與機(jī)制，通過現(xiàn)有信息化平臺(tái)僅能了解上下游水位變動(dòng)情況，難以實(shí)時(shí)掌握上游里畈水庫與東苕溪其他支流水庫的泄洪狀態(tài)，增加了洪水預(yù)報(bào)及調(diào)度的難度。

5.1.3 青山水庫庫區(qū)存調(diào)度制約因素

本次洪水最高水位28.24 m,距防洪高水位31.16 m仍有4.5×107m3的蓄洪空間。但因臨安污水一廠排放口、青山湖綠道多處驛站均在青山水庫庫區(qū)控制線(31.16 m)以下，未嚴(yán)格按管理線縱向標(biāo)高控制，限制了青山水庫防洪調(diào)度的正常開展。臨安污水處理一廠，當(dāng)青山水庫水位達(dá)到24.80 m時(shí)，污水廠總排放口被淹、排水受阻、影響濕地低碳系統(tǒng)運(yùn)行；當(dāng)水位達(dá)到27.10 m時(shí)，倒灌至濕地系統(tǒng)三(營養(yǎng)鹽集約系統(tǒng))，出水不能達(dá)一級(jí)A標(biāo)；當(dāng)水位達(dá)到29.50 m時(shí)，影響一級(jí)B出水排放，廠內(nèi)污水處理設(shè)施、構(gòu)筑物存在滿溢風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)水位達(dá)到31.61 m(50年一遇)時(shí)，青山湖水倒灌至全部生產(chǎn)廠區(qū)，廠區(qū)停產(chǎn)。

5.2 建 議

一是擴(kuò)上蓄，對(duì)里畈水庫進(jìn)行擴(kuò)容；固大堤，加快建設(shè)西險(xiǎn)大塘提標(biāo)加固工程；增外排，探索研究東苕溪洪水南排錢塘江的可能性。二是加大非工程措施的建設(shè)，建立苕溪流域全流域全要素信息共享平臺(tái)，健全組織網(wǎng)絡(luò)[8]，進(jìn)一步暢通上下游、左右岸的互聯(lián)互通渠道。三是盡快謀劃實(shí)施污水廠遷建，同時(shí)在新建涉庫項(xiàng)目時(shí)應(yīng)充分考慮洪水風(fēng)險(xiǎn)，確保青山水庫防洪功能不受影響。