2021年黃河秋汛洪水調(diào)度實踐與思考

劉繼祥，李阿龍

（1.黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司，450003，鄭州；2.水利部黃河流域水治理與水安全重點實驗室（籌），450003，鄭州）

2021年8月下旬至10月，受華西秋雨持續(xù)影響，黃河流域中下游地區(qū)發(fā)生歷史罕見秋汛洪水。黃河干流9天內(nèi)相繼出現(xiàn)3次編號洪水，潼關站發(fā)生1979年以來最大洪水，支流渭河、汾河、伊洛河、沁河均發(fā)生有實測資料以來同期最大洪水，多座水庫突破歷史最高蓄水位，黃河下游出現(xiàn)長歷時、大流量洪水過程。面對洪水，在黨中央、國務院堅強領導下，全河上下各級水利部門展開了驚心動魄的艱苦斗爭，奪取了全面勝利。

一、秋汛洪水特點及重現(xiàn)期分析

2021年黃河秋汛洪水主要呈現(xiàn)歷時長、雨量大、雨區(qū)重疊度高、洪水場次多、洪峰高、水量大、水庫蓄水位高等特點。自8月下旬至10月上旬持續(xù)近50天，黃河中游地區(qū)累積面雨量較常年同期偏多1.8倍，7場強降水過程在山陜區(qū)間南部、汾河、涇渭洛河和三花區(qū)間高度重疊；渭河、伊洛河、沁河、汾河、北洛河發(fā)生歷史同期最大洪水，干流在9天內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)3次編號洪水，潼關站出現(xiàn)1979年以來最大洪峰，花園口站流量在4 800 m3/s左右歷時近20天；小浪底、沁河河口村水庫、洛河故縣水庫均達到建庫以來最高水位，伊河陸渾水庫達到建庫以來第二高水位。

按照后汛期設計洪水分析，經(jīng)還原計算，潼關站9月30日、10月7日兩次洪水洪峰流量分別為7 950 m3/s、9 060 m3/s，重現(xiàn)期為10年一遇~20年一遇、20年一遇~30年一遇；最大5日洪量28.4億m3、31.5億m3，重現(xiàn)期為10年一遇~20年一遇、近20年一遇。花園口站9月29日、10月8日兩次洪水洪峰流量分別為12 500 m3/s、11 000 m3/s，重現(xiàn)期為20年一遇~30年一遇、10年一遇~20年一遇；最大5日洪量44.1億m3、37.1億m3，重現(xiàn)期為近50年一遇、20年一遇~30年一遇。

二、秋汛洪水調(diào)度

當前，黃河下游已初步建成以干流三門峽、小浪底水庫，支流陸渾、故縣水庫，下游黃河干流堤防，北金堤滯洪區(qū)、東平湖滯洪區(qū)工程為主體的“上攔、下排、兩岸分滯”防洪工程體系；黃河寧蒙河段建成以龍羊峽、劉家峽水庫，干流堤防及河道整治工程為主的“上控、下排”防洪（凌）工程體系。在此次秋汛洪水防御中，黃河防總強化流域系統(tǒng)觀念，充分發(fā)揮現(xiàn)有水沙調(diào)控工程體系整體合力，利用上中游水庫群調(diào)控壓減基流，精細調(diào)度中下游干支流水庫群發(fā)揮滯洪、削峰、錯峰作用，做足“繡花功夫”，實現(xiàn)了優(yōu)化洪水過程精準時空對接。

1.調(diào)度原則與整體思路

堅持“人民至上、生命至上”，充分利用支流水庫攔蓄洪水、削峰錯峰，確保水庫安全和黃河下游不漫灘、不跑壩、不死人。

在戰(zhàn)略層面，統(tǒng)籌水庫、下游灘區(qū)、滯洪區(qū)、河道等各自防洪安全及蓄洪能力，科學編制洪水處理方案。在戰(zhàn)術層面，實時滾動制定水工程蓄泄時機、干支流流量過程精準對接等洪水調(diào)度方案。嚴格控制東平湖、金堤河、天然文巖渠入黃水量不超標，利用劉家峽、海勃灣、萬家寨等水庫全力攔截河道基流，利用三盛公、南水北調(diào)東線等工程為洪水尋找分泄出路。在調(diào)度上，控制花園口站流量4 800 m3/s左右，控制艾山站流量不超過5 200 m3/s，控制小浪底水庫水位不超過274 m，并盡最大努力縮短小浪底水庫270 m以上運用時間。用好洪水演進時間差和空間差，在確保水庫安全和灘區(qū)不漫灘的前提下，極限運用水庫攔蓄洪功能，極致發(fā)揮下游河道排洪能力，科學處置復雜的汛情。

2.調(diào)度過程

本次秋汛自2021年8月下旬開始至10月底結束，按照洪水過程及汛情形勢可劃分為3個階段：8月20日—9月16日的秋汛初期，9月17日—10月20日的秋汛關鍵期，10月21—31日的秋汛退水期。

（1）秋汛初期（8月20日—9月16日）

①第一階段（8月20—26日）

本時段干支流各水庫水位處于主汛期汛限水位附近，中游承擔防洪任務5座水庫后汛期汛限水位以下庫容22.63億m3，后汛期汛限水位至防洪運用水位之間庫容約125億m3，足以容納本次洪水，水庫調(diào)度以洪水資源化為主。

小浪底、故縣水庫攔蓄洪水較多，削峰率較高。小浪底水庫攔蓄洪水5.94億m3，占潼關站次洪水量67.3%，削峰率達到76.2%；故縣水庫攔蓄洪水0.78億m3，占盧氏站次洪水量83.9%，削峰率達到92.1%。洪水經(jīng)中游干支流水庫大量攔截后，花園口站次洪水量僅2.33億m3。

②第二階段（8月28日—9月11日）

黃河中游涇渭河、伊洛河再次漲水，下游金堤河、大汶河也發(fā)生明顯洪水過程。中游三門峽、小浪底、陸渾、故縣、河口村水庫水位處于后汛期水位附近，水庫調(diào)度以控制黃河下游不出現(xiàn)編號洪水為目標，陸渾、故縣水庫最大下泄流量不超1 000 m3/s，小浪底水庫適當壓減流量攔洪，控制花園口站流量小于4 000 m3/s，減輕黃河下游河道和灘區(qū)防洪壓力。

本次洪水潼關以上來水大部分被小浪底水庫攔截，攔蓄水量6.74億m3，削峰率達到91.9%。由于伊洛河洪水較大，陸渾、故縣水庫既要避免庫區(qū)淹沒損失，又要盡可能減輕水庫下游防洪壓力，同時還要盡可能減少棄水，洪水過后故縣水庫水位534.52 m，陸渾水庫水位318.78 m。

（2）秋汛關鍵期（9月17日—10月20日）

①第一階段（9月17日—10月4日）

黃河中游干流和支流渭河、北洛河、伊洛河、沁河，下游金堤河、大汶河普遍漲水，9月27日黃河2021年1號洪水、2號洪水相繼形成。

9月17—23日洪水，干支流水庫延續(xù)上階段調(diào)度思路。9月25日—10月4日洪水過程，三門峽入庫洪水總量35.61億m3、小花間洪水總量17.19億m3，小浪底、陸渾、故縣、河口村水庫剩余防洪庫容分別為32.55億m3、2.38億m3、3.96億m3、1.03億m3。若水庫繼續(xù)按上階段調(diào)度思路執(zhí)行，小浪底水庫將超270 m，但270.1 m以上缺少相應監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐，需要重點考慮庫周地質(zhì)災害問題的影響；河口村水庫高水位運用尚有待檢驗。若其他水庫按年度調(diào)度方案運用，小浪底水庫最高水位控制不超270 m，花園口控泄流量需要加大到5 000 m3/s以上，下游河道超過平灘流量將涉及山東、河南百萬群眾轉(zhuǎn)移安置和灘區(qū)耕地淹沒。而黃河下游大汶河、金堤河也同時出現(xiàn)較大量級洪水過程。對此，統(tǒng)籌考慮水庫運行安全、庫區(qū)安全及下游河道行洪安全，以花園口站流量和小浪底水庫水位為主要控制目標，聯(lián)合調(diào)度黃河中游干支流水庫群防洪運用，最大限度挖掘伊河陸渾、洛河故縣、沁河河口村水庫防洪運用潛力，最高運用可至移民水位或蓄洪限制水位；調(diào)整小浪底水庫下泄流量，湊泄花園口站流量4 000~4 800 m3/s左右，盡量縮短小浪底水庫270 m水位以上運用時間。上中游利用劉家峽、萬家寨、張峰等水庫攔蓄基流。黃河下游實施東平湖滯洪區(qū)與金堤河按控制艾山以下河段不超漫灘流量補償泄洪入黃調(diào)度，多舉措分泄東平湖洪水。中下游水工程抓住洪水到來前后窗口期盡量下泄流量、降低蓄水位，迎接下一場洪水。

②第二階段（10月5—20日）

10月5—20日洪水過程，三門峽入庫洪水總量60.97億m3，小花間洪水總量10.62億m3。10月5日8時，小浪底、陸渾、故縣、河口村水庫剩余防洪庫容13.29億m3、2.23億m3、3.71億m3、0.70億m3。本次洪水防御重點主要是黃河下游、小浪底和河口村水庫，中游水庫群延續(xù)上一場水的調(diào)度思路，干支流水庫群以控制花園口站4 800 m3/s左右為目標湊泄，盡力挖掘支流水庫的防洪潛力，為小浪底水庫加大下泄創(chuàng)造條件，縮短小浪底水庫高水位運行時間。三門峽水庫視情況投入滯洪運用。繼續(xù)利用劉家峽、萬家寨、張峰等水庫攔蓄上游基流，實時動態(tài)調(diào)控東平湖、金堤河向黃河泄水流量。東平湖采取攔、蓄、送、排等綜合措施，在保證黃河灘區(qū)安全的同時，確保東平湖水位有序回落。

（3）秋汛退水期（10月21—31日）

10月20日4時，小浪底水庫水位降至270 m，黃河秋汛正式進入退水期。綜合考慮退水期河南、山東河段水位變化、工程出險和河勢變化等因素，小浪底水庫逐步壓減流量至發(fā)電流量下泄，控制庫水位不超270 m。萬家寨、三門峽、陸渾、故縣、河口村水庫水位逐步向非汛期運用水位和正常蓄水位過渡。

3.調(diào)度效果

（1）充分挖掘中游水庫群聯(lián)合防洪潛力，降低了洪水災害損失

秋汛洪水期間，伊洛河陸渾水庫、故縣水庫最大削峰率分別為89%、91%，故縣水庫水位創(chuàng)歷史新高。經(jīng)陸渾、故縣水庫聯(lián)合調(diào)度，伊洛河黑石關站最大削峰率50%。沁河河口村水庫最大削峰率59%，庫水位創(chuàng)歷史新高，沁河武陟站最大削峰率37%。小浪底水庫在270 m水位以上運行時間為18天，最高水位273.5 m，為建庫以來最高蓄水位。為控制小浪底水庫水位上漲，三門峽水庫投入滯洪運用，相應削峰率為28%。干流洪水經(jīng)三門峽、小浪底水庫調(diào)蓄后，最大削峰率為85%。經(jīng)三門峽、小浪底、陸渾、故縣、河口村等水庫作用，將花園口站6 180~12 500 m3/s洪峰削減為2 390~4 920 m3/s，最大削峰率62%，花園口站流量在4 800 m3/s左右歷時約470小時。經(jīng)沿黃各級全力搶護，黃河堤防、河道工程等沒有出現(xiàn)重大險情，確保了河道行洪安全和下游灘區(qū)安全，避免了下游灘區(qū)167萬人轉(zhuǎn)移和399萬畝（1畝=1/15 hm2）耕地受淹。

（2）水庫河道減淤效果明顯，下游河道過流能力得到提升

秋汛期，三門峽水庫最大出庫含沙量410 kg/m3，庫區(qū)累積沖刷1.198億t。小浪底水庫結合防洪運用實施異重流排沙，共計排沙0.241億t，庫區(qū)沖刷0.052億t。下游河道發(fā)生顯著沖刷，全下游共沖刷泥沙0.888億t，主要集中在高村以上河段。

當流量在2 000~4 500 m3/s時，花園口、夾河灘、高村三個水文站在整個秋汛期同流量水位下降0.1~0.32 m，孫口、艾山水文站同流量水位整體均有一定抬升，濼口、利津同流量水位下降0.02~0.15 m；當流量為5 000 m3/s時，花園口同流量水位降低0.08 m，其他水文站變化不大。

秋汛末各水文站的平灘流量，花園口和夾河灘為7 300 m3/s、高村6 600 m3/s、孫口4 800 m3/s、艾山和濼口4 800 m3/s、利津4 700 m3/s，與秋汛初相比，除孫口的不變外，增幅為30~180 m3/s。利津以上河段最小平灘流量為陳樓等斷面的4 600 m3/s，與2021年汛初相同。

（3）生態(tài)分洪補水效果顯著，實現(xiàn)水資源綜合利用

秋汛洪水期間黃河下游河槽全面過水，河流水面區(qū)域擴展約一倍以上，對河漫灘濕地水分進行了充分補給。河口地區(qū)通過刁口河生態(tài)分洪和清水溝流路漫溢補水，對黃河三角洲淡水濕地規(guī)模擴大和生物多樣性提高起到了積極作用。此外，向黃河三角洲國家級自然保護區(qū)南部核心區(qū)實現(xiàn)自然漫溢，共新增補水范圍約40 km2。從植被生長情況看，黃河三角洲自然補水區(qū)自然植被面積和覆蓋度明顯增加，植被塊面積增加25.7 km2。

在確保防洪安全前提下，通過水工程分階段有計劃攔洪蓄洪，最大限度儲備水資源。截至2021年10月31日，龍羊峽、劉家峽、小浪底等干支流10座大型水庫總蓄水量367.3億m3，為后續(xù)冬、春季沿黃工農(nóng)業(yè)用水、流域抗旱、調(diào)水調(diào)沙和生態(tài)用水儲備了充足水源。

三、主要認識與建議

1.主要認識

（1）洪水風險依然是最大威脅

本次秋汛洪水發(fā)生時段集中、洪峰高、水量大、歷時長，是新中國成立以來最嚴重秋汛洪水，潼關站出現(xiàn)1979年以來最大洪峰流量，2次洪水共歷時28天，總水量達92.9億m3，黃河中下游汛情持續(xù)至10月中旬。當前氣候變化和人類活動導致的氣象不穩(wěn)定因素及致災風險增加，黃河下游仍面臨大洪水威脅，黃河發(fā)生超標準洪水的風險依然存在；小浪底到花園口區(qū)間尚有1.8萬km2無工程控制區(qū)，預見期短，威脅下游防洪安全。黃河一旦決口不僅威脅12萬km2保護區(qū)內(nèi)1.3億群眾的生命財產(chǎn)安全，還會造成大范圍生態(tài)災難。下游灘區(qū)既是黃河滯洪沉沙的場所，也是190萬群眾賴以生存的家園，防洪運用和經(jīng)濟發(fā)展矛盾長期存在。河南、山東兩省灘區(qū)居民遷建規(guī)劃實施后，仍有近百萬人生活在洪水威脅中。

（2）防洪工程是堅實基礎，但仍存在突出短板

本次秋汛洪水防御面臨著保水庫安全、保灘區(qū)安全、保大堤安全、保人員安全的多線作戰(zhàn)局面，防洪工程措施還存在突出短板?！吧蠑r”工程還不健全，規(guī)劃的黃河干流七大控制性骨干工程，還有古賢、黑山峽、磧口水利樞紐工程尚未建設，不能有效控制中游大洪水；三門峽、陸渾、故縣等水庫庫區(qū)人口多，大洪水防洪運用壓力大；“下排”工程不完善，高村以上299 km游蕩性河段河勢尚未有效控制，“二級懸河”形勢依然嚴峻，易發(fā)生橫河、斜河，危及堤防安全；黃河下游灘區(qū)防洪運用和經(jīng)濟發(fā)展矛盾突出，小浪底水庫攔沙庫容淤滿后，保灘庫容不能滿足灘區(qū)保安要求，灘區(qū)洪水淹沒風險高；“分滯”工程啟用難，東平湖滯洪區(qū)老湖區(qū)洪水淹沒風險高、淹沒損失大，金山壩以西仍有3萬多人，分洪運用難度大，實際運用問題突出。

（3）預演預案、防守經(jīng)驗是強大技術支撐，“四預”措施得到加強

2021年汛前，黃河中下游各單位均針對黃河水旱災害防御應急搶險開展了針對性演練，為“政府領導，應急統(tǒng)籌，河務支撐，部門協(xié)同，群防群控”防汛運行機制提供了重要支撐。秋汛期間應用無人機巡航、遙感解譯等新技術手段，跟蹤分析工情險情，“一流量、一立方、一厘米”精細調(diào)度水工程，每兩小時滾動預演、修訂調(diào)度方案，精準對接花園口流量4 800 m3/s，充分發(fā)揮水庫攔洪、削峰作用，實現(xiàn)干支流水庫群的精準時空對接，進一步拓展了黃河中游骨干水庫群精細調(diào)度技術。黃河水旱災害防御應急響應機制啟動后，黃河中下游相關單位按照水旱災害防御應急預案規(guī)定，組織做好監(jiān)測預報預警、水工程調(diào)度、堤防和水庫巡查防守、山洪災害防御、值班值守等各項工作，確保了工程安全、群眾安全和防汛安全。

2.主要建議

（1）進一步完善黃河流域水沙調(diào)控工程體系

要緊緊抓住水沙關系調(diào)節(jié)“牛鼻子”，完善流域防洪工程體系。加快推進古賢等水利樞紐工程建設；開展三門峽、故縣、陸渾、河口村等水庫設計洪水位以下土地征用、淹沒賠償機制和庫區(qū)移民遷建研究，并有序推進；針對無控區(qū)大洪水威脅問題，開展桃花峪水庫前期論證。

（2）進一步加強黃河下游河道整治工程建設

開展下游標準化堤防現(xiàn)代化提升工程；在防洪規(guī)劃批復確定的布局下，盡快啟動河道和灘區(qū)綜合提升治理工程，通過工程措施全面提高控導險工防洪標準，守住控導工程第一道防線和險工壩頭底線，確保黃河大堤絕對安全；近期開展東平湖綜合治理提升方案編制，中遠期推進工程建設。

（3）立足從根本上解決灘區(qū)居民防洪安全問題，積極推進灘區(qū)安全建設和居民遷建

加快黃河下游貫孟堤擴建工程前期工作立項，解決封丘倒灌區(qū)居民安全問題，開展黃河溫孟灘防護堤加固工程等灘區(qū)安全建設。按照防洪規(guī)劃批復確定的布局，指導河南、山東兩省加快灘區(qū)居民外遷安置，逐步將城鎮(zhèn)空間從灘區(qū)調(diào)出；指導河南、山東兩省加快灘區(qū)綜合提升治理，結合鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施，支持引導灘區(qū)走現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展之路。

（4）加強東平湖、北金堤滯洪區(qū)安全建設

實施陳山口、清河門出湖閘流路疏浚，推進八里灣泄洪閘與柳長河連通工程、司垓閘向南四湖排水通道連通工程建設；優(yōu)化東平湖滯洪區(qū)防洪工程布局及運用方式，解決金山壩以西防洪運用難題；研究復核東平湖分洪能力；盡快編制北金堤滯洪區(qū)安全建設整體規(guī)劃，完善避洪安全設施工程體系，研究北金堤滯洪區(qū)分區(qū)運用。

（5）開展黃河中下游秋汛洪水演變規(guī)律及調(diào)度方案研究

根據(jù)歷史秋汛洪水資料樣本，分析中下游秋汛洪水演變規(guī)律；分析伊洛河橡膠壩群對不同量級洪水的影響，提升小花間水流模擬模型精度；開展秋汛洪水水庫群聯(lián)合調(diào)度方案研究，開展沁河張峰、河口村聯(lián)合調(diào)度方案研究。

（6）以數(shù)字孿生黃河為抓手，提升黃河防洪減災的“四預”水平

結合數(shù)字孿生黃河建設，優(yōu)化衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)傳輸通道，完善遙感數(shù)據(jù)應急采集機制，加強各級防汛部門無人機全天時洪水應急采集裝備升級，建設黃河預警監(jiān)測無人機應急調(diào)度和應用支撐平臺，推進遙感影像采集、處理、解譯等遙感作業(yè)基礎環(huán)境支撐能力提升建設，建設天空地一體化洪水遙感監(jiān)測應用服務平臺。 ■