2020年长江上游控制性水文站洪水重现期分析

徐 高 洪，邵 骏，郭 卫

(长江水利委员会 水文局，湖北 武汉 430010)

1 研究背景

2020年8月，长江流域累积总降水量151 mm，雨量大于200 mm以上的面积约为37.3万km2,大于300 mm以上的面积约为15.8万km2,多雨区主要位于嘉陵江、岷江流域。8月长江干流发生2次编号洪水，上游支流岷江发生超历史洪水，沱江、嘉陵江发生超保证洪水，干流朱沱至寸滩江段发生超保证洪水，寸滩站洪峰水位超1981年实测最高水位，沱江、嘉陵江等支流和上游干流来水均居历史前列，三峡水库出现建库以来最大入库流量。

根据水利部已批复的《2020年长江流域水工程联合调度运用计划》，三峡以上逾20座水库均纳入长江流域联合调度体系，包括金沙江上的梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩、乌东德、溪洛渡、向家坝，雅砻江上的二滩、锦屏一级，岷江上的紫坪铺、瀑布沟，嘉陵江上的碧口、宝珠寺、亭子口、草街水库，乌江上的构皮滩、思林、沙沱、彭水水库，干流上的三峡水库，这些水库的分布位置见图1。

为便于给今后长江洪水调度积累经验，也为了还原分析2020年洪水的量级和重现期[1-3]，本文将对干支流控制性水文站进行洪水还原分析，然后将上游梯级拦蓄量还原到干流测站。

2 长江上游干支流2020年实测洪水分析

2.1 暴雨洪水过程分析

2020年8月中旬，欧亚中高纬度维持两槽一脊的环流形势，强势而稳定的副热带高压西进，四川盆地附近正处于副热带高压边缘，副高异常偏北、偏强，南撤偏晚。此次强降雨来临前，8月9～10日四川盆地连续出现高温天气，盆地大部最高气温超过35°C，中高纬度冷空气较强，极地冷空气经过东欧平原-贝加尔湖从中路输送至四川盆地北部。此次暴雨云团形成后，正好遇到西南涡在四川盆地西部生成，二者互相加持能量，共同发展壮大。在副热带高压西进、冷高压中心向四川盆地和西南山地边缘移动和西南涡的共同作用下，长江上游嘉陵江、岷江等流域发生极端性强降水。

嘉陵江、岷江流域月面均雨量达290 mm左右，累计雨量大于300 mm的笼罩面积约15.8万km2，大于500 mm的笼罩面积约5.3万km2，特别是涪江月面均雨量达529 mm，沱江月面均雨量477 mm，均排名1961年以来同期第1位。受持续强降雨影响，岷江中下游、沱江和涪江上中游雨量超过300 mm，局部地区超过500 mm。干支流洪水恶劣遭遇，干流朱沱站与嘉陵江北碚站来水几乎全过程遭遇，导致寸滩站出现峰高量大的洪水过程，上游形成一次复式洪水过程。受上游干流和嘉陵江来水叠加影响，干流寸滩站发生1次复式涨水过程：8月14日05：00流量涨至50 900 m3/s，形成“长江2020年第4号洪水”，14日19：00出现4号洪水洪峰流量59 400 m3/s；16日来水退至46 000 m3/s后返涨，17日14：00再次涨至50 400 m3/s，形成“长江2020年第5号洪水”，20日04：00出现5号洪水洪峰流量74 600 m3/s，位居历史最大流量第5位，20日08：15出现洪峰水位191.62 m；三峡水库出现建库以来最大入库流量75 000 m3/s。

图1 长江上游干支流控制性水库分布示意Fig.1 Controlling reservoirs on upper Yangtze River

2020年8月长江上游干支流实测洪水过程见图2。

图2 长江上游干支流控制性水文站2020年实测洪水过程Fig.2 Measured flood process of major hydrological stations on upper Yangtze River in 2020

上游支流岷江高场站、沱江富顺站的最高水位及最大流量在历史洪水中排位均居前3，嘉陵江北碚站排位靠前。岷江高场站最高水位在历史洪水中列第1位，嘉陵江北碚站列第13位；岷江高场、沱江富顺站最大流量在历史洪水中分别列第1，3位，嘉陵江北碚站列第11位。上游干流朱沱最高洪峰流量(48 400 m3/s)及洪峰水位(214.68 m)在历史洪水中均为第5位。寸滩站最大流量74 600 m3/s，较1981年(85 700 m3/s)偏小，较1954，1998年偏大，位居历史最大流量第5位；寸滩站最高洪峰水位191.62 m，位居历史最高水位第2位，仅次于1905年的192.78 m，超过1981年的191.41 m。

2.2 实测洪水特征值分析

基于报汛资料，分析屏山、高场、北碚、寸滩等控制性水文站最大洪峰Qm、3 d洪量W3d、7 d洪量W7d的情况，以反映长江上游各干支流2020年实测洪水情况(见表1)。

表1 2020年长江上游干支流控制性水文站洪峰特征值Tab.1 Measured flood peak values of major hydrological stations on upper Yangtze River in 2020

从表1可知，金沙江屏山站实测洪峰流量约17 700 m3/s，小于5 a一遇；岷江高场站实测洪峰流量约37 500 m3/s，约5 a一遇；沱江富顺站实测洪峰流量约10 600 m3/s，约5～10 a一遇；嘉陵江北碚站实测洪峰流量约37 400 m3/s，约10 a一遇；长江上游寸滩站实测洪峰流量约74 600 m3/s，约20 a一遇。

3 长江上游干支流洪水还原及重现期分析

考虑金沙江、岷江、乌江、嘉陵江上游均有承担防洪任务的水库参与了2020年洪水拦蓄，因此，本节将对上游控制性水库的调蓄作用以及控制性水文站洪峰流量和不同时段洪量进行洪水还原分析。

3.1 上游水库群拦蓄

金沙江屏山水文站上游已建的对其洪水过程有影 响的水库有梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩、乌东德、溪洛渡、向家坝，以及雅砻江上的锦屏一级、二滩等；岷江高场站以上承担防洪任务的水库主要有紫坪铺和瀑布沟水库；嘉陵江中下游的防洪任务主要由亭子口水库承担，碧口、宝珠寺、草街水库适时配合调度。

图3 2020年长江上游控制性水库拦蓄过程示意Fig.3 Flood flow process operated by reservoirs on upper Yangtze River in 2020

4、5号洪水期间，上述水库均参与防洪调度，以岷江、嘉陵江为例：岷江紫坪铺水库18日00：00出现最大入库流量4 510 m3/s，出库流量最大加大至2 440 m3/s，削峰率46%，19日05：00出现最高库水位863.65 m，拦蓄洪量2.2亿m3；大渡河瀑布沟水库18日03：00出现最大入库流量6 580 m3/s，出库流量最大加大至4 780 m3/s，削峰率27%，19日14：00出现最高库水位845.10 m，拦蓄洪量4.5亿m3；嘉陵江宝珠寺水库16日10：00出现最大入库流量6 770 m3/s，期间出库流量维持在4 200 m3/s左右，拦蓄洪量1.8亿m3；亭子口水库16日13：00出现最大入库流量18 000 m3/s，经水库调蓄后最大出库流量14 700 m3/s，拦蓄洪量4.8亿m3(见图3)。

3.2 洪水还原分析

本次根据上游水库的实际运行资料，采用水量平衡法逐级还原得到各水库的天然入库洪水。考虑洪水传播时间，并采用洪水演算方法[4-7]逐级演算到下游控制点与区间洪水叠加，最终推求得到金沙经、岷江、嘉陵江、长江干流各控制性水文站6 h洪水过程如图4所示。各控制性水文站实测洪水和还原洪水过程的年最大洪峰流量Qm和W3d、W7d洪量特征值对比如表2所示。

表2 长江上游干支流控制性水文站还原洪水与实测洪水特征值比较Tab.2 Measured flood and reducted flood of major stations on upper Yangtze River

经还原后，屏山站、高场站、北碚站、朱沱站、寸滩站最大洪峰流量分别为24 300,40 600,38 400,61 200,87 500 m3/s。长江上游干支流主要控制性水文站2020年实测及还原洪水过程见图4。

经分析，金沙江、岷江、嘉陵江各梯级水库群在2020年8月防洪调度中，削减洪峰率分别为27%、8.1%、3%；削减24 h洪量约2%～24.1%，削减3 d洪量约2%～13.1%，削减7 d洪量约3.8%～9.7%，其中金沙江因乌东德水库蓄水，发挥了防洪作用，所以峰量削减最为显著。

3.3 洪水重现期分析

统计屏山站、高场站、北碚站、寸滩站2020年不同时段洪水特征值，考虑到岷江、沱江控制性水文站的最大洪峰流量在历史洪水中排位靠前[8-9]，需做特大值处理，通过延长洪水系列，重新进行不同控制性水文站设计洪水计算，并推算各控制性水文站洪水重现期，如表3所示。

由表3可知：金沙江屏山、岷江高场、嘉陵江北碚站、长江上游干流朱沱和寸滩站经还原后的最大洪峰流量重现期分别为10 a、40～50 a、10～15 a、80～90 a和90 a。经梯级水库拦蓄后，洪水量级大幅度下降，上述站点相应洪水流量对应的重现期分别降至小于5 a、10～15 a、10 a、10 a和20 a。其中寸滩站3 d洪量的重现期由70～80 a降为20～30 a，7 d洪量的重现期由约130 a降为30～40 a，印证了今年长江上游干流洪水为复式洪峰、主峰靠后、干支流严重遭遇的过程，上游水库群在本次防洪调度中发挥了重大作用。

图4 长江上游支流控制性水文站2020年实测及还原洪水过程Fig.4 Hydrograph of measured and reduction flood of major stations on upper Yangtze River in 2020

表3 长江上游干支流控制性水文站洪峰重现期分析Tab.3 Recurrence period analysis for flood peak flow of major hydrological stations of upper Yangtze River

4 结 论

本文依据2020年防汛调度资料和长江上游干支流控制性水文站实测资料，将各梯级水库拦蓄的洪水过程还原到下游控制性测站，分别对长江上游支流金 沙江屏山(向家坝)、岷江高场、嘉陵江北碚、乌江武隆和干流上的寸滩等主要控制性水文站的洪水进行了还原分析。通过将还原后的峰、量过程与实测峰、量过程对比，可以得出如下结论：上游梯级水库消峰拦蓄洪水效果明显，其中岷江高场站洪峰流量从40～50 a一遇降为10～15 a一遇，嘉陵江北碚站洪峰流量从10～15 a一遇降为10 a一遇，长江干流朱沱站洪峰流量从80～90 a一遇降低为10 a一遇，寸滩站洪峰流量从90 a一遇降低为20 a一遇，7 d洪量的重现期由130 a降为40 a，长江上游干支流洪水量级和重现期大为降低。

上述结论表明：近年来通过水库群的科学调度，较好地实现了长江上游水库群联合调度的防洪目标，能够对下游防洪控制节点产生较大的削峰减量效果，减少了高水流量级的出现时间，显著减轻了长江上游干支流及中下游的防洪压力。

说 明

本文2020年水文要素的统计分析源自报汛数据。