“20·8”洪水金沙江流域水库群调度对 川渝河段的防洪作用

陈桂亚，冯宝飞

(1.长江水利委员会，武汉 430010； 2.长江水利委员会水文局，武汉 430010)

1 研究背景

2020年8月中旬，长江上游发生特大洪水。在上游水库群全力拦蓄的情况下，岷江、沱江、涪江、嘉陵江等支流和上游干流来水仍居历史前列，洪水汇集于长江上游重庆市，致使重庆市主城区的寸滩水文站形成一次复式洪水过程(4号、5号洪峰)，洪峰水位191.62 m，超出保证水位8.12 m，仅次于1905年8月的最高水位192.78 m，居实测记录以来第2位[1-5]。本文从暴雨洪水概况、金沙江水库群调度过程、还原计算等方面对“20·8”洪水展开深入研究，量化分析金沙江水库群调度对川渝河段的防洪作用。

2 “20·8”暴雨洪水概况

2020年8月11—17日，受高空槽、西南涡、冷空气以及暖湿气流的共同影响，长江上游发生了一次持续的强降雨过程。强降雨落区位于嘉陵江、岷江、沱江流域，其中，涪江、沱江、嘉陵江、岷江的过程累积面雨量分别达390、313、148、140 mm，均超“81·7”洪水；累积雨量>250、100 mm的笼罩面积分别为6.7万、22.7万km2，也远大于“81·7”洪水[3]。“20·8”洪水长江上游累计降雨实况见图1。

图1 “20·8”洪水长江上游累计降雨实况Fig.1 Accumulated rainfalls in the upper reaches of the Yangtze River during the floods in August 2020

受强降雨影响，岷江发生超历史洪水，沱江、涪江、干流朱沱至寸滩江段发生超保证洪水，各站洪峰水位超出保证水位0.08～8.12 m，岷江高场、沱江富顺、涪江小河坝、嘉陵江北碚站洪峰流量分别列历史第1、3、2、11位。岷江、沱江、嘉陵江及干流来水沿程叠加遭遇，导致寸滩站出现一次峰型“肥胖”的复式洪水过程，实况洪峰流量74 600 m3/s，居历史第5位，洪峰水位191.62 m，超出保证水位8.12 m，居历史第2位，超出1981年最高水位0.21 m。

从洪水过程线型态及寸滩站时段最大洪量组成分析“20·8”洪水的特点[6]，成果见图2、表1。由图2可分析：“20·8”洪水期间，岷江、沱江、涪江、嘉陵江等支流和上游干流均发生洪水过程，且均呈现复式双峰过程，其中岷江高场站、嘉陵江北碚站峰高量大，是寸滩站来水组成的主源；岷江、沱江、嘉陵江及干流来水恶劣遭遇，导致寸滩站洪水过程峰型肥胖。由表1可知：“20·8”洪水中，向家坝站来水在寸滩站各时段最大洪量中的占比均显著小于其面积比，偏小幅度为32.52%～47.16%；岷江高场站、沱江富顺站和嘉陵江北碚站来水在寸滩站各时段最大洪量中的占比均大于其面积比，其中高场站来水占比较面积比偏大13.88%～21.75%，北碚站偏大18.2%～25.11%，再次印证岷江、嘉陵江来水是本场洪水主源。

图2 “20·8”洪水长江上游主要站来水过程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现强降雨持续时间长、强度大、范围广、雨区重叠度高，干支流洪水并发、形成复式洪峰、遭遇严重、峰高量大的特点。其中岷江、嘉陵江是洪水的主要来源，金沙江来水经水库群拦蓄后占比明显偏低。

3 洪水调度过程

3.1 川渝河段联合防洪调度方式

长江上游水库群对川渝河段的防洪任务[7-9]为提高宜宾、泸州主城区的防洪标准至50 a一遇，提高重庆主城区的防洪标准至100 a一遇，主要由溪洛渡、向家坝水库承担；必要时，金沙江中游梯级、雅砻江梯级、岷江、嘉陵江等水库配合溪洛渡、向家坝水库对川渝河段洪水实施拦洪错峰。

溪洛渡、向家坝水库可利用预留的专用防洪库容14.6亿m3对宜宾、泸州(防洪控制站分别为李庄、朱沱站，安全泄量分别为51 000、52 600 m3/s)进行防洪补偿调度；利用预留的专用防洪库容共计29.6亿m3对重庆主城区(防洪控制站为寸滩站，安全泄量为83 100 m3/s)进行防洪补偿调度；在溪洛渡、向家坝水库开始拦蓄洪水时，视水情和防洪形势的需要，雅砻江、金沙江、岷江、嘉陵江等梯级水库适时配合调度。

3.2 金沙江水库群洪水调度过程

8月12—31日洪水期间，长江上游水库群实施联合防洪调度，以减轻川渝河段(特别是重庆附近)防洪压力、降低三峡水库库尾淹没风险、减轻中下游防洪压力为目标，持续拦蓄洪水(拦洪量统计见表2)。期间，纳入长江流域联合调度的上游水库群(不含三峡水库)累计拦蓄洪量约82.11亿m3，其中金沙江水库群累计拦蓄47.37亿m3。观音岩、二滩、乌东德、溪洛渡、向家坝等金沙江主要控制性水库的调度过程见图3。

表2 “20·8”洪水水库拦洪统计分析(寸滩站)

图3 金沙江流域水库群调度运用过程Fig.3 Operation and regulation process of Jinsha River reservoir group

4号洪水期间，金沙江水库群总拦蓄洪量约8.94亿m3，实施拦洪调度的水库主要包括乌东德、溪洛渡和向家坝水库，削减寸滩站洪峰流量约4 400 m3/s。8月9日，乌东德水库水位952 m，开始实施958 m蓄水，8月16日库水位蓄至958 m，蓄水量增加3.16亿m3；溪洛渡水库库水位拦蓄至580 m左右，累计拦蓄洪量约2.63亿m3；为削减寸滩站的洪峰水位，向家坝水库出库最小流量减至6 000 m3/s左右，最大削减流量4 290 m3/s，最高拦洪水位376.61 m，拦洪3.15亿m3，削弱了与岷江25 000 m3/s洪峰的遭遇程度。

5号洪水期间，金沙江水库群总拦蓄洪量约38.43亿m3，包括金沙江中游梯级水库1.47亿m3，雅砻江梯级水库5.49亿m3，金沙江下游梯级水库31.47亿m3，削减寸滩站洪峰流量约11 700 m3/s。其中，观音岩水库兼顾攀枝花防洪需求，发挥对川渝河段的拦洪作用，为使攀枝花市不超警戒水位，最大出库流量控制在8 900 m3/s，削峰率16.1%，最高调洪水位1 131.67 m；雅砻江梯级水库联合拦蓄洪水，锦屏一级水库最高拦洪水位1 879.13 m，二滩水库出库流量最小仅1 890 m3/s，最大拦蓄流量4 680 m3/s，最高拦洪水位1 199.11 m，两库拦洪后剩余待蓄库容约2亿 m3；乌东德水库继续实施第三阶段蓄水，18日起蓄水位958.67 m，23日库水位蓄至965 m，蓄水量增加7.31亿m3；溪洛渡、向家坝水库启动联合拦洪运用，其中为配合向家坝出库流量保持平稳过度，17日后，溪洛渡水库加大洪水拦蓄力度，18日入库流量涨至13 500 m3/s左右时，出库流量最小减至5 630 m3/s(18日19：00)，库水位持续抬升，21日09：00出现汛期最高调洪水位593.27 m，此后因川渝河段及三峡入库流量已相继现峰转退，开始加大出库流量降低库水位，于8月底将库水位降至583.5 m左右，本次编号洪水期间，最大削减流量8 080 m3/s，最大削峰率58.5%，最大拦洪量17.15亿m3；在溪洛渡水库的配合下，向家坝水库趁洪水间歇，先加大出库流量将库水位降低至372 m左右迎接第5号洪水，16日起，为与高场站的37 500 m3/s超历史洪峰错峰，出库流量逐步调减，17日20：00最小减至4 000 m3/s，库水位快速上涨，8月19日13：00出现汛期最高调洪水位379.70 m(正常蓄水位380 m)，此后因川渝河段相继现峰，逐步加大出库流量降低水位，于8月28日将库水位降至373 m附近运行。洪水期间，最大削减流量6 670 m3/s，最大削峰率61.8%，最大拦洪量7.01亿m3。在岷江发生超历史洪水，对宜宾到坝下水位顶托作用明显的情况下，精准控制坝下游水位最大日变幅在4.5 m以内。

4 对川渝河段防洪作用分析

4.1 还原范围及方法

综合考虑金沙江流域水库的防洪库容大小及2020年实际调度情况[10-11]，确定纳入还原分析的水库节点主要包括：金沙江流域梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩、锦屏一级、二滩、乌东德、溪洛渡、向家坝水库，以及岷江紫坪铺、大渡河瀑布沟、嘉陵江的碧口、宝珠寺、亭子口、草街共17座水库；还原对象聚焦川渝河段防洪形势代表站李庄、朱沱、寸滩水文站。本次洪水还原节点和对象分布见图4。

图4 洪水还原节点和对象分布Fig.4 Distribution of flood restoration nodes and objects

金沙江水库群按建库不拦蓄的情况，岷江高场站、沱江富顺站、嘉陵江北碚站取实况来水过程，采用分段马斯京根法、合成流量法等河道汇流模型方案[12-13]，进行沿程叠加演算，得到李庄、朱沱、寸滩站还原流量过程；采用水文学方法[14-15]绘制水位流量曲线，查算李庄、朱沱站的还原洪峰水位；基于三峡库区水力学模型[16-17]，以寸滩站还原流量过程作为上边界输入，区间降雨、武隆来水、下边界三峡坝前水位均固定为实况过程，计算得到寸滩站还原水位过程。

为对比金沙江水库群在水库群拦蓄作用中的占比，采用上述方法和步骤，再考虑上游水库群均不拦蓄，获得李庄、朱沱、寸滩站还原水位流量过程。

4.2 防洪作用

“20·8”洪水李庄、朱沱站的实况与还原流量过程对比见图5(a)、图5(b)，寸滩站实况洪水及还原的水位流量过程见图6(a)、图6(b)，李庄、朱沱站洪峰特征值分析成果见表3，寸滩站时段最大洪量及重现期分析成果见表4。

表3 “20·8”洪水统计分析(李庄站、朱沱站)Table 3 Statistics and analysis of the floods in August 2020 (at Lizhuang and Zhutuo stations)

图5 李庄站、朱沱站流量过程比较Fig.5 Comparison of discharge hydrographs at Lizhuang and Zhutuo stations

图6 寸滩站流量过程比较与水位过程比较Fig.6 Comparison of discharge and stage hydrographs at Cuntan station

表4 “20·8”洪水统计分析(寸滩站)Table 4 Statistics and analysis of the floods in August 2020 (at Cuntan station)

由实况报汛资料分析可知：李庄站洪峰流量为41 800 m3/s，重现期约5 a，洪峰水位271.10 m，超警戒0.6 m；朱沱站洪峰流量为48 400 m3/s，重现期约10 a，洪峰水位214.68 m，超保证2.68 m；寸滩站洪峰流量为74 600 m3/s，重现期约20 a，洪峰水位191.62 m，超保证水位8.12 m，累计超保证水位时长为6 d，最大3、7 d洪量分别为180.4亿、359.8亿m3，重现期分别为20、40 a。

由还原计算结果可知：若李庄站以上主要水库群不拦蓄，李庄站洪峰流量将达53 700 m3/s，重现期约30 a，洪峰水位274.30 m，超保证水位2.3 m；若仅考虑金沙江主要水库群不拦蓄，李庄站洪峰流量将达52 100 m3/s，重现期约25 a，洪峰水位273.8 m，超保证水位1.8 m。

若朱沱站以上主要水库群不拦蓄，朱沱站洪峰流量将达59 000 m3/s，重现期约50 a，洪峰水位218.0 m，超保证水位6 m；若仅考虑金沙江主要水库群不拦蓄，朱沱站洪峰流量将达57 800 m3/s，重现期约45 a，洪峰水位217.50 m，超保证水位5.5 m。

若寸滩站以上主要水库群不拦蓄，寸滩站洪峰流量将达87 500 m3/s，重现期约90 a，洪峰水位约194.60 m，超保证水位11.1 m，累计超保证水位时长为8 d，最大3、7 d洪量分别为207.3亿m3、397.7亿m3，重现期分别为85、130 a；若仅考虑金沙江主要水库群不拦蓄，寸滩站洪峰流量将达86 300 m3/s，洪峰水位约194.20 m，超保证水位10.7 m，累计超保证水位时长为8 d；最大3、7 d洪量分别为202 亿、387.6亿m3，重现期分别为65、90 a。

就水库群总体作用而言，通过上游水库群拦洪运用，削减川渝河段洪峰流量约10 600 ～12 900 m3/s，将李庄—朱沱江段30～50 a一遇的大洪水削减为5～10 a一遇的中等洪水，李庄站、寸滩站洪峰流量均控制在防洪指标以下，将寸滩站约90 a(洪峰)～130 a(洪量)一遇的特大洪水削减为约20 a(洪峰)～40 a(洪量)一遇的大洪水，降低川渝河段洪峰水位约3 m，避免了李庄站超保证水位，缩短了寸滩站超保证水位时长2 d。

与实况相比，若金沙江水库群不拦蓄，川渝河段洪峰流量将增大9 400～11 700 m3/s，洪峰水位将抬高2.6～2.8 m，川渝江段将全线超保证水位，超保证水位的河道距离将延长115 km，其中李庄站将超保证水位1.8 m，寸滩站洪峰水位将抬高约2.6 m，超保证水位时间将从6 d延长至8 d，洪水重现期将从20 a(洪峰)～40 a(洪量)加重至75 a(洪峰)～90 a(洪量)。

总体而言，寸滩站上游水库群在“20·8”洪水期间，共投入库容约82.1亿m3，降低寸滩站洪峰水位约3 m。据初步统计分析，共减少重庆市长江段约12万人转移，减少淹没面积36.6 km2。其中，金沙江水库群共拦蓄47.37亿m3，占寸滩站以上水库群总拦蓄量的57.7%，降低寸滩站洪峰水位约2.6 m，因金沙江水库群针对寸滩站实施错峰、削峰调度，占洪峰水位总削减值的87%，比拦蓄洪量占比大近30%。

5 结 论

2020年8月中旬，长江上游发生了特大洪水过程，针对川渝河段、三峡库尾的防洪目标，金沙江水库群首次大规模联合运用，实施了拦洪、削峰、错峰调度，发挥了巨大的防洪作用。本文通过总结分析“20·8”洪水的特点、金沙江水库群调度过程及防洪作用，得到的主要结论和认识如下：

(1)“20·8”上游暴雨洪水具有强降雨持续时间长、强度大、范围广、雨区重叠度高，干支流洪水并发、遭遇严重、形成复式洪峰、峰高量大的特点。岷江、沱江、涪江、嘉陵江，以及长江上游干流主要控制站洪峰流量分别列历史第1位—第11位，各站洪峰水位超保证水位幅度0.08～8.12 m；寸滩站洪峰流量位于历史第5位，重现期约20 a，洪峰水位位于历史第2位，最大7 d洪量约40 a一遇。

(2)寸滩以上水库群合计拦蓄洪量约82.1亿m3，减小川渝河段洪峰流量约10 600 ～12 900 m3/s，将李庄站、朱沱站、寸滩站洪峰流量均控制在防洪调度指标以下，将寸滩站约90 a(洪峰)～130 a(洪量)一遇的特大洪水削减为约20 a(洪峰)～40 a(洪量)一遇的大洪水，降低川渝河段洪峰水位约3 m，避免了李庄站超保证水位，缩短了寸滩站超保证水位时长2 d，显著减轻了川渝河段的防洪压力。据初步分析，“20·8”洪水期间，寸滩站上游水库群调度共减少重庆市长江段约12万人转移，减少淹没面积36.6 km2。金沙江流域水库群拦蓄洪量占寸滩以上水库群总拦蓄量的57.7%，削减川渝河段洪峰流量9 400～11 700 m3/s，降低该河段洪峰水位2.6～2.8 m，避免了上游干流全线超保证水位，降低寸滩站洪峰水位约2.6 m，发挥了近九成的作用。

(3)从“20·8”洪水期间长江上游水库群投入的防洪库容和产生拦蓄效益对比可知，岷江、嘉陵江流域主要水库的防洪库容相对较小，还承担着本流域的防洪任务，对川渝河段(尤其重庆市)的防洪作用相对有限；而金沙江水库群因总库容大，且除观音岩外无本流域防洪任务，不仅可拦蓄洪量，更可错峰，尤其是溪洛渡、向家坝两水库距川渝河段最近，有针对性地实施防洪调度，对川渝河段防洪起到核心作用。

(4)从金沙江水库群防洪库容的使用过程来看，各水库因防洪任务、库容大小等不同，在实施防洪调度时亦应区别对待。金沙江中游梯级除观音岩以外，雅砻江梯级、乌东德、溪洛渡等水库因本流域无防洪保护对象，在对川渝河段防洪时宜以拦蓄洪量为主，可结合水雨情预报研判流域防洪形势的发展，分阶段逐步释放防洪库容，主要起到控制向家坝入库洪量，增加其对川渝河段的错峰、削峰能力的作用；向家坝水库则主要实施干流洪水与岷江、嘉陵江等支流洪水的错峰、削峰调度，降低干流洪峰水位和三峡水库库尾的回水位。

说明:本文2020年水文要素的统计分析源自报汛数据。