2021年长江流域水工程联合调度实践与成效

金兴平

（水利部长江水利委员会，430010，武汉）

2021年， 在水利部的坚强领导下，长江委会同流域各地水行政主管部门和有关单位深入贯彻习近平总书记关于建设安澜长江和关于防汛救灾重要指示精神，锚定“人员不伤亡、水库不垮坝、重要堤防不决口、重要基础设施不受冲击”的目标，按照以泄为主、蓄泄兼筹的原则，针对新蓄泄关系， 科学精细调度流域水工程， 成功应对了长江2021年第1 号洪水和长江上游及汉江、嘉陵江等河流多轮秋季洪水，取得了水旱灾害防御工作的全面胜利。

一、长江流域水工程联合调度体系

1.长江流域水工程联合调度发展历程

2007年以来，在水利部、科技部的指导下，长江委联合三峡集团公司等单位，共同开展了以三峡水库为核心的长江干支流控制性水库群联合调度基础研究。2012年起，逐年编制年度联合调度方案并经水利部批准后付诸实施。十余年来，在联合调度范围、基础研究、成果转化、体制机制等方面不断探索和实践，取得了显著成效：调度规模不断增大，从最初的10 座水库逐步扩展到107 座水工程；调度范围从上游逐步向上中游干支流延伸；调度对象从最初的水库群向包括水库群、排涝泵站、蓄滞洪区、引调水工程等多工程联合调度拓展；调度目标从单一防洪调度向防洪、供水、发电、生态、航运、应急等多目标综合调度转变；调度时间从汛期调度向汛前消落、汛期防洪、汛后蓄水、全年供水及应急处置的全年全过程延伸，逐步构建了“流域统筹、区域协同、部门联动”的流域水工程联合调度协作机制。

2.2021年长江流域水工程联合调度运用计划

在总结历年联合调度经验的基础上，综合考虑工程规模、控制作用、运行情况等因素， 纳入2021年度长江流域联合调度的水工程共107 座（处），其中：控制性水库47 座，总调节库容1066 亿m3、 总防洪库容约695 亿m3；蓄滞洪区46 处，总蓄洪容积约591 亿m3；排涝泵站10 座，总排涝能力1562 m3/s； 引调水工程4 项，年设计总引调水规模241 亿m3。较2020年新增6 座控制性水库，新增调节库容约180 亿m3、 占总调节库容16.9%，新增防洪库容97 亿m3、占总防洪库容16.2%。

二、2021年长江流域水雨情特点

1.降雨时空分布不均，部分地区降雨多、强度大

全年长江流域降雨空间分布呈北多南少特点， 长江上游三峡区间、嘉陵江及汉江上中游降雨量显著偏多， 特别是8月下旬至10月上旬，长江上游地区和汉江流域持续发生强降雨过程，汉江上游、嘉陵江总雨量均排在1960年以来历史同期的第1 位。

2.入汛早、汛期时间长，超警戒洪水点多面广

全年长江流域共156 站发生超警戒及以上洪水，涉及河流共99 条。5—6月， 两湖水系多条支流发生超警戒及以上洪水过程；7月， 长江下游干流附近、两湖水系、嘉陵江水系发生较大洪水过程；8月，金沙江、岷江、汉江、水阳江等支流均发生超警戒及以上洪水过程；9—10月，长江上游干流及部分支流和汉江发生较大洪水过程。

3.秋汛特征明显，长江上游及汉江流域发生严重秋汛

8月下旬至10月上旬，汉江发生超20年一遇的秋季大洪水，丹江口水库发生7 次入库洪峰超过10000 m3/s的洪水过程，其中5 次超15000 m3/s、3 次超20000 m3/s，9月29 日发生了2011年以来最大入库洪峰24900 m3/s，连续洪水持续时间长、 过程洪量大，秋汛累计来水为1969年以来历史同期第1 位；三峡水库发生建库以来最大秋汛，共出现6 次40000 m3/s 以上入库洪水，9月6 日形成了长江2021年第1 号洪水，入库洪峰达55000 m3/s；嘉陵江分别于9月6 日和10月5 日发生2 次编号洪水。

三、2021年水工程联合调度

汛前滚动调整水库消落计划，加强调度运行监管，精心组织实施三峡等控制性水库群联合消落，6月上旬可用调洪库容达756 亿m3， 为迎战2021年长江流域洪水提供了可靠保障。汛期坚持滚动做好中短期水文气象分析预报，统筹上下游、干支流、江河湖库防洪需求， 共组织会商156次，及时向水利部报送各阶段调度方案，下发调度令86 道，科学精准调度以三峡为核心的长江上游水库群和以丹江口为核心的汉江上中游水库群拦洪削峰错峰， 有效应对长江上游、汉江流域多次较大洪水过程。8月之后，统筹考虑长江中下游及川渝河段防洪安全、来水情势和长江上游水库群整体蓄水形势，稳步推进长江上游水库群蓄水进程， 汛末47 座控制性水库基本完成蓄水任务，三峡水库连续12年蓄至175 m，丹江口水库首次蓄至170 m。

1.防洪调度

（1）长江1 号洪水调度

9月3 日起，长江上游嘉陵江、岷沱江流域发生强降雨，其中渠江累计面雨量80～130 mm。9月6 日，三峡区间、 清江及乌江中下游出现大到暴雨。9月6 日14 时三峡水库入库流量涨至54000 m3/s，形成长江2021年第1 号洪水。

为减轻长江2021年第1 号洪水期间川渝河段尤其是重庆主城区防洪压力，同时不增大长江中下游防洪压力， 长江委根据流域水雨情形势，统筹上下游防洪安全，9月6 日联合调度金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝等梯级水库全力拦蓄金沙江洪水，将金沙江13000 m3/s左右的来水削减至6500 m3/s 以下；调度三峡水库出库流量逐步加大至31000 m3/s 左右， 同时会同四川省调度亭子口水库控制出库流量，共同加快寸滩站水位退至警戒水位以下，减轻重庆市及川渝河段防洪压力。

防御长江2021年第1 号洪水期间， 三峡及上游水库群共拦蓄洪水116 亿m3，其中三峡水库最大入库洪峰55000 m3/s，最大出库流量31400 m3/s，削峰率42.91%， 拦蓄约75 亿m3，将沙市、城陵矶水位控制在警戒水位以下2.1～3.2 m。在有效减轻重庆市、川渝河段防洪压力的同时，显著减轻长江中下游地区防洪压力。

（2）汉江秋季洪水调度

2021年汉江秋雨开始时间为8月21 日，较常年（9月9 日）明显偏早。8月下旬至10月上旬，汉江流域共发生11 次强降雨过程，其间基本无间歇。雨区主要集中在汉江上游，尤其汉江白河以上地区，汉江上游面平均降雨量536 mm，较常年偏多1.7 倍，累计雨量排1960年以来历史同期第1 位。丹江口水库发生7 次明显洪水过程，9月29 日最大洪峰达24900 m3/s。丹江口水库秋汛累计来水量约340 亿m3，较常年同期偏多约4 倍，为1969年建库以来历史同期第1 位。

面对汉江严峻汛情，长江委领导秋汛期间共主持会商71 次， 滚动分析研判部署，汛情紧张时每日3 次会商。8月22 日启动水旱灾害防御Ⅳ级应急响应，9月2 日提升至Ⅲ级响应并持续8 d，9月9 日调整为Ⅳ级并维持至10月8 日。在Ⅲ级响应期间，委领导24 h 在岗带班，组织落实各项洪水防御措施。汉江秋汛期间，长江委统筹考虑汉江上下游防洪需求，共向陕西、湖北、河南等省发出加强防御工作的各类通知8 个，下发调度令47个，联合调度丹江口和石泉、安康、潘口、黄龙滩、鸭河口等干支流控制性水库拦洪削峰错峰，控制性水库群累计拦洪总量145 亿m3（其中丹江口水库累计拦蓄洪水约98.6 亿m3），同时加大南水北调中线一期工程供水流量，有效应对了汉江7 次较大洪水过程。

通过联合调度以丹江口水库为核心的汉江流域控制性水库群，有效降低汉江中下游干流洪峰水位1.5～3.5 m，缩短超警天数8～14 d，避免了丹江口以下河段超保证水位和杜家台蓄滞洪区分洪运用。

2.蓄水调度

水库群统筹蓄水方面，在水利部指挥下， 长江委2021年8月中旬开始根据实时来水及防洪形势，提前部署水库群有序蓄水，及时上报或批复三峡、丹江口、溪洛渡、向家坝、瀑布沟等水库汛末蓄水方案（计划）。6 次印发调度意见， 加强与国家电网、南方电网及相关水库运行管理单位的沟通协商，稳步推进长江上游水库群蓄水进程。

在丹江口水库蓄水过程中，统筹防洪、供水等兴利需求，以避免汉江中下游水位超警和丹江口水库蓄至正常蓄水位170 m 为目标， 根据实时水文气象预报， 精细调整丹江口水库调度。9月30 日，在成功应对前6 次洪水后 （30 日8 时丹江口水库水位169.61 m，入、出库流量分别为9060 m3/s、10000 m3/s）， 依据当时短中期（1～7 d）及延伸期（8～20 d）降雨预报情况（9月30 日至10月2 日汉江流域基本无雨；10月3 日至9 日，汉江上游有中到大雨、 局地暴雨，10日后无明显降雨过程）， 考虑到汉江流域已临近汛末， 会商确定以汉江中下游尽快退出警戒水位并不再超警戒水位和丹江口蓄至170 m 作为调度目标，在保障丹江口水库防洪安全的前提下， 争取10月上中旬蓄水至170 m。为此， 制订了分阶段调度方案：10月3 日前，考虑汉江流域基本无雨，丹江口水库入库流量将消退至3000 m3/s 左右， 调度丹江口水库水位10月3 日 降 至169 m；10月3 日后，根据丹江口水库短期（3 d）入库流量预报和汉江上游短中期（7 d）累计降雨量预报，动态调整丹江口水库运行水位。

①若预报入库流量大于10000m3/s或预报累计降雨量大于50 mm， 则加大丹江口水库下泄流量，将库水位降至168.5 m 以下； 若预报入库流量大于20000 m3/s 或预报累计降雨量大于80 mm， 则进一步加大丹江口水库下泄流量，将库水位降至168 m 以下；若预报丹江口—皇庄区间有20 mm以上降雨时，则库水位在以上基础上再降低0.2 m 左右。

②若预报入库流量不大于10000 m3/s或预报短中期（7 d）降雨减弱，则逐步调减下泄流量，抬升水位至170 m。

③若预报入库流量不大于5000 m3/s或预报短中期（7 d）无明显降雨，则逐步关闭泄洪孔，抬升水位至170 m。

考虑到预报的不确定性，后续调度过程中每日滚动会商研判，按照以上调度目标和分阶段方案，根据水文气象滚动预报和上游水库调度运行情况，统筹防洪和蓄水，实时动态调整丹江口水库出库流量。10月1 日至10 日,发出11 道调度令，精细合理控制丹江口库水位，精准控制出库流量和蓄水进程， 同步协调上游安康、黄龙滩等水库优化调度和国网湖北省电力公司配合实时调整发电流量，成功于10月10 日14 时将丹江口水库蓄水至正常蓄水位170 m。蓄水调度期间， 皇庄站最大流量7930 m3/s，最高水位46.4 m（低于警戒水位1.6 m），汉江中下游水位均未再次出现超警戒水位。

8月至10月上旬，流域纳入联合调度的水库群累计蓄水511.5 亿m3，控制性水库均基本蓄至正常蓄水位，其中三峡水库10月31 日蓄至175 m，连续12年完成175 m 蓄水任务；丹江口水库是自2013年水库大坝工程加高完成以来第1 次蓄至正常蓄水位。至10月底，47 座控制性水库死水位以上蓄水量900 亿m3， 其中上游27座控制性水库死水位以上蓄水量593亿m3，为保障冬春供水、生态、发电、航运以及南水北调中线工程等综合用水奠定了坚实基础。

3.生态调度

2021年， 结合水库汛前消落，长江委联合农业农村部长江流域渔政监督管理办公室、三峡集团公司、国家电网有限公司等单位共同开展了9 次生态调度试验。其中，三峡水库4月中旬至5月初开展了3 次促进库区产粘沉性卵鱼类自然繁殖的生态调度试验；5月底至6月调度三峡水库开展2 次促进坝下游产漂流性卵鱼类自然繁殖的生态调度试验；1月至3月开展了乌东德水电站、溪洛渡水电站分层取水试验， 缓解下泄低温水的影响； 汛前为抑制伊乐藻及其他沉水植物大量繁殖， 还开展了2 次丹江口—王甫洲区间生态调度试验。

4.应急调度

2021年1月中旬，汉江中下游疑似发生水华。长江委及时组织开展现场调查、应急监测、会商研判，及时制订了应急调度方案， 强化了应急统一调度工作， 会同湖北省水利厅组织开展兴隆枢纽、引江济汉工程、丹江口水库和其他水工程配合的联合应急调度。自1月19 日开始调度兴隆水库按“冲蓄结合”方式运行，白天加大出库流量降低水位， 夜晚减小出库流量逐步回蓄，出库流量在550～1500 m3/s之间波动，水位在35～35.5 m 之间波动，以改善兴隆水库库区水动力条件；自1月21 日开始逐步加大引江济汉工程调水流量，调水流量自60 m3/s 最大加大至200 m3/s，后逐步减小至130 m3/s左右并维持，以改善兴隆水库以下河段水力学条件，避免兴隆以下河段水华现象加重；调度丹江口水库于1月24 日开始将日均下泄流量自620 m3/s加大至800 m3/s，同步调度崔家营、王甫洲等工程配合增加水库下泄流量，进一步改善汉江中下游水体水动力学条件和污染物浓度指标；同时要求湖北省生态环境厅和汉江中下游沿岸相关地区做好限排控污、水环境应急监测。至1月29 日,汉江中下游主要控制断面均达到 “无明显水华”标准， 有效保障了汉江中下游近40 万人的供水安全。

四、水工程联合调度成效

通过控制性水工程联合调度，整体效益明显提升，防洪、供水、生态、发电、航运等综合效益显著，为长江经济带高质量发展提供了有力支撑和保障。

1.切实保障了防洪安全

科学精准调度以三峡为核心的长江上游水库群和以丹江口为核心的汉江水库群拦洪削峰错峰，有效防御了长江2021年第1 号洪水和长江上游及汉江、嘉陵江等河流多轮秋季洪水，汛期流域控制性水库群拦蓄洪水共计约386 亿m3， 其中三峡水库拦洪约130 亿m3， 汉江流域控制性水库群秋汛累计拦洪145 亿m3，取得了长江流域水旱灾害防御工作的全面胜利，切实保障了流域人民群众生命财产安全，极大减轻了洪涝灾害损失。

2.圆满完成了蓄水任务

8月中旬开始统筹长江中下游及川渝河段防洪安全、来水情势和长江上游水库群整体蓄水形势，提前部署梯级水库群有序蓄水，圆满完成了蓄水任务， 汛末47 座控制性水库基本完成蓄水任务，10月底死水位以上蓄水量900 亿m3，三峡水库连续12年蓄至175 m，丹江口水库首次蓄至170 m，为枯水期向中下游补水和向北方供水、促进经济社会健康高速发展提供了可靠水源保障。

3.切实发挥了生态效益

结合水库消落调度，2021年累计开展9 次生态调度试验，更大程度促进了鱼类自然繁殖产卵。据监测，宜都江段鱼类总产卵量超过124 亿粒，其中“四大家鱼”产卵量约84 亿粒；估算沙市江段鱼类总产卵量约125亿粒，创历年之最。在保障南水北调中线一期工程供水的前提下，分两次成功组织实施了丹江口—王甫洲区间生态调度试验，不仅改善了汉江中下游的水生态环境， 有效抑制丹江口—王甫洲区间伊乐藻等水生植物过度生长，还同时加快了丹江口水库汛前水位消落，为水库安全度汛奠定基础，做到了一水多用。1月中下旬实施的应对汉江水华的应急调度，有效抑制了汉江中下游水华发展，保障了汉江中下游武汉、 仙桃等城市近40万人的供水安全。

4.有效实现了综合利用

在供水方面，2020年年底至2021年汛前控制性水库群向中下游地区补水约595 亿m3，丹江口水库年度实际向北方调水90.54 亿m3， 其中生态补水量19.9 亿m3， 供水总量和生态补水量均创历史新高。在发电方面，在确保防洪安全的前提下，充分利用洪水资源， 发电效益显著增加，成为推动长江经济带的“绿色引擎”。三峡电站年发电量1036 亿kWh，居历史第2 位； 金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝电站年度累计发电量1400 亿kWh； 雅砻江干流梯级电站年度累计发电量781 亿kWh，连续10年创历史新高；丹江口电厂发电量达到57 亿kWh，创历史新高。在航运方面，在三峡水库8 次40000 m3/s以上入库洪水过程中，控制出库流量按不超过33000 m3/s 下泄，有效避免了葛洲坝1 号船闸停航；6月份上游来水偏枯时通过浮动三峡水库运行水位有效改善了库尾通航条件，全年三峡船闸通过量1.46 亿t，比2020年增加6.8%。

五、结语

经过十多年的持续探索实践，长江流域水工程联合调度经历了上中游、中下游、全流域等不同类型洪水的实战检验， 并在2021年再一次成功战胜汉江和长江上游区域性秋季大洪水， 在防御洪水尤其是统筹防洪与蓄水方面取得了丰富的经验，但同时也暴露出一些问题， 如防洪工程体系短板依然突出、 水文监测预报体系亟须加强、 联合调度能力仍需提高、 数字赋能调度有待加快等。下一步，应坚持问题导向、创新引领，加快推进数字孪生流域建设，提升“四预”能力，进一步强化统一调度， 持续推进水工程联合调度综合效益最大化。