白鹤滩洪水在川江洪水组成中的特性分析

吕小帅，沈小勤

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引 言

白鹤滩水电站是金沙江下游4个梯级水电站之一，控制金沙江流域面积91%，占长江宜昌以上流域面积42.8%，其库容在金沙江下游4个梯级中最大，具有控制洪水比重大、库容大的特点。该水电站防洪库容75.0亿m3，承担两方面的任务[1]：一是与金沙江下游乌东德、溪洛渡和向家坝梯级水库联合运用，使川江沿岸的宜宾、泸州、重庆等城市的防洪标准进一步提高；二是减少三峡水库入库洪水，配合三峡水库运用，承担长江中下游的防洪任务，有效减少长江中下游地区的成灾洪水和分洪损失。其涉及的防洪对象众多，地区洪水组成复杂。对于洪水组成的研究，多采用统计分析方法[2-4]。目前，对于金沙江、长江干支流的洪水组成规律，众多学者开展过相关分析研究。肖天国[5]通过对金沙江屏山站、李庄站、岷江高场站的年最大洪峰、时段洪量统计计算，分析了两江洪水遭遇、洪水组成。熊莹[6]分析了金沙江与岷江、长江与岷江的洪水遭遇概率和遭遇洪水量级。郑静等[7]基于攀枝花站和长江中游螺山、城陵矶、宜昌站的洪量和洪水过程并考虑泄水传播时间及区间来水过程，分析金沙江中游洪水与长江中下游洪水的遭遇规律。张新田等[8]采用小得石站、李庄站、寸滩站实测资料，分析雅砻江洪水与川江洪水地区组成遭遇规律。

本文主要围绕白鹤滩水电站洪水进行分析，基于渡口、小得石、巧家(华弹)、屏山、李庄、朱沱、高场等控制性水文站的水文资料，详细分析白鹤滩坝址洪水以及其在川江洪水组成中特性。这对合理运用白鹤滩水库防洪库容，配合对川江和长江中下游的防洪调度方式，有效发挥白鹤滩水库防洪作用具有重要意义。

1 流域概况及测站

金沙江是长江的上游河段，石鼓水文站至攀枝花为金沙江中游段，攀枝花至宜宾为金沙江下游段。雅砻江是金沙江最大支流，在攀枝花自左岸汇入金沙江。

白鹤滩水电站为金沙江下游4个梯级中的第2个梯级，上接乌东德水电站，下邻溪洛渡水电站，溪洛渡下游为向家坝水电站。白鹤滩水电站坝址集水面积43.03万km2，占金沙江流域的91%，防洪库容75.0亿m3，调节库容104.36亿m3，是金沙江下游4座梯级中库容最大的一个，具有年调节性能。白鹤滩水电站坝址上游约42 km(河道距离)有巧家(华弹)水文站(1939年～2014年开展测验)，控制流域面积42.59万km2，坝址下游约4 km有白鹤滩水文站(2015年～至今开展测验)，流域面积与坝址相同，白鹤滩坝址洪水以巧家(华弹)站、白鹤滩站作为代表站。金沙江干流中游控制性水文站为渡口站(集水面积25.923万km2)，雅砻江控制性水文站有小得石站(集水面积11.65万km2)。金沙江下游控制性水文站为屏山站(集水面积45.86万km2)，为溪洛渡、向家坝水电站坝址洪水的代表站。

岷江在宜宾汇入长江，控制性水文站为高场水文站，流域面积13.54万km2。金沙江与岷江汇合以后始称长江，长江上游川江河段自上而下有宜宾、泸洲、重庆等重要城市。宜宾市位于金沙江与岷江汇合口，距离白鹤滩坝址(河道距离)约380 km，控制集水面积60.90万km2，宜宾下游17 km处设有李庄水位(水文)站，控制集水面积61.24万km2。泸州市位于长江与沱江的交汇处、位于长江左岸，城区(含沱江)以上控制集水面积67.37万km2。其中，沱江控制性水文站为李家湾水文站，流域面积2.35万km2。泸洲市下游约104 km处有朱沱水文站，集水面积69.47万 km2。重庆市位于长江与嘉陵江的交汇处，下游有寸滩水文站，集水面积86.66万 km2。长江上游流域水系、金沙江下游梯级水电站及有关水文测站示意见图1。

图1 金沙江、长江上游流域示意

2 白鹤滩坝址洪水特性

金沙江中、下游属亚热带季风区，年内干、湿季的交替变化极其明显。冬半年晴朗干燥，降雨稀少；夏半年水汽相对丰沛，降水较为频繁、集中，5月份降水较前期降水显著加大，6月～9月的降水最多。金沙江干流中、下游各站洪水的形成是大范围、长历时降水的结果。白鹤滩坝址洪水以巧家(华弹)站为代表站，整个汛期洪水过程基本上表现为不断叠加的复式峰型，前一次洪水过程尚未退尽，后一场洪水又接着开始起涨，一般7月份起涨，10月份退水；从年内最大场次洪水过程来看，过程一般历时30～60 d，下游较上游持续时间长[9]。

根据1939年～2018年洪水资料统计，白鹤滩年最大洪峰的发生时间主要集中在7月、8月、9月3个月，约占总数的95%以上；其余5%可发生在6月下旬和10月上、中旬，统计成果见表1。

表1 白鹤滩巧家(华弹)站年最大洪峰出现时间统计

白鹤滩实测年最大洪峰最早发生在1994年6月22日，最晚发生在1989年10月12日；历年实测最大洪峰25 800 m3/s(1966年9月1日)，最小洪峰8 570m3/s(1967年7月28日)，最大与最小洪峰的比值约为3倍。

白鹤滩巧家(华弹)多年平均、历年最大、历年最小各时段洪量见表2。15 d以下各历时最大洪量均发生在1966年8月(24 h在9月1日)、30 d最大洪量发生在1998年8月。

表2 白鹤滩巧家(华弹)站年最大洪量特性 108m3

白鹤滩洪水一方面受上游洪水推进影响；另一方面受区间大范围降水造洪与上游洪水叠加作用。其洪水组成可表现为3种类型[10]：第一类，以金沙江中游来水为主，雅砻江为一般洪水。如1966年8月、1993年8月，分别为金沙江中游控制水文站渡口站实测系列之首、第2位；叠加雅砻江一般洪水，白鹤滩(巧家站)实测洪峰分别为25 800 m3/s(1966年9月1日)、23 600 m3/s(1993年8月31日)，列实测洪峰之首、第2位。第二类，以雅砻江来水为主，金沙江中游为一般洪水。如1965年8月洪水，雅砻江控制性水文站小得石站洪峰列实测系列之首；叠加金沙江中游洪水，致使白鹤滩巧家站洪峰达21 800m3/s，列实测系列的第5位。第三类，金沙江中游、雅砻江均为一般性洪水，两江洪水叠加形成白鹤滩巧家站大洪水。如1974年9月洪水，白鹤滩巧家站洪峰22 300 m3/s，列实测系列的第4位。

根据实测洪水资料，统计白鹤滩巧家站多年平均年最大洪水中各历时洪量组成，统计成果见表3。

表3 巧家站多年平均各时段年最大洪量地区组成

金沙江中游渡口站集水面积约占巧家站的60.8%，其洪量约占巧家站洪量的44%，洪量所占比例远小于集水面积所占比例；雅砻江小得石集水面积仅占巧家站的27.5%，但其洪量约占巧家站洪量的43%，洪量占比大于其集水面积所占比例，这与雅砻江流域暴雨范围广、强度相对较大的暴雨特性相一致[11]。金沙江中游、雅砻江洪水合计，在白鹤滩洪水组成中占比超过85%。

3 长江上游李庄站、朱沱站洪水组成中的白鹤滩洪水

长江上游李庄站、朱沱站洪水是岷江洪水与金沙江洪水组合叠加的结果。白鹤滩巧家站集水面积分别占李庄站、朱沱站集水面积的69.5%、61.3%；巧家站与岷江高场站集水面积之和，分别占李庄站、朱沱站集水面积的91.7%、80.8%。

李庄站、朱沱站、岷江高场站年最大洪峰各月出现概率见表4。

表4 李庄、朱沱站年最大洪峰各月出现概率 %

从表4可以看到，3站年最大洪峰均集中出现在6月～9月，李庄站、朱沱站在7月、8月出现年最大洪峰的概率约80%，高场站在80%以上。对照金沙江白鹤滩年最大洪峰发生月份及概率，长江上游及岷江年最大洪峰发生的时段更为集中，长江上游与岷江洪峰的同时性更明显。

长江上游金沙江区域、岷江区域，暴雨天气系统有所不同，导致各流域暴雨发生时间、范围、强度有所不同，加之各流域洪水汇流时间长、短不一，洪水特性差异明显。金沙江干流下游洪水的形成是大范围、长历时降水的结果，洪水过程具有历时较长的特点。岷江洪水由暴雨形成，流域内有著名的青衣江暴雨区和麓头山暴雨区，汛期暴雨频繁、剧烈[12]，流域暴雨走向多为自西北向东南，与河流流向一致，常造成岷江洪水陡涨降落[13]，高场站洪水过程中峰头部分的持续时间约在数小时，至多十几个小时，相比金沙江下游洪水过程，岷江洪水过程持续时间相对较短。

1939年～1987年、2003年～2018年的65 a间，白鹤滩巧家站与岷江高场站年最大洪峰在3 d之内先、后出现的年份仅有1950年、1952年、1953年、1959年、1966年、1971年等6 a，占总数的9.2%，两江流域同时(相隔不足3 d)出现年最大洪峰的概率很小；考虑金沙江下游洪水过程历时较长，倘若以两站年最大洪峰在7 d内先、后出现作为洪水遭遇的判别标准，则一共有11 a，占总数的16.9%，说明金沙江年最大洪水的涨水段或退水段与岷江高场站年最大洪水遭遇具有一定的概率。

分析白鹤滩巧家站年最大洪峰与李庄站年最大洪峰遭遇情况，两站洪峰相隔不超过3 d的年份约占总数的25%，两站洪峰相隔不超过7 d的年份约占总数的31%。按照李庄站年最大洪水3、7、15、30 d洪量对应时段，统计白鹤滩巧家站相应洪量，巧家站相应洪量分别占李庄站的43.4%、50.7%、52.7%、52.9%。可见，白鹤滩巧家站与长江李庄站年最大洪峰遭遇的年份不足总数的1/3，李庄7 d以上各历时年最大洪量中，一半以上的洪量来源于白鹤滩巧家站。

多年统计情况下，虽然白鹤滩与李庄站年最大洪水遭遇的概率不足1/3；但由于白鹤滩巧家站集水面积在李庄站集水面积中的占比达69.5%，李庄站7 d以上长历时洪量1/2来源于白鹤滩巧家站，加之金沙江洪水过程历时长、涨落相对缓慢，白鹤滩洪水在李庄站洪水组成中有着重要的“垫底”、“总体增大”作用。

分析岷江高场站与长江李庄站年最大洪峰遭遇情况，两站峰现时间对应的年份占总数的68.2%，李庄站年最大洪峰受岷江来水影响显著，岷江来水对李庄站洪水有较大的“造峰”作用。

李庄—朱沱的长江上游，主要支流有沱江、赤水河，李庄—朱沱区间集水面积占朱沱的11.8%。约有75.0%的年份，李庄、朱沱两站年最大洪峰在时间上相应，约有80%的年份，两站年最大洪量时段相应。白鹤滩洪水在朱沱站洪水组成中的特性，与白鹤滩洪水在李庄站洪水组成中的特性具有类似特性；但是，随着白鹤滩集水面积在朱沱站集水面积占比的减小，其来水在朱沱站占比也随之减小。

4 长江上游典型年洪水组成

金沙江下游巧家站、屏山站、岷江高场站、长江李庄站、朱沱站年最大洪峰系列中排位前三位的洪峰及其发生时间如表5所示。

表5 巧家、屏山、李庄站前三位年最大洪峰排位及发生时间

长江上游李庄站、朱沱站实测洪水系列首大洪峰均为1966年洪水，与金沙江巧家站、屏山站实测首大洪峰相应；而岷江高场站1966年实测洪峰未能列入前三，仅为一般性洪水。但是，岷江洪峰与金沙江洪峰遭遇叠加，就将形成长江上游李庄站、朱沱站大洪水。

李庄站1955年洪峰列实测第二位，与岷江高场站洪峰时间相应，朱沱站1955年尚未开展洪水测验，缺少洪水资料；而金沙江巧家站、屏山站1955年洪水未在前三之列。

1974年洪水，金沙江屏山站、巧家站洪峰分别位列各自实测系列的第三、第四，岷江高场为小洪水，两者叠加形成李庄站、朱沱站洪水变化与金沙江洪水过程基本一致。

1961年洪水过程中，岷江高场站洪峰突出，为1939年实测以来的最大，与金沙江洪峰未发生遭遇，金沙江为一般性洪水，金沙江洪水的作用在于“总体抬升”、与岷江洪水叠加，形成李庄站、朱沱站洪水变化与岷江洪水过程基本一致。

1966年、1974年、1961年各站洪峰及相应于朱沱站最大洪量统计时段的各站30 d洪量见表6，实测洪水过程见图2～4。

表6 朱沱站以上测站典型年洪水特征

图2 朱沱以上测站1966年8月24日～9月25日实测洪水过程

图3 朱沱以上测站1974年8月17日～9月27日实测洪水过程

图4 朱沱以上测站1961年6月25日～7月31日实测洪水过程

5 结 论

白鹤滩洪水是长江上游川江洪水重要的组成部分。本文采用渡口、小得石、巧家(华弹)、屏山、李庄、朱沱、高场等控制性水文站1939年～2018年水文资料，分析白鹤滩洪水以及其在川江洪水组成的特性，得到以下结论：

(1)多年统计情况下，白鹤滩最大洪峰一般出现在6月～10月，主要集中在7月、8月、9月，约占总数的95%以上。白鹤滩洪水组成中，金沙江中游渡口站洪水占比44%小于面积比60.8%，雅砻江小得石洪水占比43%大于面积比27.5%；从而说明雅砻江流域暴雨洪水强度大于金沙江中游地区。

(2)虽然白鹤滩与长江李庄站年最大洪水遭遇的概率不足总数的1/3，但由于白鹤滩巧家站集水面积在李庄站集水面积中的占比达69.5%，李庄站7 d以上长历时洪量一半来源于白鹤滩，白鹤滩洪水在李庄站洪水组成中有着重要的“垫底”、“总体增大”作用。岷江高场站与长江李庄站年最大洪峰遭遇对应的年份占总数的68.2%，李庄站年最大洪峰受岷江来水影响显著，岷江来水对李庄站洪水有较大的“造峰”作用。

(3)选取1961年、1966年、1974年典型年洪水过程，说明李庄洪水组成的两种类型。第一类，以金沙江来水为主，岷江为一般洪水，如1966年、1974年；第二类，以岷江来水为主，金沙江为一般洪水，如1961年。

白鹤滩水电站是金沙江下游库容最大、调蓄能力最强的水电站。本文就白鹤滩洪水在川江洪水组成中的分析研究，对于合理运用金沙江下游梯级水库群的防洪库容，充分发挥白鹤滩水库在联合防洪调度中的骨干作用具有重要意义。现在随着白鹤滩水电站的投产运行，长江防洪体系的调蓄能力得到了进一步的提高。