金沙江下游梯級水庫7月洪水資源利用策略研究

0 引言

長江流域是中國水資源配置的戰(zhàn)略水源地，流域水資源總量豐沛，但時空分布不均[1]，水資源綜合利用存在局部地區(qū)供用水矛盾較為突出的問題，工程性、資源性和水質(zhì)性缺水并存[2]。隨著金沙江流域兩河口、烏東德、白鶴灘等調(diào)節(jié)能力強的水庫建成投運，除金沙江中游龍頭水庫外，長江上游控制性水庫開發(fā)建設已基本進入尾聲，汛末競爭性蓄水矛盾愈發(fā)凸顯[3-4]，在來水相對較豐的汛期精細化利用洪水資源的需求愈發(fā)強烈。作為長江流域洪水防御的工作綱領，國務院2015年批復的《長江防御洪水方案》明確了長江干支流控制性水庫可采取汛期適度蓄水、汛末提前蓄水、流域調(diào)水補水等措施，合理利用洪水資源。《長江防御洪水方案》反映了長江流域防洪的指導思想，突出了水庫應統(tǒng)籌防洪減災和蓄水興利相結合的資源化理念[5]。

金沙江下游烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩梯級水庫（以下簡稱“金下梯級水庫”）不僅是“西電東送”的骨干電源，也是長江上游“一個核心、一組骨干和五大群組”防洪控制性水庫群的骨干工程。隨著金下梯級水庫全部投產(chǎn)運行，面對流域水資源利用與管理的多樣化、多層次需求[6-8]，在保證樞紐工程和流域防洪安全的前提下，開展金下梯級水庫洪水資源利用對提升流域水資源利用水平、協(xié)調(diào)汛期防洪與汛末蓄水矛盾、助力碳達峰碳中和目標實現(xiàn)、提升工程調(diào)度靈活性作用顯著。

近年來，針對金下梯級水庫汛期洪水資源利用方式的研究先后開展。其中，王學敏等基于預報預泄的方式，探究了溪洛渡、向家壩水庫汛期運行水位上浮運用條件及可行空間;Xiong等[10]通過分析計算金下梯級水庫運行期設計洪水，推求了各水庫的汛控水位，相比汛限水位有所抬高;余玉聰?shù)萚\"基于改進的模糊集分析方法對金下梯級水庫汛期進行分期，通過隸屬度與防洪庫容的映射關系確定梯級水庫分期汛限水位，可在一定程度上提高汛期洪水資源的利用率；朱迪等[12]構建了面向分級防洪目標的梯級水庫汛控水位優(yōu)化調(diào)度模型，同樣推求了金下梯級水庫的汛控水位；Zhou等[13]構建了梯級水庫汛期運行水位協(xié)同浮動調(diào)度模型，并在金下梯級水庫中開展了應用[14]，據(jù)此提出了金下梯級水庫汛期運行水位協(xié)同浮動調(diào)度方案，在不增加防洪風險前提下，有效提升了多年平均發(fā)電量和洪水資源利用率;龔文婷等[15研究了金下梯級水庫提前蓄水策略，以梯級水庫汛期綜合效益最大為目標，研究提出了不同來水條件下烏白梯級水庫、溪洛渡水庫汛期運行水位抬升的幅度；黃婧等[6]構建了入庫洪水識別模型，明晰了金下梯級水庫7月份洪水資源的利用潛力和限制因素。這些研究成果豐富了金下梯級水庫洪水資源的利用方式，對指導梯級水庫汛期調(diào)度運行具有重要價值。目前已有研究成果主要采用基于“預報預泄”或分期/動態(tài)汛限水位的思路開展。

隨著烏東德、白鶴灘水庫的投運，相較溪洛渡、向家壩水庫新增約100億 m³ 的防洪庫容，不僅增加了汛期防洪安全的保障程度，也增加了汛末蓄水的難度。對于金下梯級水庫約155億 m³ 的巨大防洪庫容，通過“預報預泄”或分期/動態(tài)汛限水位的方式抬升汛期運行水位的幅度有限，且預泄的水量最終將進入三峽水庫，進而影響三峽水庫和長江中下游的整體防洪形勢。鑒于烏東德、白鶴灘水庫8月1日可正式開始蓄水，為進一步提升金下梯級水庫汛期洪水資源利用水平，本文按照“分期預留、逐步蓄水”的原則，考慮梯級水庫整體運用，基于“預報預蓄”思路開展了金下梯級水庫7月洪水資源利用方式研究，結合梯級水庫防洪庫容的預留安排和流域防洪形勢，重點從金下梯級水庫配合三峽水庫對長江中下游城陵磯地區(qū)防洪的角度出發(fā)，以研判不發(fā)生全流域型大洪水為出發(fā)點，對金下梯級水庫7月防洪庫容上浮運用的時機和量級進行了探討，提出了以蓮花塘站水位為主要控制指標、結合短中期氣象水文預報的金下梯級水庫汛期運行水位動態(tài)控制運用條件，在保證防洪安全的前提下增加梯級水庫聯(lián)合調(diào)度運行的靈活性，以指導金下梯級水庫調(diào)度運行實踐、提升水庫群綜合效益。

1 研究對象

金沙江下游烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩梯級水庫是長江流域治理開發(fā)與保護的骨干工程，工程開發(fā)任務是以發(fā)電為主，兼顧防洪、航運和促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展。金下梯級水庫總調(diào)節(jié)庫容208.21億 m³ ，最大預留防洪庫容154.93億 m³ ，裝機容量44800‰ ，多年平均發(fā)電量約1870億 kW?h ，在流域水旱災害防御、水資源利用、水生態(tài)環(huán)境保護修復和區(qū)域電力供應保障等方面作用顯著。由于梯級水庫間無較大支流匯入，從控制流域面積、洪水地區(qū)組成、上下游水庫銜接等方面而言，金下梯級水庫整體“打捆”運用具有得天獨厚條件[17]，通過梯級水庫整體運用，可提升聯(lián)合調(diào)度的靈活性和綜合效益。圖1為金下梯級水庫分布概化圖，表1為金下梯級水庫基本情況。

2 研究思路

根據(jù)《長江流域綜合規(guī)劃（2012—2030年）》[18]長江上游干支流水庫應分期分類預留防洪庫容，并結合洪水遭遇情況采取逐步蓄水方式運用。汛期7～8月份，在滿足防洪安全的前提下，上游干支流水庫可有計劃地逐步分期蓄水，以避免汛期同時棄水、汛末同步蓄水導致無水可蓄的被動局面，既使中下游成災洪水多發(fā)期上游有較大防洪庫容用于攔洪，又可實現(xiàn)防洪與水資源綜合利用較好的結合。為此，本文遵循“分期預留、逐步蓄水”的原則，在保證流域防洪安全和對未來雨水情形勢充分把握的前提下，盡可能結合對中小量級洪水的攔蓄或銜接標準洪水防洪調(diào)度的退水階段，通過預存部分水量的方式開展洪水資源利用，既發(fā)揮梯級水庫的防洪減壓作用，又兼顧提升汛期洪水資源利用效率和后期蓄水保供效益。

為此，辨識流域不同階段、不同雨水情條件下的防洪調(diào)度需求，是在確保流域防洪安全的前提下分階段釋放金下梯級水庫防洪庫容的關鍵。根據(jù)流域規(guī)劃整體安排，長江上游干支流建庫除承擔所在河流（河段）的防洪任務外，還應配合三峽水庫對長江中下游發(fā)揮防洪作用。除三峽水庫外，7月份長江上游干支流水庫共預留最大防洪庫容約340億 ～360 億 m³ ，其中金沙江下游烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩水庫分別預留防洪庫容24.40億，75.00億，46.50億 m³ 和9.03億 m³ ，預留時間分別為7月1＼～31日、7月1＼～31日 ?⁷ 月1日至9月10日、7月1日至9月10日。

2.1 防洪庫容分區(qū)域整體預留安排

《長江流域綜合規(guī)劃（2012—2030 年）》提出[18]金沙江的防洪任務一是提高本河段沿岸城鎮(zhèn)的防洪標準，二是配合川江防洪，三是分擔長江中下游防洪任務。金下梯級水庫是金沙江的控制性工程，控制金沙江流域面積 97% ，可有效調(diào)控金沙江來水。按照流域規(guī)劃安排和工程設計要求，金下梯級水庫承擔對川渝河段沿岸宜賓市、瀘州市、重慶市等城市的防洪任務，同時配合三峽水庫對長江中下游進行防洪補償調(diào)度，減少中下游洪水損失。

（1）川渝河段宜賓市、瀘州市、重慶市3個主城區(qū)的防洪調(diào)度需求。研究表明[19-21]，由于宜賓市、瀘州市洪水同源性好，金下梯級水庫預留14.6億 m³ 防洪庫容可將宜賓市、瀘州市主城區(qū)防洪標準由 20a 一遇統(tǒng)一提高至50a一遇。對于重慶市主城區(qū)，當以金沙江來水為主時，若統(tǒng)籌川渝河段整體防洪調(diào)度需求，金下梯級水庫預留29.6億 m³ 防洪庫容，可在兼顧宜賓市、瀘州市 50a 一遇防洪標準的同時，將重慶市防洪標準由50a一遇提高至100a一遇。

（2）長江中下游城陵磯河段的防洪調(diào)度需求。城陵磯地區(qū)受長江干流和洞庭湖湘、資、沅、澧“四水”洪水的共同影響，是長江中下游洪災最頻發(fā)的地區(qū)，區(qū)域周圍分布著眾多蓄滯洪區(qū)，一旦啟用，損失較大。隨著烏東德、白鶴灘水庫的投運，若烏東德、白鶴灘水庫的99.4億 m³ 防洪庫容用于配合溪洛渡、向家壩水庫對川渝河段防洪，在現(xiàn)狀防洪標準條件下，對進一步提升宜賓市、瀘州市、重慶市的防洪作用有限，特別是對于以嘉陵江、岷江來水為主的典型洪水；若配合三峽水庫對長江中下游防洪，可顯著減少中下游分洪量。由于烏東德、白鶴灘水庫防洪庫容主要在7月預留，與長江中下游城陵磯地區(qū)洪水高發(fā)的時段一致，因此，結合梯級水庫預留防洪庫容的時間安排和流域不同河段現(xiàn)狀的防洪能力，本文將金下梯級水庫預留約100億 m³ 防洪庫容定位于配合三峽水庫對長江中下游城陵磯地區(qū)防洪[22]，特別是防御1954年、1998年、2020年等全流域型大洪水。

（3）長江中下游荊江河段的防洪調(diào)度需求。荊江河段歷來是長江乃至全國防洪的重點，河段防洪標準為百年一遇；保證荊江河段的防洪安全是三峽水庫的首要防洪任務。金下梯級水庫扣除為川渝河段和城陵磯河段預留的防洪庫容后仍有約25億 m³ 防洪庫容，可確保在三峽水庫水位為城陵磯河段防洪補償調(diào)度運用至 158.00m 后，再遭遇1954年、1998年、2020年等典型荊江河段百年一遇設計洪水時，三峽水庫調(diào)洪水位不超百年一遇防洪控制水位（ （171.00m ）。同時，鑒于重慶市寸灘站占宜昌站集水面積 86.1% ，控制著宜昌站大部分來水，寸灘站洪水與荊江河段洪水同源性較好，金下梯級水庫為川渝河段預留的部分防洪庫容也可分擔荊江河段的防洪壓力[19，22]。因此，金下梯級水庫按照上述分區(qū)域的庫容預留安排可充分保障荊江河段的防洪安全。

2.27月開展洪水資源利用的思路

已審定的金沙江下游各水庫單庫調(diào)度規(guī)程[23 -26]提出，考慮水位操作控制誤差、水情預報誤差，泄洪設施啟閉、機組開停、電站調(diào)峰等引起水位波動，以及減少常遇洪水時深孔頻繁開啟確保樞紐工程安全等因素，烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩水庫汛期運行水位一般情況下可分別按照不高于954.50，787.50，562.00，372.50m 控制，相應上浮庫容分別為2.33億，3.97億，2.06億，2.19億 m³ ，梯級水庫合計上浮庫容10.55億 m³ 。根據(jù)金下梯級水庫防洪庫容預留的時間安排，8月1日開始，烏東德、白鶴灘水庫可開始逐步蓄水。若進一步提升水庫的洪水資源利用水平、緩解汛末競爭性蓄水的矛盾，7月即可考慮提前預存部分水量。

從川渝河段、荊江河段、城陵磯地區(qū)的洪水特性來看[27]，對于川渝河段，典型洪水通常發(fā)生在8月至9月上旬，因此，為確保沿江宜賓市、瀘州市、重慶市等城鎮(zhèn)的防洪安全，需要金下梯級水庫在8月繼續(xù)為川渝河段預留防洪庫容。對于荊江河段，洪水主要來源于長江上游，宜昌站歷年洪峰流量分布表明，一直到9月上旬仍是荊江河段年最大洪峰的高發(fā)期。對于城陵磯地區(qū)，其洪水通常由宜昌站以上來水與洞庭湖來水兩部分組成，兩者遭遇是形成長江全流域型大洪水或上中游型洪水的關鍵，是造成該地區(qū)防洪形勢復雜的重要因素；一般情況下，洞庭湖較大洪水主要發(fā)生在6月中下旬到7月上中旬，7月中旬之后來水快速消退[28] 。

作為長江干流水位的“晴雨表”，位于干流與洞庭湖交匯處的蓮花塘站是三峽水庫對城陵磯地區(qū)防洪補償調(diào)度的水位標識站。蓮花塘站水位是研判全流域型大洪水或上中游型洪水的關鍵控制參數(shù)，是三峽水庫開展汛期運行水位動態(tài)控制和防洪調(diào)度的重要參照[29]，也可作為金下梯級水庫汛期運行水位動態(tài)控制的重要參照。圖2為城陵磯蓮花塘站6＼～8月多年平均日水位過程圖，受來水規(guī)律的影響，蓮花塘站水位通常在6月下旬、7月上旬和7月中旬前半段集中上漲；在7月中旬后半段至下旬前半段間達到峰值；進入7月下旬，洞庭湖區(qū)汛期逐漸結束，四水來水逐漸減小，加之水庫蓄水的影響，蓮花塘站水位退勢明顯。

當前，隨著預報技術的快速發(fā)展和現(xiàn)代監(jiān)測體系的不斷完善，長江流域氣象水文預報水平顯著提高。長江流域上中游短中期氣象水文預報精度評定結果表明，短期（1＼～3d）預報精度較高，中期（4＼～7d）預報對未來一周的降雨洪水過程預報精度良好，延伸期（8～30d）降雨預報對未來30d的流域系統(tǒng)性降雨過程有一定的預報警示作用，可為梯級水庫防洪調(diào)度和洪水資源利用提供有力保障和有效決策參考。

本文以蓮花塘站水位為主要判別指標，輔以短中期氣象水文預報，在確保防洪安全的前提下適時優(yōu)化梯級水庫汛期防洪庫容預留方式。具體而言，在金下梯級水庫不需要為川渝河段和配合三峽水庫為長江中下游開展防洪調(diào)度時，考慮金下梯級水庫通過“預報預蓄”的方式開展洪水資源利用，逐步上浮金下梯級配合三峽水庫對長江中下游城陵磯地區(qū)防洪預留的庫容。反之，若金下梯級水庫需要為川渝河段或配合三峽水庫為長江中下游防洪調(diào)度，金下梯級水庫應通過攔洪削峰實現(xiàn)防洪庫容的逐步運用。下文重點對金下梯級水庫通過“預報預蓄”開展洪水資源利用的方式進行深入討論。

3梯級水庫7月“預報預蓄”的方式研究

3.1 預報預蓄時機

從金下梯級水庫防洪調(diào)度需求而言，為城陵磯地區(qū)留足約100億 m³ 防洪庫容主要用于配合三峽水庫防御1954年、1998年、2020年等全流域型大洪水。遭遇其他類型洪水時，受金沙江來水量級、洪水地區(qū)組成、中下游成災歷時等方面的影響，防洪庫容需求相對少些。即在實時調(diào)度中，根據(jù)雨水情特點，在有充分把握長江中下游不發(fā)生全流域型大洪水時，金下梯級配合三峽水庫為城陵磯地區(qū)防洪預留的庫容可逐步上浮運用。

一般年份長江流域上下游、干支流洪峰相互錯開，中下游干流可順序承泄干支流洪水，不致造成大洪水。但遇氣候反常，上游洪水提前，或中下游洪水延后，長江上游洪水與中下游洪水遭遇，則可能形成全流域型大洪水。為此，首先選擇1949年以來長江流域發(fā)生的1954年、1998年和2020年等3場全流域型大洪水，通過對3場全流域型大洪水的分析可知：長江發(fā)生全流域型大洪水時，通常起始時間早、持續(xù)歷時長，中下游高水位從6月中下旬一直延續(xù)到9月上中旬。圖3為典型全流域型大洪水蓮花塘站水位過程圖，1954年蓮花塘站水位超警戒水位 32.50m 的時間從6月30日一直持續(xù)至9月1日；1998年蓮花塘站水位超警戒水位時間從6月28日持續(xù)至9月中旬；2020年蓮花塘站水位在6月下旬快速上漲，7月5日超警戒水位，并持續(xù)至8月31日。

進一步對螺山站典型洪水年進行了分析，除1954年、1998年和2020年等全流域型大洪水和1980年、1988年和2002年部分8月中下旬出現(xiàn)的晚發(fā)洪水外，對于1968年、1969年、1983年、1995年、1996年、1999年、2003年、2016年、2017年等其他典型洪水年，7月上旬蓮花塘站水位均快速上漲，7月中旬均在警戒水位 32.50m 以上。表2統(tǒng)計了上述典型年蓮花塘站水位情況。

根據(jù)全國主要江河洪水編號規(guī)定，當蓮花塘站水位達到警戒水位 32.50m 時，即需對長江流域洪水進行編號。同時，根據(jù)《三峽（正常運行期）－葛洲壩水利樞紐梯級調(diào)度規(guī)程（2019年修訂版）》[29]，當預報蓮花塘站水位將達到 32.50m 時，三峽水庫應結合雨水情預報通過中小洪水減壓調(diào)度盡量控制其不超警戒水位。此時，金下梯級水庫應配合三峽水庫攔洪削峰，減少三峽水庫入庫洪量。鑒于警戒水位是中國防汛規(guī)定的各江河堤防需處于防守戒備狀態(tài)的水位，為留有一定的安全裕度，加之1949年以來城陵磯地區(qū)尤其是洞庭湖區(qū)的水情和災情資料表明蓮花塘站水位達32.00m 以上時[30-31]，湖區(qū)一般都有洪澇災害發(fā)生，為盡量不增加長江中下游防洪壓力，本文將“預報蓮花塘站水位不超 32.00m^′′ 作為金下梯級水庫7月通過“預報預蓄”方式開展洪水資源利用的控制條件之一。

此外，分析蓮花塘站汛期水位達 32.00m 以上的33個年份洪水地區(qū)組成表明，除1982年（上游型）、1989年（上游型）和1997年外，其余30個年份同時段的四水合成流量峰值均在 20000m³/s 以上，且多數(shù)年份在 25000m³/s 以上。可見，洞庭湖四水合成流量持續(xù)上漲是蓮花塘站水位超 32.00m 的主要因素之一。

從形成全流域型大洪水的暴雨時空分布特點來看，有研究表明，全流域型大洪水與長江中下游梅雨情況密切相關[32]。一般情況下，6月中旬至7月上旬長江流域進入梅雨期，在此期間洞庭湖水系、長江中游干流均可能出現(xiàn)較大暴雨洪水，蓮花塘站水位進入汛期第一波快速上漲期。如果梅雨期降雨集中、范圍廣，長江中下游將形成致災洪水，并有可能進一步發(fā)展為全流域型大洪水。當前隨著流域氣象水文預報水平的提升，可較為準確地預測判斷梅雨結束時間，因此根據(jù)7月上中旬的雨水情和短中期預報，可較為有把握地判斷長江流域是否可能發(fā)生全流域型大洪水，以為金下梯級水庫通過“預報預蓄”方式開展洪水資源利用提供參考。

綜合歷次全流域型大洪水中蓮花塘站水位特點和洞庭湖水系洪水發(fā)生的特征，本文提出：7月上旬期間，當預報蓮花塘站不超 32.00m 且洞庭湖水系無中等強度以上降雨過程時，金下梯級水庫可考慮通過逐步蓄水的形式開始上浮運行水位；若預報蓮花塘站水位將要超過 32.00m 或洞庭湖水系將發(fā)生持續(xù)性強降雨過程時，通常金下梯級水庫應配合三峽水庫為城陵磯附近地區(qū)開展防洪減壓調(diào)度，通過攔蓄洪水減少進入三峽水庫的洪量，分擔三峽水庫的防洪壓力。

3.2 預報預蓄量級

由于城陵磯地區(qū)防洪調(diào)度需求主要受全流域型大洪水控制，7月上旬是長江全流域型大洪水主要起漲與形成時段，若此時中下游沒有防洪減壓調(diào)度需求且短中期預報洞庭湖水系無中等強度以上降雨過程時，金下梯級水庫可考慮通過逐步蓄水的形式開始上浮運行水位。鑒于7月上旬流域水情形勢仍不明朗，此階段推薦梯級水庫上浮預蓄的量級可與烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩各水庫單庫調(diào)度規(guī)程中提出的汛期運行水位上浮幅度保持一致，即梯級水庫合計上浮庫容10.55億 m³ 。

進人7月中旬后，若蓮花塘站實時水位不超32.00m 且預報洞庭湖水系無中等強度以上降雨過程時，根據(jù)前述典型洪水分析，可基本研判長江中下游不會發(fā)生全流域型大洪水，金下梯級水庫可進一步上浮防洪庫容；反之，此時段若蓮花塘站水位超 32.00m 或預報洞庭湖水系將發(fā)生強降雨過程，通常需要金下梯級水庫配合三峽水庫對中下游進行防洪減壓調(diào)度。因此，無論城陵磯地區(qū)是否有防洪減壓調(diào)度需求，7月中旬金下梯級水庫均可通過攔蓄金沙江來水逐步充蓄水庫，發(fā)揮防洪或興利效益。進人7月下旬后，隨著洞庭湖水系來水逐步轉退，若長江上游洪水與洞庭湖來水不發(fā)生遭遇，即不發(fā)生上中游型洪水，蓮花塘站水位將快速下降，金下梯級水庫配合三峽水庫為城陵磯地區(qū)防洪的庫容可進一步釋放，梯級水庫可進一步抬升庫水位。特別是當蓮花塘站7月下旬水位低于 30.50m 時，由于同時段四水合成流量峰值多在 15000m³/s 以下，城陵磯地區(qū)基本沒有防洪壓力，且城陵磯水位在30.50～32.50m 之間的湖容約45億 m³ ，對洞庭湖四水水系和洞庭湖區(qū)間的來水有很大的調(diào)節(jié)作用。

在金下梯級水庫7月中下旬逐步預蓄的進程中，為防御后期8月有可能出現(xiàn)的晚發(fā)型洪水，應適當控制梯級水庫整體預蓄的量級。為此，選擇8月1日后蓮花塘站水位超 33.50m 、四水合成流量超 20000m³/s 且持續(xù)時間較長的典型洪水作為8月防洪調(diào)度需求研究的樣本，包括1980年、1988年和2002年等典型洪水，圖4為8月3場典型洪水蓮花塘站水位過程。

（1）1980年洪水。1980年洪水起漲時，蓮花塘站水位約 29.50m ，由于河湖水位較低，河道的槽蓄能力和洞庭湖的調(diào)蓄能力均較強，1980年洪水過程中蓮花塘站最高水位為 33.60m（9 月1日），并未超保證水位 34.40m ，中下游城陵磯地區(qū)無超額洪量產(chǎn)生。

（2）1988年洪水。1988年洪水起漲時，蓮花塘站水位約 28.50m ，同樣河道的槽蓄能力和洞庭湖的調(diào)蓄能力均較強，1988年洪水過程中蓮花塘站最高水位為 33.70m（9 月15日），中下游城陵磯地區(qū)無超額洪量產(chǎn)生。

（3）2002年洪水。2002年洪水起漲時，蓮花塘站水位約 30.00m ，由于上游洪水與洞庭四水洪水發(fā)生遭遇，使得2002年洪水過程中蓮花塘站水位從8月中旬開始快速上漲，8月23日蓮花塘站水位突破保證水位 34.40m ，超保證時間持續(xù)4d，最高水位為 34.70m （8月24日）。經(jīng)計算，2002年天然洪水（不考慮水庫調(diào)蓄）中下游城陵磯地區(qū)的超額洪量（超保證水位34.40m 的洪量）約為8億 m³ 。

根據(jù)不同典型年城陵磯河段的超額洪量，以確保城陵磯地區(qū)不分洪為目標，可推求金下梯級水庫配合三峽水庫為城陵磯地區(qū)防洪的調(diào)度需求。需要指出的是，受洪水地區(qū)組成的影響，金下梯級與三峽水庫的防洪庫容互補等效系數(shù)在不同類型洪水中有所差異[33-34]。從偏安全計，三峽水庫起調(diào)水位按 157.00m 控制、金下梯級與三峽水庫的防洪庫容互補等效系數(shù)按0.5考慮，按此條件計算，金下梯級水庫單獨為城陵磯地區(qū)預留約10億 m³ 防洪庫容，即可確保城陵磯地區(qū)防洪安全，相應梯級水庫最大可整體上浮約90億 m³ 防洪庫容。

3.3 預報預蓄策略探討

水庫來水量和用水量是水庫是否可以上浮運用的決定性因素。針對來水量而言，目前，金下梯級水庫上游已建、在建有葉巴灘、拉哇、梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯?shù)乩⒂^音巖、兩河口、錦屏一級、二灘等多座調(diào)節(jié)性能較強的大型水庫，調(diào)節(jié)庫容約180億 m³ 、防洪庫容60余億 m³ 。汛期已建、在建的控制性水庫聯(lián)合調(diào)度對金下梯級水庫來水影響顯著。為此，采用長江上游控制性水庫群聯(lián)合調(diào)度計算模型，分析了上游水庫群調(diào)蓄后的烏東德水庫汛期多年平均入庫流量與壩址天然流量的差異，詳見圖5。計算表明：經(jīng)金上、金中和雅襲江梯級調(diào)蓄后，烏東德壩址7月多年平均流量約為 5600m³/s ，較天然流量減少約 2000m³/s 。上游水庫調(diào)蓄的影響凸顯了金下梯級水庫通過開展汛期運行水位動態(tài)控制提前預存部分水量的必要性。

針對用水量而言，金下梯級水電站作為全國的骨干電源，汛期電力系統(tǒng)迎峰度夏對水電站發(fā)電出力需求直接影響水庫群下泄流量。以梯級水庫最下游的向家壩水庫為控制，統(tǒng)計運行以來汛期平均出庫流量表明，旬最小出庫流量均值約為 4000m³/s ，旬平均出庫流量均值約為 6700m³/s 。

將金下梯級水庫整體打捆考慮，以向家壩水庫作為出口，進一步計算了 1959～2014 年長系列典型年7月下旬梯級水庫可上浮的水量。向家壩水庫來水為上游水庫調(diào)蓄后的烏東德水庫入庫流量與烏東德一白鶴灘區(qū)間、白鶴灘一溪洛渡區(qū)間、溪洛渡一向家壩區(qū)間流量之和。對于向家壩水庫出庫流量的設置，考慮向家壩水電站滿發(fā)和兼顧電網(wǎng)調(diào)峰的需求，分別以4000，5000，6000m³/s 不同月均出庫流量作為約束。圖6統(tǒng)計了長系列典型年中可實現(xiàn)不同上浮水量的年數(shù)。

以向家壩水庫月平均出庫流量 5000m³/s 為例，可以看出，7月底梯級水庫可上浮40億，50億，60億，70億，80億，90億 m³ 的年份分別有32，26，20，16，14，11個，占比分別為 58% 47% ， 36% ， 29% ， 25% ， 20% 。

由前述分析可知，金下梯級水庫通過預報預蓄逐步上浮運用防洪庫容主要有兩種途徑： ① 金下梯級水庫不需要開展防洪調(diào)度，在滿足相關雨水工情條件下通過壓減出力攔蓄來水實現(xiàn)運行水位的逐步上浮； ② 防洪調(diào)度中梯級水庫攔蓄洪水，在退水過程中，結合川渝河段、長江中下游的實時雨水情及預報情況，控制梯級水庫剩余防洪庫容滿足流域防洪需要。基于本文計算分析可知，金下梯級水庫若7月底實現(xiàn)預蓄庫容量級在40億 m³ 以上，按照第一種途徑，需適當壓減梯級水庫的出力負荷。根據(jù)流域洪水特性，實時調(diào)度中金下梯級水庫的7月份洪水資源利用最有可能的策略為兩種途徑相結合的方式，即7月初當預報蓮花塘站不超 32.00m 且洞庭湖水系無中等強度以上降雨過程時，梯級水庫可先期按照第一種途徑上浮運用，控制上旬梯級水庫整體上浮運用量級不超10.55億 m³ 。進入7月中旬后，若蓮花塘站水位依舊不超 32.00m ，梯級水庫可繼續(xù)按照興利上浮運用；若預報蓮花塘站水位將超 32.00m ，金下梯級水庫應配合三峽水庫攔洪削峰，減少進入三峽水庫的入庫洪量。7月下旬中下游通常進人退水階段，根據(jù)預報雨水情形勢和庫容預留安排，在確保防洪安全的前提下，將金下梯級水庫攔洪充蓄的水量與后期蓄水安排相銜接。金下梯級水庫上浮運用過程中，一般應控制各水庫出庫流量不超電站滿發(fā)流量。

4洪水資源利用的防洪風險對策討論

（1）分階段控制梯級水庫預蓄速率。根據(jù)流域不同河段的洪水特性和不同防洪保護對象對金下梯級水庫的防洪調(diào)度需求，金下梯級水庫7月預蓄運用的防洪風險主要存在于長江中下游河段，且重點是城陵磯地區(qū)。考慮到全流域型大洪水通常在7月上旬前已有預兆，本文引入短中期水文預報對此進行了判別，以充分規(guī)避此類洪水的發(fā)生，有效控制城陵磯地區(qū)的防洪風險。而對于如2002年等晚發(fā)型洪水，金下梯級水庫在開展汛期運行水位動態(tài)控制的同時，充分考慮了此類型洪水發(fā)生的可能性，專門預留了一定的防洪庫容。

從風險控制角度而言，金下梯級水庫防洪庫容的上浮運用是循序漸進的，7月15日前應適當控制防洪庫容預蓄運用進程；7月中旬后段隨著來水量級的增大，結合短中期氣象水文預報，可適當加快上浮進程。此外，由于金下梯級水庫實施洪水資源利用與三峽水庫運行工況密切相關，當三峽水庫庫水位運用至150.00m 以上后，要加密預報頻次，盡量做到滾動預報，及時修正預報誤差對三峽與金下梯級水庫汛期運行水位浮動和防洪調(diào)度帶來的影響。

（2）加強氣象測報研究，延長有效預見期。先進的氣象預報技術是梯級水庫優(yōu)化調(diào)度利用洪水資源的基礎，預報精度與預見期直接影響調(diào)度成果。在當前預報水平的基礎上，應進一步加強中長期氣象預報產(chǎn)品的研究與應用。通常長江上游、中游汛期發(fā)生大洪水的前期往往呈現(xiàn)某一方面或多個異常的氣候特征[35]，而且影響長江中上游汛期旱澇的物理因素在前期冬春季甚至上一年秋季就有明顯的征兆，也即自上一年秋季開始，海洋、大氣環(huán)流、天文因子、高原積雪狀況等均會出現(xiàn)異常信號，分析掌握這些預測信息并跟蹤前期出現(xiàn)的這些異常信號，有助于準確預測汛期發(fā)生大洪水的可能性，為金下梯級水庫調(diào)度及時提供決策依據(jù)。

（3）上游水庫群調(diào)蓄為風險調(diào)控提供了一定保障。由圖5可知，由于上游水庫的調(diào)蓄減少了金下梯級水庫7月份的入庫流量，相應也降低了金下梯級水庫洪水資源利用過程的防洪風險，特別是雅襲江梯級水庫預留的45億 m³ 防洪庫容和約150億 m³ 調(diào)節(jié)庫容。根據(jù)雅襲江錦屏一級和二灘水庫近年的調(diào)度運行實踐，7月底通常預留10億 m³ 左右的防洪庫容;而隨著具有多年調(diào)節(jié)性能的兩河口水庫建成投運，預計預留的防洪庫容量級將更大，可進一步為金下梯級水庫防洪庫容的上浮運用提供保障[36] 。

5結論

金沙江下游烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩梯級水庫是長江流域治理開發(fā)與保護的骨干工程。隨著金下梯級水庫全部投產(chǎn)運行，為適應梯級水庫統(tǒng)一聯(lián)合調(diào)度格局的變化，充分發(fā)揮梯級水庫的綜合效益，開展金下梯級水庫洪水資源利用十分必要。本文重點從金下梯級水庫配合三峽水庫對長江中下游城陵磯地區(qū)防洪的角度出發(fā)，對7月金下梯級水庫防洪庫容預報預蓄的時機、量級和策略進行了探討。主要結論如下：

（1）基于預報預蓄思路提出了金下梯級水庫7月洪水資源利用的條件。按照“分期預留、逐步蓄水”的原則，在金下梯級水庫留足為本流域防洪和確保荊江地區(qū)百年一遇防洪安全所需的庫容前提下，若預報蓮花塘站不超 32.00m 且洞庭湖水系無中等強度以上降雨過程時，金下梯級水庫可考慮通過逐步蓄水的形式上浮運行水位。

（2）提出了7月不同階段金下梯級水庫整體上浮空間。在保證防洪安全的前提下，推薦7月上旬梯級水庫整體上浮10.55億 m³ 防洪庫容，7月底梯級水庫最大可上浮運用約90億 m³ 防洪庫容。

（3）為防范化解金下梯級水庫汛期洪水資源利用的防洪風險，應考慮不同工情，分階段控制防洪庫容預蓄運用速率；加強氣象測報研究，延長有效預見期；考慮上游水庫群的調(diào)蓄作用，加強金中、雅襲江梯級上游水庫群調(diào)蓄對金下梯級水庫群來水影響分析與預測

（4）近年來，長江流域洪旱交疊、干旱頻發(fā)，2022年發(fā)生1961年有完整實測資料以來最嚴重的氣象水文干旱，2024年汛期8月后發(fā)生澇旱急轉，流域水資源供給呈現(xiàn)日趨緊張的局面，中下游供水安全面臨極大挑戰(zhàn)。在此背景下，未來金下梯級水庫汛期洪水資源利用應充分考慮氣候變化可能帶來的影響，結合中長期預報，進一步優(yōu)化洪水資源利用的方式和空間。

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（編輯：郭甜甜）

Study on utilization strategy of flood resources in July for cascade reservoirs in lower reaches of Jinsha River

LI Xiaonan1，XU Tao2，ZOU Qiang'，GUO Renwei2，TIAN Zuobao2，F(xiàn)U Qiaoping1 （1.Changjiang Survey，Planning，DesignandResearch Co，Ltd.，Wuhan430o1o，China；2.China Yangtze PowerCo.td.， Yichang 443000，China）

Abstract：Rationalutilizationoffloodresources whilensuringfloodcontrolsafetyisanefectivewaytoimprovecomprehensive benefitsofreservoirs.This paper took thecascadereservoirs inthelowerreachesofJinsha River astheresearchobject.Basedon thereservationoffloodcontrolcapacityfordiferentsub-regionsandthetypicalflodcharacteristicswesystematicallstudied howto makefulluseoftheflodresourcesofcascadereservoirsin July.Theoperation strategiesof dynamiccontrolofoperating waterlevelduringfloodseasonforcascadereservoirsinthelowerreachesofJinshaRiverwereputforward，inwhichthewaterlevelattheLianuatang Stationwasselectedastemaincontrolindex，andapplyingcondiionsofcascadereservoirsthatcanbeput intofloodresourcesutilizationinJulywerediscussedbasedontheshortandmediumtermhydrometeorologicalforecast.Finally，the potentialfloodcontrolriskswereanalyzedandthecountermeasures wereproposed.Theresultsshowedtattheutilzationof floodresources intheformof graduallrising waterlevelscouldbeimplementedwhenthewaterlevelattheLianhuatang Station was forecasted to be no more than 32.00m as well as Dongting Lake water system has no rainfall process of medium intensity or above during thefirsttendaysofJuly.Itisrecommendedthatthecascadereservoirsasa wholecanbeoperated withafloatingup capacity of no more than 9 billion m³ above the flood limit water level at the end of July while ensuring flood control safety.The research results can provide strong support for the operation of cascade reservoirs in flood season.

Key words：utilizationoffloodresources；forecast-based pre-storage；overalluseofstorage capacity；cascadereservoirs in the lower reaches of Jinsha River