宋偉華 賀順德 徐曉英 崔鵬

摘?要：影響龍羊峽水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制方案的主要因子有黃河上游的洪水起漲特點(diǎn)、水庫(kù)下游河道的安全過(guò)流能力、龍劉水庫(kù)的聯(lián)合防洪調(diào)度方式、入庫(kù)洪水預(yù)報(bào)的精度和預(yù)見(jiàn)期等幾個(gè)方面。龍羊峽水庫(kù)的預(yù)泄模式宜采用固定預(yù)泄的方式，洪水預(yù)報(bào)的有效預(yù)見(jiàn)期為7 d，預(yù)泄判別流量為1 500 m3/s，預(yù)泄流量為2 000 m3/s，相應(yīng)的汛限水位動(dòng)態(tài)控制域?yàn)? 588～2 590 m，在此區(qū)間內(nèi)水庫(kù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)蓄運(yùn)用，視上游來(lái)水預(yù)報(bào)和水庫(kù)蓄水情況確定出庫(kù)流量。水庫(kù)水位超過(guò)2 590 m時(shí)，水庫(kù)按常規(guī)防洪運(yùn)用方式運(yùn)用;水庫(kù)水位超過(guò)2 594 m時(shí)，水庫(kù)按設(shè)計(jì)防洪運(yùn)用方式運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：汛限水位;動(dòng)態(tài)控制;預(yù)泄模式;龍羊峽水庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV697.1+1;TV882.1?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.02.004

Abstract：The main factors influencing the scheme of dynamic control of the flood control level of Longyangxia Reservoir are the flood rising characteristics of the upper reaches of the Yellow River， the safe flow capacity of the lower reaches of the reservoir， the integrated control regulation mode of the LongyangxiaReservoir and Liujiaxia Reservoir as well as flood forecast accuracy and forecast lead time of the Reservoir. Fixed pre-discharge mode/pattern should be applied for the Longyangxia Reservoir. The effective flood forecast lead time is 7 days， the distinguishing criteria of pre-discharge is 1 500 m3/s， the pre-discharge flow is 2 000 m3/s， and the corresponding dynamic control range of the flood control level is 2 588-2 590 m.In this range， dynamic regulation will be commenced according to the reservoir storage and forecasted upstream inflow. When the water level of the reservoir exceeds 2 590 m or 2 594 m，the reservoir is operated according to the normal or designed flood control operation mode.

Key words： the flood control level; dynamic control; pre-discharge mode; Longyangxia Reservoir

龍羊峽水庫(kù)是黃河唯一多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，壩址以上控制流域面積13.1萬(wàn)km2，約占黃河流域面積的17.5%，是黃河徑流的主要來(lái)源區(qū)。龍羊峽水庫(kù)正常蓄水位2 600 m，相應(yīng)庫(kù)容247億m3，電站裝機(jī)容量1 280 MW，多年平均發(fā)電量59.4億kW·h，壩址以上多年平均流量650 m3/s，年徑流量205億m3，地表徑流量占黃河地表水總量的38.4%。水庫(kù)開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，并聯(lián)合劉家峽水庫(kù)擔(dān)負(fù)下游防洪、灌溉和防凌任務(wù)。水庫(kù)設(shè)計(jì)汛限水位2 594 m，正常蓄水位2 600 m。在實(shí)際防洪調(diào)度運(yùn)用過(guò)程中，利用2 588～2 594 m之間的防洪庫(kù)容兼顧上游在建工程施工度汛和青甘寧蒙河段的防洪需求。經(jīng)過(guò)30 a運(yùn)行實(shí)踐，龍羊峽水庫(kù)不但經(jīng)受了大洪水和強(qiáng)地震的考驗(yàn)，也經(jīng)歷了局地暴雨引發(fā)的山洪泥石流和連續(xù)枯水年的考驗(yàn)，已度過(guò)初期運(yùn)行階段[1]。作為具有多年調(diào)節(jié)性能的龍頭水庫(kù)，龍羊峽水庫(kù)運(yùn)用方式的調(diào)整對(duì)下游梯級(jí)水電站群、西北電網(wǎng)、黃河流域水資源綜合利用等有持續(xù)多年的影響。尤其是龍羊峽水庫(kù)汛前和汛末水位的控制，關(guān)系到龍羊峽水庫(kù)當(dāng)年汛期棄水情況，影響到黃河上游梯級(jí)水庫(kù)群當(dāng)年甚至后續(xù)多年的發(fā)電效益[2]。目前，龍羊峽水庫(kù)具有較為完善且運(yùn)行穩(wěn)定的水庫(kù)水雨情測(cè)報(bào)、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度等系統(tǒng)，有穩(wěn)定且預(yù)報(bào)精度較高的洪水預(yù)報(bào)方案，水庫(kù)具備開(kāi)展汛限水位動(dòng)態(tài)控制的條件，可以通過(guò)汛限水位動(dòng)態(tài)控制和優(yōu)化調(diào)度等舉措，更好地發(fā)揮水庫(kù)的防洪、發(fā)電、供水等多個(gè)方面的綜合效益。

1?影響汛限水位動(dòng)態(tài)控制的主要因子

影響龍羊峽水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制方案的主要因子有黃河上游的洪水起漲特點(diǎn)、水庫(kù)下游河道的安全過(guò)流能力、龍劉水庫(kù)的聯(lián)合防洪調(diào)度方式、入庫(kù)洪水預(yù)報(bào)的精度和預(yù)見(jiàn)期等幾個(gè)方面。

1.1?洪水起漲特點(diǎn)

本次通過(guò)統(tǒng)計(jì)唐乃亥站1956—2015年6—10月的不同時(shí)期的旬平均流量情況（見(jiàn)圖1），來(lái)分析汛期洪水的起漲特點(diǎn)。主要表現(xiàn)出以下幾個(gè)特征：

（1）從1956—1975年、1976—1995年、1996—2015年等年份6—10月的多年逐旬平均流量來(lái)看，唐乃亥站汛期各旬的多年均值是比較穩(wěn)定的，各時(shí)段的旬平均流量差別在200～300 m3/s之間。其中：6—8月流量的多年均值非常接近，9—10月流量均值除1996—2015年有一個(gè)明顯的枯水段外，也是比較穩(wěn)定的。

（2）從汛期洪水的多年均值來(lái)看，6月中旬至8月上旬和8月下旬至10月上旬有兩場(chǎng)明顯的洪水過(guò)程。從總體情況看，前后兩場(chǎng)洪水的平均洪峰流量表現(xiàn)為前高后低的狀態(tài)，后峰的起漲流量較前峰的起漲流量要大一些。

（3）從洪水的起漲流量來(lái)看，6月上中旬起漲階段的旬平均流量均為800 m3/s左右，8月下旬起漲階段的旬平均流量為1 000 m3/s。總體來(lái)看，6月上中旬洪水的起漲流量一般要小于8月下旬洪水的起漲流量。

1.2?龍劉水庫(kù)的聯(lián)合防洪調(diào)度方式

龍劉（龍羊峽和劉家峽）兩水庫(kù)通過(guò)聯(lián)合防洪調(diào)度，共同承擔(dān)下游各防洪對(duì)象的防洪任務(wù)。在防洪調(diào)度計(jì)算中，龍羊峽和劉家峽水庫(kù)控制不同的下泄流量來(lái)滿(mǎn)足各防洪對(duì)象的防洪要求，劉家峽水庫(kù)下泄流量按照劉家峽下游防洪對(duì)象的防洪要求控制，龍羊峽水庫(kù)按照一定蓄洪比例攔洪泄流，下泄流量需滿(mǎn)足龍劉區(qū)間防洪對(duì)象的防洪要求，并使劉家峽水庫(kù)不同頻率洪水時(shí)的最高庫(kù)水位不超過(guò)設(shè)計(jì)值。實(shí)際調(diào)度中，根據(jù)遭遇洪水的大小，按照不同防洪對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)與要求，逐級(jí)控制龍羊峽、劉家峽水庫(kù)的泄量，保證各防洪對(duì)象安全度汛，充分發(fā)揮兩個(gè)水庫(kù)的防洪作用。

1.3?下游河道允許泄量

根據(jù)近年來(lái)龍劉兩水庫(kù)的聯(lián)合防洪調(diào)度和黃河干流青海、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古河段的防洪需求，在龍羊峽水庫(kù)設(shè)計(jì)汛限水位以下兼顧下游河道防洪的水庫(kù)控制泄量同近年方案一致，即龍羊峽水庫(kù)控制下泄流量不超過(guò)2 000 m3/s，劉家峽水庫(kù)控制下泄流量不超過(guò)2 500 m3/s（隨著防洪工程的建設(shè)，下游河道安全過(guò)洪能力提高，水庫(kù)控制流量可相應(yīng)增加）。

1.4?洪水預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期及精度

根據(jù)龍羊峽水庫(kù)水情測(cè)報(bào)站網(wǎng)設(shè)置、洪水和徑流預(yù)報(bào)方案，目前龍羊峽水庫(kù)防洪調(diào)度中應(yīng)用的日徑流預(yù)報(bào)方案的模擬精度較高，洪峰合格率可以達(dá)到甲級(jí)。7 d內(nèi)的徑流預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo)達(dá)到乙級(jí)以上，能夠滿(mǎn)足項(xiàng)目精度要求，可以為水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制研究提供依據(jù)，龍羊峽水庫(kù)日徑流預(yù)報(bào)的有效預(yù)見(jiàn)期為7 d。

2?預(yù)泄模式及動(dòng)態(tài)控制域

水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制域的確定是動(dòng)態(tài)控制研究的關(guān)鍵內(nèi)容，也是動(dòng)態(tài)控制方案擬定的基礎(chǔ)。汛限水位動(dòng)態(tài)控制域確定方法的總體原則是根據(jù)不同洪水預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期，考慮合理的預(yù)泄運(yùn)用，適當(dāng)抬高水庫(kù)的汛限水位。目前，汛限水位動(dòng)態(tài)控制域常用預(yù)泄能力約束法來(lái)確定，即在現(xiàn)有洪水預(yù)見(jiàn)期、預(yù)泄流量下，選取不同典型洪水過(guò)程，計(jì)算可能的汛限水位上限，再結(jié)合實(shí)際情況綜合確定動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用水位上限?；陬A(yù)泄能力約束法的確定方法，預(yù)泄模式一般包括考慮洪水預(yù)報(bào)的預(yù)泄模式和不考慮洪水預(yù)報(bào)的預(yù)泄模式?？紤]洪水預(yù)報(bào)的預(yù)泄模式根據(jù)洪水預(yù)報(bào)結(jié)果，在可用的預(yù)見(jiàn)期內(nèi)，提前根據(jù)預(yù)報(bào)流量將水庫(kù)水位預(yù)泄至設(shè)計(jì)的汛限水位;不考慮洪水預(yù)報(bào)的預(yù)泄模式是當(dāng)水庫(kù)的入庫(kù)流量超過(guò)一定值時(shí)，便認(rèn)為水庫(kù)上游發(fā)生洪水，并將水庫(kù)水位預(yù)泄至設(shè)計(jì)的汛限水位[3]。龍羊峽水庫(kù)采用考慮洪水預(yù)報(bào)的預(yù)泄模式。

2.1?預(yù)泄判別指標(biāo)

對(duì)于龍羊峽水庫(kù)來(lái)說(shuō)，水庫(kù)上游洪水期基流較大，水庫(kù)的預(yù)泄水量直接與預(yù)泄流量和洪水預(yù)見(jiàn)期有關(guān)。按預(yù)泄流量不超過(guò)下游河道允許泄量的原則，擬定固定預(yù)泄模式下，預(yù)泄流量為2 000 m3/s，滾動(dòng)預(yù)泄模式下，預(yù)泄流量為1 500 m3/s和2 000 m3/s兩級(jí)流量。

考慮到龍羊峽水電站發(fā)電流量和預(yù)泄流量的變化情況，龍羊峽水庫(kù)的預(yù)泄判別流量應(yīng)在800～2 000 m3/s之間。但是，預(yù)泄判別流量太小，對(duì)小洪水的預(yù)泄操作頻繁，發(fā)生常遇洪水時(shí)，水庫(kù)棄水較多，預(yù)泄庫(kù)容回蓄的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，對(duì)于水庫(kù)洪水資源充分利用不利;預(yù)泄判別流量太大，預(yù)泄開(kāi)始的時(shí)間晚，起漲前預(yù)泄的水量少，對(duì)大洪水的防洪調(diào)度不利。

從唐乃亥站的洪水起漲特點(diǎn)分析成果得知，洪水過(guò)程在洪水起漲段拐點(diǎn)為1 000～1 200 m3/s，拐點(diǎn)以前洪水起漲過(guò)程相對(duì)平緩，拐點(diǎn)之后，洪水起漲迅速，在3 d左右的時(shí)間內(nèi)漲至2 000 m3/s。根據(jù)黃河上游的洪水特性，唐乃亥站60 a的洪水序列中，有10 a的洪峰流量小于1 500 m3/s。

綜合考慮上游汛期來(lái)水、洪水起漲特點(diǎn)、電站發(fā)電流量、下游河道安全過(guò)洪流量等多個(gè)因素，以盡量減小水庫(kù)棄水為原則，現(xiàn)狀條件下擬定固定預(yù)泄模式判別流量為2 000 m3/s，滾動(dòng)預(yù)泄判別流量為1 200、1 500 m3/s。

2.2?汛限水位動(dòng)態(tài)控制域

采用預(yù)泄能力約束法計(jì)算汛限水位上限時(shí)，在現(xiàn)有洪水預(yù)見(jiàn)期、預(yù)泄流量確定的情況下，汛限水位上限與預(yù)泄的方式有關(guān)。根據(jù)上述分析得到的預(yù)泄模式、預(yù)泄流量、預(yù)泄判別指標(biāo)，擬定相應(yīng)的計(jì)算方案，方案設(shè)置見(jiàn)表1。

針對(duì)龍羊峽水庫(kù)入庫(kù)洪水的不同起漲過(guò)程，選取1964年、1967年等16個(gè)典型年的不同洪水過(guò)程。其中前期流量較小、上漲比較慢的過(guò)程選用了1964年等典型年，前期流量較小、上漲比較快的過(guò)程選用了1973年等典型年，前期流量大、上漲比較慢的過(guò)程選用了1976年等典型年，前期流量大、上漲比較快的選用了1979年等典型年。不同類(lèi)型洪水典型年的選擇見(jiàn)表2。

根據(jù)上述調(diào)度方案和典型年，計(jì)算可能的汛限水位上限。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看出，A、B、C、D四類(lèi)典型的起漲過(guò)程中，對(duì)于預(yù)泄比較有利的類(lèi)型為上漲比較慢的A和C類(lèi)，對(duì)于預(yù)泄較為不利的類(lèi)型為上漲比較快的B和D類(lèi)，其中前期流量大、上漲速度快的D類(lèi)最為不利。

對(duì)于方案一，按照現(xiàn)有的洪水預(yù)見(jiàn)期7 d，預(yù)泄判別流量為2 000 m3/s時(shí)，即預(yù)報(bào)入庫(kù)流量達(dá)到2 000 m3/s時(shí)，水庫(kù)進(jìn)入預(yù)泄模式。從選擇的16個(gè)典型年的統(tǒng)計(jì)情況看，預(yù)泄水量最大為5.13億m3，最小為1.34億m3，平均為3.14億m3，相應(yīng)的上限水位最高為2 589.42 m，最低為2 588.31 m，平均為2 588.84?m。所以，在現(xiàn)有的預(yù)泄流量2 000 m3/s的情況下，僅利用7 d的預(yù)見(jiàn)期，龍羊峽水庫(kù)的預(yù)泄水量較小，可以達(dá)到的汛限水位上限比較低。應(yīng)在分析黃河上游洪水特性的基礎(chǔ)上，水庫(kù)提前預(yù)泄，以達(dá)到在確保防洪安全的情況下適當(dāng)提高汛限水位上限的目的。

對(duì)于方案二，按照現(xiàn)有的洪水預(yù)見(jiàn)期7 d，預(yù)泄判別流量為1 200 m3/s時(shí)，即預(yù)報(bào)入庫(kù)流量達(dá)到并超過(guò)1 200 m3/s時(shí)，水庫(kù)進(jìn)入預(yù)泄模式。從選擇的16個(gè)典型年的統(tǒng)計(jì)情況看，預(yù)泄水量最大為15.5億m3，最小為7.03億m3，平均為9.93億m3，相應(yīng)的上限水位最高為2 592.27 m，最低為2 589.98 m，平均為2 590.77 m。在選取的16個(gè)典型年中，有15 a的上限水位達(dá)到或超過(guò)2 590 m，1 a接近2 590 m。

對(duì)比方案一和方案二，隨著預(yù)泄判別流量的減小，水庫(kù)進(jìn)入預(yù)泄模式的時(shí)間提前，預(yù)泄天數(shù)和預(yù)泄水量相應(yīng)增大。本次從減少發(fā)生小洪水時(shí)的預(yù)泄次數(shù)和棄水量且不影響較大洪水的防洪安全角度考慮，推薦預(yù)泄能力約束法方案二確定的最低汛限水位上限2 589.98 m。

綜上所述，根據(jù)不同典型年的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程，采用現(xiàn)狀水庫(kù)運(yùn)用方式，完成當(dāng)前防洪任務(wù)（設(shè)計(jì)防洪任務(wù)兼顧下游河道防洪安全）且不超過(guò)水庫(kù)設(shè)計(jì)、校核指標(biāo)時(shí)，計(jì)算得龍羊峽水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制上限為2 590.50 m。采用預(yù)泄能力約束法，按照現(xiàn)有洪水預(yù)見(jiàn)期和預(yù)泄流量，計(jì)算得龍羊峽水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制上限為2 589.98 m。經(jīng)綜合分析并取整，本次推薦龍羊峽水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制上限為2 590 m，即龍羊峽水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制域?yàn)? 588～2 590 m。

3?汛限水位動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用方案

（1）當(dāng)水庫(kù)水位低于汛限水位下限2 588 m時(shí)，水庫(kù)合理攔蓄洪水，下泄流量以發(fā)電要求為主，最大發(fā)電流量為1 080 m3/s。

（2）當(dāng)水庫(kù)水位位于汛限水位動(dòng)態(tài)控制區(qū)間（2 588～2 590 m）時(shí)，龍羊峽水庫(kù)動(dòng)態(tài)調(diào)蓄運(yùn)用，視上游來(lái)水預(yù)報(bào)和水庫(kù)蓄水情況確定出庫(kù)流量。在漲水段，若預(yù)報(bào)上游來(lái)水小于預(yù)泄判別流量1 500 m3/s，水庫(kù)按發(fā)電運(yùn)用，水庫(kù)預(yù)蓄;若預(yù)報(bào)上游來(lái)水超過(guò)1 500 m3/s，水庫(kù)下泄流量以盡量降低水庫(kù)水位至2 588 m為原則，根據(jù)蓄水量和上游預(yù)報(bào)來(lái)水量靈活確定出庫(kù)流量，最大出庫(kù)流量按下游安全過(guò)洪流量2 000 m3/s控制。當(dāng)入庫(kù)流量大于預(yù)泄流量2 000 m3/s時(shí)，龍劉兩水庫(kù)按比例攔蓄洪水，龍羊峽水庫(kù)最大出庫(kù)流量按2 000 m3/s控制。在落水段，若入庫(kù)流量大于預(yù)泄流量2 000 m3/s，按2 000 m3/s控泄;當(dāng)入庫(kù)流量小于預(yù)泄流量2 000 m3/s時(shí)，水庫(kù)按發(fā)電流量1 000 m3/s回蓄，最高水位不超過(guò)汛限水位動(dòng)態(tài)控制上限2 590 m;當(dāng)落水段處于9月時(shí)，按照9月的控制水位運(yùn)用。

（3）當(dāng)水庫(kù)水位高于汛限水位上限2 590 m時(shí)，水庫(kù)按常規(guī)調(diào)度方案運(yùn)用。即當(dāng)水庫(kù)水位處于汛限水位上限2 590 m和設(shè)計(jì)汛限水位2 594 m之間時(shí)，按與劉家峽水庫(kù)的蓄洪比例靈活控制下泄流量，原則上控制出庫(kù)流量不超過(guò)2 000 m3/s。

（4）當(dāng)水庫(kù)水位達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)汛限水位2 594 m時(shí)，水庫(kù)按照設(shè)計(jì)防洪運(yùn)用方式運(yùn)用。

4?結(jié)?語(yǔ)

（1）通過(guò)固定預(yù)泄模式和滾動(dòng)預(yù)泄模式的分析比較，選擇預(yù)泄判別流量為1 500 m3/s時(shí)、預(yù)泄流量為2 000 m3/s的固定預(yù)泄模式。采用固定預(yù)泄模式，滿(mǎn)足大洪水的防洪要求，同時(shí)在遭遇小洪水時(shí)表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性。首先，通過(guò)延長(zhǎng)預(yù)泄時(shí)間增加了預(yù)泄水量，提高了汛限水位動(dòng)態(tài)控制域上限;其次，減小了因洪水初期預(yù)泄流量過(guò)大造成的回蓄風(fēng)險(xiǎn);第三，通過(guò)預(yù)泄盡量降低水位至動(dòng)態(tài)控制域下限，可兼顧下游10 a一遇洪水的防洪安全;第四，避免了預(yù)泄期間閘門(mén)頻繁的啟閉操作，對(duì)于防洪調(diào)度運(yùn)用是比較有利的。

（2）龍羊峽水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制期間主要處于洪水起漲階段，通過(guò)加大下泄流量將水位從汛限水位上限2 590 m降低至下限2 588 m。經(jīng)分析，發(fā)生設(shè)計(jì)和校核標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí)，水庫(kù)的最高調(diào)洪水位不超過(guò)相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位。因此，龍羊峽水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制，對(duì)龍羊峽水庫(kù)和劉家峽水庫(kù)自身的防洪安全是沒(méi)有影響的。

（3）龍羊峽水庫(kù)當(dāng)前的防洪任務(wù)主要是通過(guò)與劉家峽水庫(kù)聯(lián)合防洪運(yùn)用，保證下游蘭州的防洪安全，兼顧青甘寧蒙河段防洪安全。一方面，在龍羊峽水庫(kù)設(shè)計(jì)汛限水位2 594 m以下，為兼顧下游河道防洪安全，龍羊峽水庫(kù)控制下泄流量不超過(guò)2 000 m3/s，劉家峽水庫(kù)控制下泄流量不超過(guò)2 500 m3/s，對(duì)于10 a一遇及以下洪水，大部分典型年龍羊峽水庫(kù)最高蓄洪水位都低于2 594 m，少數(shù)典型年最高蓄洪水位在短時(shí)間內(nèi)超過(guò)2 594 m，但超過(guò)2 594 m的時(shí)段較短，防洪依然是安全可控的，即可以兼顧10 a一遇洪水防洪安全。另一方面，黃河上游發(fā)生10 a一遇以上洪水時(shí)，通過(guò)龍劉兩水庫(kù)的聯(lián)合防洪調(diào)度運(yùn)用，按照常規(guī)防洪調(diào)度方式或者設(shè)計(jì)防洪調(diào)度方式，可以控制蘭州站不超過(guò)相應(yīng)的設(shè)防流量。

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