董炳江，許全喜，楊成剛，姜莉玲

（1.長江水利委員會水文局，湖北武漢 430010；2.長江水利委員會水文局長江上游水文水資源勘測局，重慶 400020）

2020年8月中旬，長江流域上游發(fā)生集中性強降雨，強降水區(qū)主要位于岷江中下游、沱江、涪江、嘉陵江上中游。受強降雨影響，長江上游支流沱江、涪江發(fā)生超保證水位洪水，岷江及干流瀘州至寸灘江段發(fā)生超警戒水位洪水。干支流洪水嚴重遭遇，形成一次較大的復式洪水過程（4、5號洪峰）。三峽水庫入庫洪峰流量分別達到62 000 m3/s和75 000 m3/s。由于本輪強降雨帶主要位于長江上游主要產(chǎn)沙區(qū)，岷江、沱江、嘉陵江等流域出現(xiàn)了較大輸沙過程，其中沱江富順站、嘉陵江支流涪江小河壩站最大含沙量分別達到16.3 kg/m3和17.8 kg/m3，均位列各站三峽水庫175 m試驗性蓄水運用以來第三位，且含沙量大于5.0 kg/m3的天數(shù)分別達到了2 d和5 d。經(jīng)估計，8月13～23日洪水期間，三峽水庫入庫沙量達到1.27億t，短短12 d的輸沙量已遠大于2014～2017，2019年全年入庫輸沙量（0.320億～0.685億t）。

如此多的泥沙淤積在三峽水庫內(nèi)，將嚴重影響水庫的防洪安全和使用壽命，因此盡可能將泥沙排出庫區(qū)、減少庫區(qū)泥沙淤積至關重要［1-5］。近年來，受局部暴雨影響，三峽入庫的來沙更為集中在洪水期間，這為三峽水庫沙峰排沙調(diào)度提供了可行性［6-8］。所謂沙峰排沙調(diào)度，就是利用庫區(qū)洪峰沙峰異步傳播特性，在洪峰到來時進行攔洪削峰，減輕下游防洪壓力；當沙峰臨近大壩時水庫維持較大泄量進行排沙［9-15］。2020年汛期，三峽水庫在泥沙實時監(jiān)測和精確預報的基礎上，進行了沙峰排沙調(diào)度。調(diào)度期間，三峽水庫壩前最高調(diào)洪水位雖然高達167.65m，但此次沙峰過程排沙比仍達到了27%，高出試驗性蓄水以來平均排沙比9%，沙峰排沙調(diào)度取得良好效果。

本文對2020年長江4、5號洪水期間，上游暴雨產(chǎn)沙特性、三峽入庫泥沙組成和增多原因、沙峰排沙調(diào)度等進行了分析總結(jié)，以期為今后長江上游來水來沙研究以及三峽水庫更好地進行科學調(diào)度提供技術(shù)支持。

1 2020年8月水沙情勢

2020年8月11～13日、14～18日，長江上游嘉陵江、岷江、沱江等流域接連發(fā)生兩次強降雨過程，見圖1和圖2，降雨集中、強度大、范圍廣，寸灘以上區(qū)域累計降雨量達到了96 mm，強降水持續(xù)時間及累計雨量均超1981年7月9～14日的78 mm，且強降雨帶基本位于長江上游主要產(chǎn)沙區(qū)。

圖2 2020年8月14～19日長江流域降雨圖（8月14日08：00至19日08：00）

受持續(xù)強降雨影響，8月中下旬，岷江、沱江、涪江、嘉陵江的上游發(fā)生了大或特大洪水，在長江上游形成兩次編號洪水（4、5號），先后出現(xiàn)了較大沙峰過程，見圖3。

圖3 2020年8月長江上游主要控制站流量和含沙量過程

2020年8月14日，因強降雨，長江上游的支流沱江、涪江發(fā)生超保證水位洪水，岷江及干流瀘州至寸灘江段發(fā)生超警戒水位洪水，形成長江2020年“第4號洪水”。8月13日03：00岷江高場站出現(xiàn)洪峰流量24 000 m3/s，13日17：00沙峰含沙量為7.54 kg/m3；沱江富順站14日05：00洪峰流量9 050 m3/s，13日20：00沙峰含沙量達8.51 kg/m3。涪江小河壩站13日16：00洪峰流量17 200 m3/s，13日02：00沙峰含沙量達22.7 kg/m3；嘉陵江北碚站14日13：00洪峰流量25 300 m3/s，13日17：00沙峰含沙量9.69 kg/m3。長江干流朱沱站14日09：00洪峰流量39 800 m3/s，13 日08：00沙峰含沙量為2.38 kg/m3；寸灘站14日17：00，洪峰流量59 400 m3/s，14日05：00沙峰含沙量4.77 kg/m3。

2020年8月17日14：00，受強降雨影響，長江上游支流岷江、沱江、嘉陵江發(fā)生超警戒水位洪水，涪江發(fā)生超保證水位洪水，干流寸灘站流量漲至50 400 m3/s，形成長江2020年“第5號洪水”。岷江高場站18日10：00洪水超保證水位，19日01：00洪峰流量達到37 300 m3/s，18日22：00沙峰含沙量為7.20 kg/m3。沱江富順站17日23：00洪水超保證，18日20：00洪峰流量10 500 m3/s，18日11：00沙峰含沙量為8.19 kg/m3。涪江小河壩站16日22：00洪水超保證水位，18日08：00洪峰流量達到20 500 m3/s（歷史第二位），19日11：00沙峰含沙量達到了17.7 kg/m3。嘉陵江北碚站18日18：00洪水超保證水位，19日10：00洪峰流量37 400 m3/s，19日13：00含沙量為7.18 kg/m3。長江干流朱沱站19日19：00洪峰流量48 400 m3/s，19日23：00沙峰含沙量為4.40 kg/m3。寸灘站20日05：00流量達到了74 600 m3/s，20日08：00沙峰含沙量3.99 kg/m3。

實測資料統(tǒng)計表明：2020年“4號洪水”8月12～16日，寸灘站輸沙量為3 260萬t；“5號洪水”8月17～25日，寸灘站輸沙量為8 630萬t；兩次洪水期間寸灘站總輸沙量達到11 890萬t。

2 三峽水庫入庫水沙組成

2020年8月，長江上游4、5號洪水相隔時間較近，為典型的雙峰型洪水過程；三峽水庫入庫泥沙集中，8月13～23日洪水期間，入庫沙量達到了1.27億t，短短12 d的輸沙量已遠大于2018年2號洪水期間（7月11日08：00至17日08：00）的入庫沙量7 440萬t，遠大于2014～2017年、2019年全年入庫輸沙量（3 200萬～6 850萬t）。兩次洪水過程中長江上游主要產(chǎn)輸沙過程均集中在8月。實測資料表明：2018年8月寸灘站徑流量為980億m3，長江上游來水主要為嘉陵江、金沙江和岷江，其中嘉陵江北碚站、金沙江向家壩站和岷江高場站來水分別占寸灘站8月份徑流量的31%，30%和28%。2020年8月寸灘站輸沙量為1.29億t，長江上游泥沙主要來自于嘉陵江，北碚站輸沙量為8 055萬t，占寸灘站8月沙量的63%，其次分別為岷江和沱江，高場站和富順站輸沙量分別為5 070萬t和1 980萬t，分別占寸灘站8月份沙量的39%和15%，橫江來沙僅為102萬t（見圖4）。

圖4 2020年8月長江上游主要水文站徑流量與輸沙量

嘉陵江泥沙主要來自于涪江和嘉陵江上游，2020年8月涪江小河壩站輸沙量為6 970萬t，占北碚站的87%；嘉陵江上游武勝站輸沙量為1 580萬t，占北碚站的20%（見圖5）。

圖5 2020年8月嘉陵江上游主要水文站徑流量與輸沙量

由此可見，2020年8月三峽入庫泥沙主要來源于涪江和岷江，分別為寸灘站同期沙量的54%，39%；其次為沱江和嘉陵江上游，分別為寸灘站同期沙量的15%，12%。

3 三峽水庫入庫泥沙增多原因分析

（1）長江上游發(fā)生強降雨過程且降雨帶位于強產(chǎn)沙區(qū)。2020年8月11～18日，長江上游出現(xiàn)了強降水過程，受高空槽、冷暖空氣和特殊地形共同影響，嘉岷流域附近出現(xiàn)持續(xù)性暴雨～大暴雨的極端降水過程，過程維持時間達7 d，累計雨量≥100 mm的籠罩面積約24.7萬km2，≥250 mm的籠罩面積約7萬km2，強降水區(qū)主要位于岷江中下游、沱江、涪江、嘉陵江上中游，上述分區(qū)面均雨量多在140 mm以上，其中涪江390 mm、沱江313 mm。從單站雨量來看，涪江北川站累計雨量946 mm、沱江漢王場站855 mm。受強降雨影響，長江上游高場、富順、小河壩、北碚、朱沱、寸灘等站洪峰流量分別列歷史第1～11位，各站洪峰水位超保證幅度0.08～8.12 m，其中，高場站洪峰水位291.08 m，位居歷史最高水位第一位；寸灘站洪峰水位191.62 m，位居歷史最高水位第二位，寸灘站洪峰流量達到74 600 m3/s，見表1。

表1 2020年8月長江上游干支流主要控制站洪峰特征值

嘉陵江上游支流西漢水、白龍江中游、岷江等流域?qū)儆趶姰a(chǎn)沙地區(qū)。2020年8月，受暴雨洪水影響，長江上游涪江、岷江、沱江、嘉陵江上游等支流出現(xiàn)大含沙量沙峰過程，增加了三峽水庫入庫沙量。岷江高場站沙峰含沙量7.54 kg/m3；沱江富順站沙峰含沙量達8.51 kg/m3；涪江小河壩站沙峰含沙量達22.7 kg/m3；嘉陵江上游武勝站沙峰含沙量3.65 kg/m3，北碚站沙峰含沙量9.69 kg/m3；長江干流朱沱站沙峰含沙量4.40 kg/m3，寸灘站沙峰含沙量4.77 kg/m3。

（2）長江上游地震帶前期產(chǎn)生了大量松散堆積體，在暴雨誘發(fā)下易形成滑坡和泥石流。2020年輸沙量較大河流——涪江、岷江、沱江和嘉陵江的上游均流經(jīng)龍門山斷裂帶，再由龍門山出山口進入沖積平原或丘陵區(qū)。龍門山區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜（斷層、裂層交錯），其巖石尤以風化嚴重易碎、層理發(fā)育的灰?guī)r、泥巖和沙巖為主，這些巖石抗侵蝕極差，而且沿層面或裂隙易產(chǎn)生滑動或崩塌。

近年來，在龍門上斷裂帶附近相繼發(fā)生了汶川地震、蘆山地震、九寨溝地震等特大地震。2008年5月12日，四川汶川發(fā)生Ms8.0級的大地震，地震釋放主要位于龍門山北川至映秀地區(qū)；2013年4月20日，四川省蘆山縣發(fā)生Ms7.0級地震，震中位于龍門山斷裂帶上的西南段；2017年8月8日，四川省阿壩州九寨溝縣發(fā)生Ms7.0地震，震中位于岷江斷裂、塔藏斷裂和虎牙斷裂之間。這些地震在上游產(chǎn)生了上百億方的松散堆積體，隨著時間的推移，松散體中的細小顆粒泥沙會隨水流向下游地區(qū)輸移。

2020年8月，長江上游發(fā)生強降雨過程，降雨帶主要沿龍門山斷裂帶呈帶狀分布，位于揚子板塊與青藏板塊的地縫合線上。前期地震在山坡、山谷產(chǎn)生大量的松散體，在大暴雨或特大暴雨的誘發(fā)下，形成滑坡和泥石流進入河流，導致入庫泥沙增多。

（3）上游低水頭水庫攔沙作用有限，大洪水時暢泄，導致下游輸沙量突然增大。長江上游岷江、沱江、嘉陵江等支流低水頭航電樞紐和閘壩水利設施已建成多年，部分已達到淤積平衡，攔沙作用減弱，遇到大洪水時，庫區(qū)大量泥沙被攜帶出來，導致下游輸沙量突然增大。另外隨著一些大型水庫運行時間的增加，庫區(qū)泥沙淤積增加，攔沙能力逐漸減弱。岷江紫坪鋪水庫，雖然庫容較大，但由于淤積強烈，攔沙量大，死庫容已基本淤滿，攔沙能力大幅減弱。白龍江碧口水庫已運行40余年，因水庫淤積庫容損失達60%，庫區(qū)已基本成為河道形態(tài)，不具備攔沙庫容，大多數(shù)懸移質(zhì)泥沙直接隨水流進入下游河道。

4 沙峰期間三峽水庫調(diào)度效果分析

4.1 沙峰期間三峽水庫調(diào)度

根據(jù)監(jiān)測、預報成果，2020年8月19日開始沙峰到達三峽水庫壩前，長江防汛抗旱總指揮部實施了防洪調(diào)度，同時兼顧排沙、航運調(diào)度。

2020年8月18日16：00起，三峽水庫下泄流量由44 000 m3/s增大至49 000 m3/s，8月22日壩前最高調(diào)洪水位達167.65 m（見圖6），后基本維持下泄流量在48 000 m3/s直至25日12：00。為了減輕長江中下游防洪壓力，保障兩壩間通航安全，8月27日08：00三峽水庫下泄流量逐漸減小至34 000 m3/s左右。9月4日下泄流量逐漸減小至27 000 m3/s左右，見圖7。

4.2 沙峰排沙調(diào)度效果分析

圖6 2020年長江4、5號洪水三峽水庫調(diào)度過程

圖7 2020年長江4、5號洪水黃陵廟站流量和含沙量過程

2020年長江4號、5號洪水三峽水庫調(diào)度期間，出庫黃陵廟站含沙量連續(xù)11 d大于0.5 kg/m3，持續(xù)天數(shù)為試驗性蓄水以來第一位，出庫最大含沙量達到0.931 kg/m3，見圖7，為試驗性蓄水以來的第三位（第一位2018年1.33 kg/m3，第二位2013年1.24 kg/m3），日出庫沙量最大達340萬t（見圖7）。按沙峰輸移過程統(tǒng)計，三峽水庫入庫沙峰過程為8月13～23日，對應入庫沙量為12 650萬t，出庫沙峰過程為8月17日至9月7日，對應出庫沙量為3 390萬t，沙峰過程排沙比為27%，比試驗性蓄水以來平均排沙高9%。與往年場次洪水排沙比相比（見表2），2012，2013，2018，2020年沙峰排沙調(diào)度后，水庫沙峰過程排沙比均有所提高。

從水庫淤積量沿程分布來看，2020年8月清溪場以上庫段淤積泥沙2 337萬t，占8月庫區(qū)總淤積量的22%；清溪場以下庫段淤積泥沙8 237萬t，占8月庫區(qū)總淤積量的78%。與試驗性蓄水以來相比，2020年8月由于壩前洪水位較高，清溪場以上庫段泥沙淤積占比有所偏大，見表3。

表2 2010～2020年場次洪水排沙比統(tǒng)計

表3 2020年8月庫區(qū)分段沖淤量與試驗性蓄水以來對比（輸沙法）

5 結(jié)語

近年來，三峽水庫利用入庫洪峰、沙峰在水庫內(nèi)傳播時間的差異，提出了沙峰排沙調(diào)度模式，進行減淤調(diào)度試驗，并在2012，2013，2018年汛期進行了初步試驗，取得了較好的效果。

2020年8月中旬，長江上游接連形成4、5號洪水，三峽水庫入庫洪峰流量分別達到62 000，75 000 m3/s，8月13～23日洪水期間三峽入庫沙量達到1.27億t。根據(jù)泥沙實時監(jiān)測與預報成果，三峽水庫在進行防洪、航運調(diào)度的基礎上，實施了沙峰排沙調(diào)度，沙峰過程排沙比為27%，比試驗性蓄水以來平均排沙比高9%，取得了較好的排沙效果，為進一步完善三峽水庫“蓄清排渾”新模式積累了寶貴的經(jīng)驗。