蘇茂林，魏向陽，李保國

（1.黃河水利委員會，河南 鄭州 450003；2.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450003）

2021年黃河發(fā)生新中國成立以來最嚴重的秋汛洪水。此次秋汛歷時長、雨區(qū)重疊度高，洪水場次多、洪峰流量大、洪量大。8月下旬至10月上旬，黃河中下游9 d內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)3場編號洪水，潼關(guān)站發(fā)生1979年以來最大洪水，支流渭河、汾河、伊洛河、沁河均發(fā)生有實測資料以來同期最大洪水。多座水庫突破建庫以來最高蓄水位，黃河花園口站流量在4 000 m3／s以上的洪水歷時27 d，其中流量為4 800 m3／s左右的洪水歷時近20 d［1－2］。面對2021年嚴峻的秋汛洪水，黃河水利委員會（以下簡稱黃委）按照“系統(tǒng)、統(tǒng)籌、科學、安全”的黃河秋汛洪水防御原則，依法依規(guī)、科學有序開展干支流控制性水工程的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度。水工程調(diào)度既有戰(zhàn)略上的考量也有戰(zhàn)術(shù)上的安排，充分發(fā)揮了調(diào)度合力，在調(diào)度精度上下足“繡花”功夫，在確保水庫安全和灘區(qū)不漫灘的前提下，極限運用了水庫攔蓄洪功能，極致發(fā)揮了下游河道排洪能力，有效處置了復雜的汛情。

1 秋汛洪水雨水情特點

1.1 降雨開始早、歷時長、雨量大、籠罩范圍廣、雨區(qū)重疊度高

根據(jù)國家氣候中心監(jiān)測，2021年華西秋雨于8月23日開始，較常年偏早17 d，黃河中下游地區(qū)8月下旬至10月上旬發(fā)生多次明顯強降水過程，歷時近50 d。秋雨落區(qū)覆蓋整個黃河中下游地區(qū)，累計面雨量433.6 mm，較常年偏多1.4倍，列實測資料第一位，其中汾河、北洛河、涇河、渭河下游、伊洛河、沁河、三花（三門峽至花園口）干流、金堤河、大汶河較常年偏多2到4倍，山陜區(qū)間南部偏多近1倍，均列實測資料第一位，降雨落區(qū)在上述區(qū)間高度重疊。

1.2 洪水場次多、過程長、洪峰流量大、洪量大

9月下旬至10月上旬，中下游干流9 d內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)3次編號洪水，渭河華縣站、伊河東灣站、洛河盧氏站均出現(xiàn)5次洪峰流量超1 000 m3／s的洪水過程；經(jīng)水庫調(diào)度運用后，伊洛河黑石關(guān)站、沁河武陟站也出現(xiàn)3次以上明顯洪水過程，主要站洪水情況見表1。經(jīng)初步還原后，花園口站2次洪峰流量分別為12 500、11 000 m3／s，最大5 d洪量為44.1億m3［3］。

表1 2021年秋汛期主要水文站特征值及洪量統(tǒng)計

1.3 水庫蓄水位高

此次洪水場次多、洪量大，造成小浪底、陸渾、故縣、河口村及東平湖等水庫高水位運行，多座水庫出現(xiàn)歷史最高或次高蓄水位［4－5］。小浪底水庫最高水位273.50 m，沁河河口村水庫最高水位279.89 m，洛河故縣水庫最高水位537.75 m，三庫均達到建庫以來最高水位；伊河陸渾水庫最高水位319.39 m，為建庫以來第二高水位。

1.4 進入下游洪水歷時長、含沙量低，河道發(fā)生顯著沖刷

黃河下游花園口站流量在4 000 m3／s以上洪水歷時27 d，其中流量為4 800 m3／s左右洪水歷時近20 d。8月20日—10月31日進入下游河道水量162.69億m3、沙量0.260億t，利津站水量176.87億m3、沙量1.122億t。下游共沖刷泥沙0.913億t，主要集中在高村以上河段，占小浪底至利津河段沖刷量的92.1%。

2 秋汛洪水處理策略及調(diào)度思路

在2021年秋汛洪水防御中，重要的防洪目標之一是保障下游灘區(qū)防洪安全，而洪水不漫灘則黃河大堤平工段不偎水，也是保證黃河下游防洪安全的最好條件。黃河下游灘區(qū)涉及河南、山東兩省48個縣（市、區(qū)），耕地29.8萬hm2，既是行洪滯洪沉沙的場所，又是灘區(qū)廣大群眾賴以生存的家園。灘區(qū)特殊的自然條件導致群眾安全缺乏保障，經(jīng)濟發(fā)展落后，河南、山東兩省灘區(qū)居民遷建規(guī)劃實施后，仍有近百萬人生活在洪水威脅中。根據(jù)現(xiàn)狀地形調(diào)查分析，當花園口站發(fā)生8 000 m3／s洪水時，下游灘區(qū)大部分將受淹。另外，歷史原因?qū)е聻┑厣线€修了大量生產(chǎn)堤，共計882.6 km，一方面減小了中小洪水漫灘概率，加重灘唇淤積，加劇“二級懸河”形勢；另一方面，一旦生產(chǎn)堤沖決（或潰決），易引發(fā)“橫河”或“斜河”，危及黃河大堤安全。

實現(xiàn)灘區(qū)防洪安全這個目標不僅要考慮下游主槽的過洪能力，還要考慮洪水特點及水工程狀況，應根據(jù)水文氣象預報、實際來水情況、水工程運行工況等，明確總體與階段性調(diào)度目標，層層厘清防洪任務，在確保水工程自身安全的同時，通過攔洪、排洪、滯洪、削峰、錯峰等手段，合理處置洪水的蓄泄，使洪水安然入海。如果把這次防御工作比作一次“戰(zhàn)役”的話，分布于干支流上的各骨干水工程就是鎮(zhèn)守一方的“主力軍”，水工程調(diào)度就好比指揮這一支支“部隊”相互策應、配合，迎戰(zhàn)洪水這個“敵人”。水工程調(diào)度既有諸如來水總量的空間調(diào)配，水庫、下游灘區(qū)、滯洪區(qū)、河道等各自的防洪安全及作用等“戰(zhàn)略”問題，又包含水庫的蓄泄時機、干支流流量過程精準對接等這些具體“戰(zhàn)術(shù)”問題。在這場歷史罕見的秋汛中，一方面，水庫庫容是有限定量，考量樞紐大壩及庫區(qū)安全，不可能把上游來水全部吃到水庫“肚子”里；另一方面，又要在最大限度攔洪、削峰、錯峰的同時，確保下游河道承載能力和灘區(qū)人民安全，不能隨意把洪水排出去。既要審時度勢，又要統(tǒng)籌安排，是一個復雜、系統(tǒng)、科學的決策過程。

根據(jù)洪水防御戰(zhàn)略部署具體的防御戰(zhàn)術(shù)，精細調(diào)配防洪庫容，科學制定聯(lián)合調(diào)度方案。具體如下：在秋汛前期，8月20—9月17日，科學調(diào)度干支流水庫群，在確保水庫安全的前提下，充分發(fā)揮干支流水庫攔洪、削峰、錯峰作用，減輕下游防洪壓力；在秋汛關(guān)鍵期，9月18日—10月19日，聯(lián)合調(diào)度黃河中游干支流水庫群防洪運用，在確保防洪安全的前提下，最大限度挖掘伊河陸渾、洛河故縣、沁河河口村水庫防洪運用潛力，最高運用水位可至移民水位或蓄洪限制水位；及時調(diào)整小浪底水庫下泄流量，湊泄花園口站流量2 600～4 800 m3／s，盡量縮短小浪底水庫270 m以上水位運用時間。三門峽水庫視情況投入滯洪運用。同時利用黃河上中游劉家峽、萬家寨及支流張峰等水庫攔蓄基流。黃河下游實施東平湖滯洪區(qū)與金堤河補償泄洪調(diào)度，實時調(diào)控金堤河向黃河泄水的流量，減輕金堤河洪水災害，有效應對大汶河洪水，動態(tài)調(diào)控東平湖，控制艾山流量在5 200 m3／s以下和東平湖老湖水位不超42.72 m。在確保涵閘安全的前提下，通過16座引黃涵閘分洪，減輕濱州、東營等下游河段防洪壓力。在退水期，10月20日—31日，綜合考慮河南和山東河段水位變化、工程出險和河勢變化等因素，小浪底水庫逐步壓減流量至發(fā)電流量下泄，控制庫水位不超270 m，萬家寨、三門峽、陸渾、故縣、河口村水庫水位逐步向非汛期正常蓄水位過渡。

3 秋汛洪水調(diào)度過程及效果

3.1 秋汛前期調(diào)度

（1）8月20日—8月26日，水庫調(diào)度目標以洪水資源化為主。

該時段渭河、洛河出現(xiàn)多次明顯洪水過程，但量級不大，預報中下游來水量較為平穩(wěn)，干支流各水庫運用正處于由前汛期汛限水位向后汛期汛限水位過渡的階段，庫水位處于前汛期汛限水位附近，中游承擔防洪任務的5座水庫后汛期汛限水位以下庫容22.63億m3，足以“吃下”這次洪水，水庫調(diào)度目標以洪水資源化為主。

三門峽水庫自8月23日12時潼關(guān)流量大于1 500 m3／s時開始按敞泄運用，25日8時停止敞泄，按庫水位不超305 m控制運用。小浪底水庫按照300 m3／s流量控泄，全力攔蓄洪水，向后汛期汛限水位過渡，水庫攔蓄洪水5.94億m3。洪水經(jīng)中游干支流水庫大量攔截后，花園口站次洪水量僅2.33億m3，其中黑石關(guān)站水量占43.92%，沁河武陟站占5.14%。

（2）8月28日—9月11日，水庫調(diào)度以控制黃河下游不出現(xiàn)編號洪水為目標。

此次洪水潼關(guān)站洪峰流量3 300 m3／s、次洪水量17.13億m3。中游三門峽、小浪底、陸渾、故縣、河口村水庫水位處于后汛期汛限水位附近，防洪運用水位以下防洪庫容約50億m3，水庫調(diào)度以控制黃河下游不出現(xiàn)編號洪水為目標。三門峽水庫敞泄運用，小浪底水庫按控制花園口流量不超過4 500 m3／s運用，潼關(guān)以上來水大部被小浪底水庫攔截，水庫攔蓄水量6.74億m3。

3.2 秋汛關(guān)鍵期調(diào)度

（1）9月18日—10月4日，水庫調(diào)度以控制下游不超平灘流量、縮短小浪底水庫高水位運用歷時為目標。

9月18—23日干支流水庫延續(xù)上階段調(diào)度思路，9月27日黃河2021年第1號洪水、第2號洪水相繼形成。9月25日—10月4日洪水過程，三門峽入庫洪水總量35.61億m3，小花間洪水總量17.19億m3，與此同時，黃河下游出現(xiàn)干流洪水與大汶河、金堤河洪水遭遇的不利情況，大汶河、金堤河洪水總量分別為3.43億、1.89億m3。

針對即將發(fā)生的洪水過程，如何同時保證水庫大壩及下游防洪安全成為焦點。若水庫繼續(xù)按上階段調(diào)度思路執(zhí)行，小浪底水庫水位將超270 m，需要重點考慮庫周地質(zhì)災害問題的影響；河口村水庫2018年汛期投入正常防洪運用以來還未經(jīng)過高水位檢驗。下游防洪方面，若小浪底水庫按最高水位不超270 m、其他水庫按《2021年黃河中下游洪水調(diào)度方案》運用，花園口控泄流量需要加大到5 000 m3／s以上。

面對黃河中下游嚴峻的防洪形勢，黃委統(tǒng)籌考慮水庫運行安全、庫區(qū)安全及下游河道行洪安全，分析提出支流水庫庫容有限，只能“吃掉”小花（小浪底至花園口）區(qū)間很少一部分水量，大部分水量還需要通過小浪底水庫攔蓄和河道排泄共同完成，這期間如果按控制花園口流量不超過4 500 m3／s運用，多余的水量可通過小浪底水庫水位超270 m來解決，同時三門峽水庫325 m高程以下有防洪庫容18億m3，可作為戰(zhàn)略后手，在緊急情況下予以啟用。據(jù)此洪水處理思路，黃委以花園口站流量和小浪底水庫水位為主要控制目標，聯(lián)合調(diào)度黃河中游干支流水庫群防洪運用，最大限度挖掘伊河陸渾、洛河故縣、沁河河口村水庫防洪運用潛力，最高運用水位可至移民水位或蓄洪限制水位；9月29日2時至30日16時，小浪底水庫下泄流量由900 m3／s逐級加大至3 300 m3／s，與支流水庫聯(lián)合調(diào)度，控制花園口站流量不超4 700 m3／s，同時盡量縮短小浪底水庫270 m以上水位運用時間。為減小黃河進入中游的基流，龍口水庫聯(lián)合調(diào)度，自9月28日12時起按500 m3／s下泄，待萬家寨水庫水位蓄至975 m時，按進出庫平衡運用。下游為有效應對大汶河洪水、減輕金堤河洪水災害，東平湖滯洪區(qū)與金堤河按控制艾山以下河段不超漫灘流量進行補償泄洪入黃調(diào)度，多舉措分泄東平湖洪水，盡可能降低老湖區(qū)水位、控制金堤河不超保證水位。中下游水工程在兩場洪水之間的窗口期盡量加大下泄流量、降低蓄水位，為迎接下一場洪水做好準備。

（2）10月5—19日，水庫調(diào)度以控制花園口站流量為4 800 m3／s左右、小浪底水庫水位不超過274 m并盡量能減少高水位持續(xù)時間為目標，利用引調(diào)水工程為洪水尋找出路。

10月5日潼關(guān)站形成2021年第3號洪水，10月5—20日三門峽入庫洪水總量60.97億m3，小花間洪水總量10.62億m3。此次洪水防御重點是下游灘區(qū)，中游水庫群繼續(xù)以控制花園口流量在4 800 m3／s左右為目標進行湊泄，盡力挖掘支流水庫防洪潛力，陸渾、故縣水庫逐步壓減下泄流量直至關(guān)閉閘門，分別控制庫水位不超過移民高程319.5、544.2 m，河口村水庫控制庫水位不超280 m，盡力為小浪底水庫加大下泄水量創(chuàng)造條件，縮短小浪底水庫高水位運行時間。10月9日8時，小浪底水庫水位超過273 m，為保證水庫防洪安全，經(jīng)深入研究并多次會商，三門峽水庫于10月9日17時投入滯洪運用，按照小浪底出庫流量為4 200 m3／s控泄，在10月11日上游來水流量減小后，按回蓄到315 m后進出庫平衡運用。上游繼續(xù)利用劉家峽、萬家寨、張峰等水庫攔蓄基流，實時動態(tài)調(diào)控東平湖、金堤河向黃河泄水流量，在保證黃河灘區(qū)安全的同時，確保東平湖水位有序回落。

10月黃河上游進入非汛期，面對嚴峻的中下游防洪形勢，為減小進入中游基流，10月上旬，劉家峽水庫日均出庫流量由900 m3／s壓減至600 m3／s。中游萬家寨水庫適當攔蓄來水，待水庫水位蓄至977 m時，按進出庫平衡運用，整個秋汛防洪運用期間，萬家寨水庫最高蓄水位為978.94 m，為建庫以來汛期最高運用水位，洪水過程中最大攔蓄洪水量為3.09億m3。

3.3 退水期調(diào)度

10月20日，小浪底水庫水位降至270 m，黃河秋汛正式進入退水期。綜合考慮退水期河南和山東河段水位變化、工程出險、河勢變化等因素，小浪底水庫逐步壓減流量至發(fā)電流量下泄，控制庫水位不超270 m。萬家寨、三門峽、陸渾、故縣、河口村水庫水位逐步向非汛期正常蓄水位過渡。

3.4 調(diào)度效果

據(jù)統(tǒng)計，干流洪水經(jīng)小浪底、三門峽水庫調(diào)蓄后，最大削峰率達到85%；支流伊洛河洪水經(jīng)陸渾、故縣水庫調(diào)蓄后最大削峰率達到50%，沁河洪水經(jīng)河口村水庫調(diào)蓄后最大削峰率達59%。干支流水庫共同作用后，將花園口站6 180～12 500 m3／s的洪峰削減為2 390～5 220 m3／s，最大削峰率達58%。小浪底水庫調(diào)度過程見圖1。通過全面統(tǒng)籌、精準把控洪水調(diào)度，流域防洪工程充分發(fā)揮了防洪減災效益；避免了下游灘區(qū)140萬人轉(zhuǎn)移和26.6萬hm2耕地受淹，保證了下游灘區(qū)防洪安全，沒有發(fā)生重點險情災情，也沒有人員傷亡，取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

圖1 小浪底水庫調(diào)度指令與執(zhí)行情況

4 對于秋汛洪水調(diào)度的認識

4.1 堅持正確的洪水處理原則是成功防御洪水的戰(zhàn)略基礎(chǔ)

2021年秋汛洪水防御，黃委根據(jù)該洪水歷時長、含沙量低的秋汛典型特點，按照“系統(tǒng)、統(tǒng)籌、科學、安全”的原則，有效利用洪水預報，強化會商分析研判，加強與地方溝通，按照統(tǒng)籌洪水蓄泄關(guān)系的理念，精準調(diào)度防洪工程，取得了秋汛洪水防御工作的全面勝利。

秋汛洪水期間，圍繞確保水庫自身防洪安全、保障下游洪水不漫灘的目標，根據(jù)預報的總體來水量，通過全面分析謀劃，按照統(tǒng)籌洪水蓄泄的調(diào)度理念，充分考慮水庫的蓄洪空間、河道的排洪空間以及滯洪區(qū)的分洪空間，在宏觀上為洪水尋找出路。在該理念指導下，劉家峽、萬家寨等水庫主要控制中游基流，小浪底水庫主要控制潼關(guān)以上來水，陸渾、故縣、河口村水庫控制小花間支流來水，三門峽水庫作為戰(zhàn)略后手隨時待命，河道按照主槽最大過洪能力全力排洪，使水庫、河道適當分攤風險，緩解高風險區(qū)域防洪壓力。

4.2 干支流水庫群精準調(diào)度是成功防御洪水的重要手段

2021年秋汛洪水黃河中游干支流同時來水，參與調(diào)度的水庫群為串并混聯(lián)關(guān)系，各水庫至干流控制斷面花園口的距離不等，實際傳播時間又與流量大小、河道邊界條件等關(guān)系密切，洪水調(diào)度既要考慮傳播時間，又要考慮區(qū)間加水，要做到干支流水庫精準對接、確保花園口流量控制在目標流量附近，同時雨水情勢變化快、調(diào)度窗口期短，需要干支流水庫精準對接。黃委秋汛防御方案組在充分考慮秋汛洪水預報精度水平、干支流水庫調(diào)蓄能力后，提出了“先細后粗、先支流后干流”調(diào)度方案制定路線，即先確定陸渾、故縣、河口村水庫調(diào)度方案，再根據(jù)花園口控制流量目標反算小浪底水庫調(diào)度方案，同時對調(diào)度方案實時修正，保證了下游控制流量在合理范圍內(nèi)。

4.3 充分利用主槽排泄洪水是保障行洪安全的重要途徑

此次秋汛洪水過程長，在中游骨干水庫全力配合運用下，下游花園口站流量在4 000 m3／s以上的歷時27 d，其中流量在4 800 m3／s左右歷時近20 d，對于洪水處置保障安全起到了關(guān)鍵作用。同時，下游大流量長歷時行洪也承擔了巨大的壓力，經(jīng)沿黃各級政府、單位全力搶護，黃河堤防、河道工程等沒有出現(xiàn)重大險情，確保了河道行洪安全和下游灘區(qū)安全。同時，小浪底水庫建成以來通過調(diào)水調(diào)沙和水庫攔沙，持續(xù)擴大和恢復下游河道過洪能力，最小平灘流量由2002年的1 800 m3／s提高到5 000 m3／s左右，也為保障行洪安全創(chuàng)造了條件。

4.4 利用窗口期預泄調(diào)度是爭取防洪主動的有效措施

秋汛期間干支流洪水場次多，在兩場大的洪水過程之間，干流及支流渭河、伊洛河、沁河等均有一個落水過程的窗口期，結(jié)合洪水預報結(jié)果，利用預報調(diào)度一體化平臺等先進預演技術(shù)，在窗口期盡量增加下泄水量，為迎接下一場洪水做好準備，騰出庫容，為洪水處置提供了更充裕的空間，減輕了后期防洪壓力。

4.5 及時準確的洪水預報為防洪調(diào)度提供技術(shù)支撐

秋汛期間水文預報總體精度較高，有效支撐了洪水防御工作，同時面對罕見洪水過程對洪水預報的超常規(guī)要求，仍需要進一步加強流域監(jiān)測站網(wǎng)體系建設(shè)，提升雨水情監(jiān)測預警能力，提高洪水預報精度，延長預見期。