鄒 強(qiáng),丁 毅,肖 揚(yáng) 帆,喻 杉,徐 興 亞

(1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430010; 2.流域水安全保障湖北省重點(diǎn)實驗室,湖北 武漢 430010; 3.中國長江三峽集團(tuán)有限公司,湖北 宜昌 443133)

0 引 言

長江在中國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中擁有舉足輕重的地位。洪澇災(zāi)害歷來是中華民族心腹之患[1-3],長江流域暴雨洪澇頻發(fā),嚴(yán)重威脅沿岸防洪安全。作為長江流域治理開發(fā)保護(hù)的骨干性工程,長江上游巨型水庫群在保障流域防洪安全、供水安全、生態(tài)安全等方面發(fā)揮著重要作用,有力支撐和保障了國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展[4-6]。但是,受全球氣候變化和人類活動的影響,長江流域極端暴雨事件頻發(fā),流域大洪水伴隨的巨大洪水來量與河道安全泄量的矛盾依然突出[7]。

長江干流中下游總體防洪標(biāo)準(zhǔn)為防御新中國成立以來發(fā)生的最大洪水,即1954年洪水,荊江河段防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇,同時對遭遇類似1870年洪水應(yīng)有可靠的措施保證荊江兩岸干堤防洪安全,防止發(fā)生毀滅性災(zāi)害;上游一般地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20～50 a一遇,宜賓、瀘州主城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇,重慶市主城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇[1,7-8]。

目前,長江防洪減災(zāi)體系基本建立。長江上游初步形成了由干支流水庫、河道整治、堤防護(hù)岸等組成的防洪工程體系,已建成三峽、溪洛渡、烏東德等眾多防洪控制性水庫;長江中下游基本形成了以堤防為基礎(chǔ),三峽水庫為骨干,其他干支流水庫、蓄滯洪區(qū)、河道整治工程、平垸行洪、退田還湖等相配合的防洪工程體系。長江流域建成的各類水利工程數(shù)量龐大,干支流已建成水庫5.2萬座,其中,已建成大型水庫303座,總調(diào)節(jié)庫容1 500億m3,總防洪庫容約800億m3。同時,長江流域氣象水文站網(wǎng)已基本控制流域降雨水情變化,流域水文氣象自動測報系統(tǒng)、預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)為防洪減災(zāi)提供了良好的技術(shù)支撐。

長江防洪調(diào)度堅持“蓄泄兼籌,以泄為主”的指導(dǎo)方針及“江湖兩利,左右岸兼顧,上中下游協(xié)調(diào)”的指導(dǎo)原則。長江流域防洪以防御1954年洪水為目標(biāo),重點(diǎn)和難點(diǎn)在長江中游地區(qū)。1954年長江洪水造成了大范圍的洪災(zāi),長江中下游地區(qū)災(zāi)情嚴(yán)重,分洪潰口水量達(dá)1 023億m3,損失巨大。1954年洪水特點(diǎn)有[9-10]:① 洪水量大,洪峰水位、流量高。洞庭湖水系、鄱陽湖水系等重要支流、湖泊的洪量幾乎全部超過或接近各水系的大洪水年份,最大流量自城陵磯以下均突破歷史實測紀(jì)錄。宜昌、漢口、大通等主要水文站汛期洪量的頻率相當(dāng)于100～200 a一遇。② 峰型肥胖、洪水歷時長。長江上游金沙江及岷江、嘉陵江、烏江等主要支流匯入干流后,在宜昌形成較肥胖的洪峰,全年流量超過40 000 m3/s的持續(xù)時間達(dá)45 d,這是有記載以來持續(xù)時間較長的一年。③ 上、中、下游洪水發(fā)生遭遇。中下游地區(qū)洪水推遲到7月份,較一般年份遲了將近1個月,上游的洪水又提前發(fā)生,如此遭遇情況使得全江各河段干支流洪水過程疊加,相互影響,形成長江全流域型特大洪水。

近年來,以防御1954年洪水為目標(biāo),相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了重點(diǎn)研究。金興平[7]在分析長江洪水特性和重要防洪對象需求的基礎(chǔ)上,采用集合與解耦相結(jié)合的方法,基于就近有效與遏制洪源的原則,提出了長江上游水庫群“一個核心、一組骨干和五大群組”的聯(lián)合防洪調(diào)度總體布局,分析了長江上游21座水庫群的聯(lián)合防洪調(diào)度效果。喻杉等[10]結(jié)合批復(fù)的長江上游水庫群聯(lián)合調(diào)度方案,基于洪水特性分析將1954年洪水分為4場洪水進(jìn)行調(diào)度,分析了長江上游21座水庫群聯(lián)合調(diào)度的防洪作用,并指出如果要進(jìn)一步減輕中下游防洪壓力,需對三峽水庫防洪庫容實行優(yōu)化利用。張瀟等[11]通過梳理長江上中游流域控制性水庫與蓄滯洪區(qū)的防洪目標(biāo)及任務(wù),探索了控制性水庫與蓄滯洪區(qū)聯(lián)合防洪調(diào)度方式。上述研究以2020年前建庫水平的長江上游21座水庫群為對象開展研究,優(yōu)化了長江上游水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度方案,取得的研究成果有力支撐了實際洪水調(diào)度,并展望了烏東德、白鶴灘、兩河口等水庫投入后的防洪調(diào)度格局,為本文提供了研究思路和技術(shù)支撐。然而,上述研究主要基于已批復(fù)水庫群聯(lián)合調(diào)度方案開展研究,尚需在細(xì)化控制指標(biāo)、開展防洪風(fēng)險的基礎(chǔ)上優(yōu)化調(diào)度策略,探索擴(kuò)大三峽水庫對城陵磯防洪庫容、進(jìn)一步減少中下游超額洪量的可行性。

因此,為適應(yīng)新形勢下防御流域大洪水的重大需求,優(yōu)化完善長江水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度的技術(shù)手段,本文針對實際發(fā)生的1954年流域性大洪水,基于長江上游大規(guī)?？刂菩运畮炫浜先龒{水庫聯(lián)合防洪調(diào)度方案,側(cè)重探索基于防洪控制條件優(yōu)化、防洪風(fēng)險研判應(yīng)對的聯(lián)合防洪優(yōu)化調(diào)度策略,并分析比較以三峽水庫為核心的長江上游水庫群聯(lián)合防洪優(yōu)化調(diào)度效果,提高干支流水庫群防洪能力,為長江防御大洪水實時調(diào)度決策和聯(lián)合調(diào)度方案優(yōu)化提供新思路。

1 納入聯(lián)合調(diào)度范圍的長江流域水工程

2012年起,隨著調(diào)度研究和管理工作的持續(xù)深入推進(jìn),長江水利委員會每年組織編制年度水庫群聯(lián)合調(diào)度方案(2019年后改稱聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用計劃),并逐步擴(kuò)大水庫群規(guī)模以及拓展深度廣度。長江流域水工程由最初的10座水庫(2012年),逐步擴(kuò)展到17座(2013年)、21座(2014～2016年)、28座(2017年)和40座(2018年);2019年首次納入蓄滯洪區(qū)、排澇泵站和引調(diào)水工程,數(shù)量達(dá)到100座;2020年又新增納入烏東德水庫;2021年新增納入白鶴灘、兩河口、猴子巖、長河壩、大崗山、江坪河6座水庫;2022年新增納入涔天河、東江、三板溪、托口4座水庫。2023年新增江口、武都2座水庫。聯(lián)合調(diào)度范圍從長江上游逐步延展至上中游乃至全流域,聯(lián)合調(diào)度目標(biāo)從單一防洪為主向防洪、蓄水、供水、生態(tài)、應(yīng)急等多目標(biāo)綜合調(diào)度轉(zhuǎn)變,逐步形成了以三峽水庫為核心,金沙江下游四座梯級水庫為骨干,金沙江中游水庫群、雅礱江水庫群、岷江水庫群、嘉陵江水庫群、烏江水庫群、“兩江兩湖水庫群”(清江群、洞庭湖“四水”群、漢江群、鄱陽湖“五河”群)等9個上中游梯級水庫群組相配合的長江水庫群聯(lián)合調(diào)度體系[12]。

至此,根據(jù)水利部最新批復(fù)的《2023年度長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用計劃》[13],納入長江流域聯(lián)合調(diào)度范圍的水工程共計125處,包括:控制性水庫53座,總調(diào)節(jié)庫容達(dá)1 169億m3,總防洪庫容706億m3;蓄滯洪區(qū)46處,總蓄洪容積583.68億m3;排澇泵站11座,總排澇能力約1 880 m3/s;水閘9座,總設(shè)計泄流能力約8 078 m3/s;引調(diào)水工程6項,年設(shè)計總引調(diào)水規(guī)模284億m3。

長江水庫群是流域防洪體系的重要組成部分,根據(jù)流域防洪規(guī)劃和總體安排,上游干支流水庫群預(yù)留了大量防洪庫容,除承擔(dān)所在河流(河段)防洪任務(wù)外,還配合三峽水庫承擔(dān)長江中下游防洪任務(wù);長江中下游支流水庫主要承擔(dān)所在流域尾閭防洪任務(wù),與長江干流水庫群防洪調(diào)度相協(xié)調(diào)。按照2023年度長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用計劃[13],當(dāng)長江中下游發(fā)生大洪水時,三峽水庫聯(lián)合上游金沙江、雅礱江、岷江、嘉陵江、烏江等干支流水庫,以及清江、洞庭湖水系水庫,以沙市水文站、城陵磯水文站為主要控制目標(biāo),實施以三峽水庫為核心的水庫群聯(lián)合防洪補(bǔ)償調(diào)度。同時,考慮到洪水地區(qū)組成和遭遇特性,結(jié)合多區(qū)域協(xié)同防洪任務(wù),長江上中游水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度投入次序原則為:長江上游先動用雅礱江與金沙江中游梯級水庫攔蓄,再動用金沙江下游梯級攔蓄,必要時動用岷江、嘉陵江、烏江梯級水庫攔蓄;長江中游清江、洞庭湖四水、漢江、鄱陽湖五河水庫群在滿足本流域防洪要求的前提下,與三峽水庫相機(jī)配合調(diào)度[7-8,14]。

長江水庫群作為流域防洪調(diào)度的“王牌”,近年來防洪效益顯著,先后成功應(yīng)對了2010,2012,2016,2017年和2020年洪水[12,15-16]。綜合考慮水庫的工程規(guī)模、防洪能力、控制作用、運(yùn)行情況等因素,本次選取長江上游具有控制性的25座水庫群進(jìn)行研究,分布于金沙江中游(梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯?shù)乩⒂^音巖6座水庫)、金沙江下游(烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩4座水庫)、雅礱江(兩河口、錦屏一級、二灘3座水庫)、岷江大渡河(雙江口、瀑布溝、紫坪鋪3座水庫)、嘉陵江(碧口、寶珠寺、亭子口、草街4座水庫)、烏江(構(gòu)皮灘、思林、沙沱、彭水4座水庫)和長江干流三峽水庫[17]。25座水庫的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示,總庫容1 512億m3,防洪庫容為489億m3,其中上游水庫群可用于配合三峽水庫對長江中下游防洪調(diào)度的防洪庫容為229.61億m3,分別為金沙江中游梯級15.25億m3、雅礱江梯級45億m3、金沙江下游梯級140.33 m3、岷江梯級12.63億m3、嘉陵江梯級14.4億m3和烏江梯級2億m3。

圖1 長江上游25座水庫群示意Fig.1 Schematic diagram of 25 reservoirs in the upper reaches of the Changjiang River

2 針對1954年洪水的長江上游水庫群聯(lián)合防洪優(yōu)化調(diào)度策略

根據(jù)搭建完成的具有“時-空-量-序-效”多維度屬性的水庫群多區(qū)域協(xié)同防洪調(diào)度模型,耦合上游干支流梯級水庫、三峽水庫、河道于一體的具有洪水演進(jìn)、回水推算、調(diào)洪計算等功能模塊,形成以三峽水庫為核心的長江上游水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度模型[18],如圖2所示。以1954年洪水為例進(jìn)行研究,計算分析以三峽水庫為核心的長江上游水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度效果。

圖2 以三峽水庫為核心的長江上游水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度模型Fig.2 The joint flood control operation model of reservoirs in Upper Changjiang River with Three Gorges Reservoir as the core

依據(jù)最新的聯(lián)合防洪調(diào)度方案[13],針對1954年洪水,在長江上游水庫群聯(lián)合調(diào)度模式下,三峽水庫調(diào)洪高水位為160.45 m,已超過158.00 m,此時三峽水庫對城陵磯防洪庫容76.9億m3已用完,長江中下游已出現(xiàn)超額洪量。在留有對干支流水庫所在區(qū)域防洪庫容的前提下,上游水庫群可用于配合三峽水庫繼續(xù)對長江中下游防洪的庫容為40.45億m3;三峽水庫尚有剩余防洪庫容127.59億m3,后續(xù)仍有較大防洪能力。而7月29日三峽水庫水位超過158.00 m后,城陵磯地區(qū)將會出現(xiàn)超額洪量,有必要針對1954年洪水優(yōu)化以三峽為核心的長江上游水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度方式,以充分利用防洪庫容,進(jìn)一步減少長江中下游超額洪量。

通過對流域防洪需求和調(diào)度方式進(jìn)行梳理,基于不同視角和相關(guān)研究思路[15-16,19],考慮水庫群防洪調(diào)度風(fēng)險分析理論與方法[20-21],提出3種優(yōu)化調(diào)度策略:

(1) 繼續(xù)對城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度策略。根據(jù)上游水庫群配合三峽水庫聯(lián)合調(diào)度方式,1954年,三峽水庫水位在158 m后轉(zhuǎn)入對荊江防洪調(diào)度時,上游水庫和三峽水庫均有較大的剩余防洪庫容,可進(jìn)一步配合三峽水庫對中下游進(jìn)行防洪調(diào)度。而此時如果城陵磯地區(qū)來水較大,防洪形勢依然較為嚴(yán)峻,且結(jié)合來水預(yù)報,預(yù)判后續(xù)不會發(fā)生壩址百年一遇洪水甚至特大洪水的前提下,三峽水庫有可能、也有條件在158 m以上繼續(xù)實施對城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度。

(2) 優(yōu)化對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度策略。由于1954年全流域來水均較大,且中下游區(qū)間來水大、水位高,從長江上游水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度過程來看,在三峽水庫水位達(dá)到158.00 m前基本所有時段按照城陵磯不超保證水位34.40 m進(jìn)行控制;在三峽水庫水位達(dá)到158.00 m以后,按沙市不超44.50 m進(jìn)行控制。為減少三峽水庫水位158.00 m之后的中下游超額洪量,考慮按沙市不超44.00 m進(jìn)行控制,通過減少三峽水庫出庫流量,來減少中下游超額洪量。

(3) 考慮庫區(qū)回水淹沒影響的調(diào)度策略。以上兩種調(diào)度策略均會抬升庫水位,但隨著三峽水庫水位逐步抬升,三峽庫區(qū)將面臨回水淹沒問題。需要比較荊江河段、回水末端彈子田、城陵磯地區(qū)、庫區(qū)長壽縣的損失承受能力和控制條件,對三峽庫區(qū)回水淹沒風(fēng)險和中下游分洪風(fēng)險作出快速判斷和有效決策,以充分利用和科學(xué)調(diào)配上游水庫群防洪庫容。為此,本文考慮庫區(qū)回水淹沒影響,動態(tài)調(diào)整三峽水庫防洪調(diào)度過程,以減少中下游超額洪量。

2.1 繼續(xù)對城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度策略

在上游水庫群配合下,考慮在三峽水庫水位超158.00 m后,繼續(xù)實施對城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度,三峽水庫對城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度控制水位分別設(shè)置為161.00,163.00,164.00 m?？紤]4種調(diào)度方案:

(1) 方案1。基本方案,即當(dāng)三峽水庫水位不超過158.00 m時,實施對城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度;當(dāng)三峽水庫水位在158.00 m以上時,轉(zhuǎn)為對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度。

(2) 方案2。對城陵磯防洪補(bǔ)償控制水位為161.00 m,即當(dāng)三峽水庫水位不超過161.00 m時,實施對城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度;當(dāng)三峽水庫水位在161.00 m 以上時,轉(zhuǎn)為對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度。

(3) 方案3。對城陵磯防洪補(bǔ)償控制水位為163.00 m,即當(dāng)三峽水庫水庫在163.00 m以上時,轉(zhuǎn)為對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度。

(4) 方案4。對城陵磯防洪補(bǔ)償控制水位為164.00 m,即當(dāng)三峽水庫水位在164.00 m以上時,轉(zhuǎn)為對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度。

不同調(diào)度情形的三峽水庫水位過程如圖3所示。

圖3 上游水庫群配合下三峽水庫水位調(diào)度過程(繼續(xù)對城陵磯防洪調(diào)度策略)Fig.3 Water level process of Three Gorges Reservoir operation under the cooperation of upstream reservoirs with the strategy of continuous flood control for Chenglingji area

針對不同的三峽水庫對城陵磯防洪補(bǔ)償控制水位方案,分別統(tǒng)計上游水庫群配合三峽水庫投入防洪庫容和長江中下游超額洪量,如表1所列。由調(diào)度過程分析可知,如果采取方案4進(jìn)行調(diào)度,在8月3日和8月8日庫區(qū)會出現(xiàn)回水淹沒損失。為安全起見,本次推薦選取方案3,即三峽水庫繼續(xù)對城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度的控制水位為163.00 m,此時三峽水庫調(diào)洪高水位為165.12 m,長江中下游超額洪量為256億m3,相比基本方案減幅為12.3%。

表1 上游水庫群配合三峽水庫優(yōu)化防洪調(diào)度成果(繼續(xù)對城陵磯防洪調(diào)度策略)Tab.1 Results of optimal flood control operation of upstream reservoir group combined with Three Gorges Reservoir with the strategy of continuous flood control for Chenglingji area 億m3

2.2 優(yōu)化對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度策略

考慮優(yōu)化三峽水庫對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度方式,三峽水庫水位在158.00 m以上時按沙市站不超 44.00 m 進(jìn)行控制,對應(yīng)的枝城流量為51 700 m3/s左右。此時,考慮宜昌-枝城區(qū)間防洪補(bǔ)償,三峽水庫出庫流量將相應(yīng)減小,使得匯入中下游的洪水減少,進(jìn)而減少中下游超額洪量?；趯ηG江防洪補(bǔ)償調(diào)度策略優(yōu)化,考慮以下3種調(diào)度方案:

(1) 常規(guī)防洪調(diào)度方案,即上述方案1。

(2) 方案5。158.00 m優(yōu)化荊江方案,即當(dāng)三峽水庫水位不超過158.00 m時,實施對城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度,按照沙市站不超44.50 m、城陵磯站不超34.40 m 控制;當(dāng)三峽水庫水位超158.00 m時調(diào)整對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度方式,按沙市站不超44.00 m進(jìn)行控制。

(3) 方案6。161.00 m優(yōu)化荊江方案。即當(dāng)三峽水庫水位不超過158.00 m時,實施對城陵磯防洪補(bǔ)償調(diào)度,按照沙市站不超44.50 m、城陵磯站不超34.40 m控制;當(dāng)三峽水庫水位在158.00～161.00 m時維持現(xiàn)有對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度方式;當(dāng)三峽水庫水位超161.00 m時調(diào)整對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度方式,按沙市站不超44.00 m進(jìn)行控制。

不同調(diào)度情形的三峽水庫水位過程如圖4所示。

圖4 上游水庫群配合下三峽水庫水位-流量調(diào)度過程(優(yōu)化對荊江防洪調(diào)度策略)Fig.4 Water level process of Three Gorges Reservoir under the cooperation of upstream reservoir groups with the optimization strategy of flood control for Jingjiang reach

由圖4調(diào)度過程可知,水庫群聯(lián)合調(diào)度條件下,三峽水庫水位于7月28日超過158.00 m,而后期中下游來水仍然較大,特別是洞庭湖區(qū)間來水大,可考慮按沙市站水位不超44.00 m進(jìn)行控制。但發(fā)現(xiàn)采用方案6時,三峽水庫8月8日庫水位為166.66 m,此時會出現(xiàn)庫區(qū)回水淹沒,即便是三峽水庫水位在159.00 m或160.00 m時按沙市站水位不超44.00 m進(jìn)行控制,庫區(qū)仍然會發(fā)生回水淹沒。因此,安全起見,推薦選取方案5。

基于對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度策略優(yōu)化,相應(yīng)的水庫群聯(lián)合防洪優(yōu)化調(diào)度成果見表2。可見,當(dāng)三峽水庫水位在158.00 m以上時優(yōu)化荊江防洪調(diào)度方式,按沙市不超44.00 m減少三峽水庫出庫流量,三峽水庫調(diào)洪高水位為166.18 m,三峽庫區(qū)沒有回水淹沒,長江中下游超額洪量為249億m3,相比基本方案減少14.7%。

表2 上游水庫群配合三峽水庫優(yōu)化防洪調(diào)度成果(優(yōu)化對荊江防洪調(diào)度策略)Tab.2 Results of optimal flood control operation of upstream reservoir group combined with Three Gorges Reservoir with the optimization strategy of flood control for Jingjiang reach 億m3

2.3 考慮庫區(qū)回水淹沒影響的調(diào)度策略

上述兩種調(diào)度策略,分別結(jié)合荊江和城陵磯不同防洪對象,實施三峽水庫防洪調(diào)度方式優(yōu)化,且方案選擇時盡量不影響庫區(qū)回水安全。如果結(jié)合工程處理措施,在庫區(qū)回水?dāng)嗝婵赡苁艿接绊憰r進(jìn)行有效處置,可為上游水庫群配合三峽水庫聯(lián)合調(diào)度提供更大裕度。

按照防洪對象重要層次,三峽水庫庫區(qū)防洪控制條件排序為:庫區(qū)彈子田重要于庫區(qū)長壽縣,其中前者一般為庫區(qū)回水淹沒末端附近,后者是庫區(qū)最可能淹沒斷面。在庫區(qū)防洪安全和中下游防洪安全之間作出權(quán)衡和決策時,若判斷庫區(qū)可能發(fā)生回水淹沒,則應(yīng)適時加大出庫流量,避免庫區(qū)回水淹沒。需要說明的是,本次針對1954年洪水,在對荊江防洪調(diào)度策略優(yōu)化的基礎(chǔ)上考慮庫區(qū)回水,發(fā)現(xiàn)庫區(qū)回水淹沒發(fā)生在三峽水庫水位高于158.00 m時,此時為確保荊江防洪安全,不會加大出庫流量。為此,基于考慮庫區(qū)回水淹沒影響的調(diào)度策略,提出3種調(diào)度方案:

(1) 常規(guī)防洪調(diào)度方案,即上述方案1。

(2) 方案7?？紤]庫區(qū)回水淹沒影響且對城陵磯防洪補(bǔ)償控制水位為167.00 m,即在調(diào)度過程中考慮庫區(qū)回水淹沒影響,在判斷庫區(qū)可能發(fā)生淹沒時,適時加大出庫流量,確保庫區(qū)防洪安全,當(dāng)三峽水庫水位超過167.00 m時,轉(zhuǎn)為對荊江防洪調(diào)度。

(3) 方案8?？紤]庫區(qū)回水淹沒影響且對城陵磯防洪補(bǔ)償控制水位為168.00 m,即在調(diào)度過程中考慮庫區(qū)回水淹沒影響,在判斷庫區(qū)可能發(fā)生淹沒時,適時加大出庫流量,確保庫區(qū)防洪安全,當(dāng)三峽水庫水位超過168.00 m時,轉(zhuǎn)為對荊江防洪調(diào)度。

不同調(diào)度情形的三峽水庫水位過程如圖5所示。三峽水庫調(diào)洪高水位分別為160.45,168.06,168.87 m。除了基本方案外,方案7和8均充分利用了三峽水庫防洪庫容。

圖5 上游水庫群配合下三峽水庫水位調(diào)度過程(考慮庫區(qū)回水淹沒影響的調(diào)度策略)Fig.5 Water level process of Three Gorges Reservoir operation under the cooperation of upstream reservoirs with the strategy of considering backwater inundation

基于考慮庫區(qū)回水淹沒影響的調(diào)度策略,相應(yīng)的水庫群聯(lián)合防洪優(yōu)化調(diào)度成果見表3。可知,當(dāng)進(jìn)一步抬高三峽水庫對城陵磯防洪補(bǔ)償控制水位且考慮庫區(qū)回水淹沒影響,方案7和8均為可行方案,分別減少中下游超額洪量64億m3和71億m3,相比基本方案分別減少22.0%和24.3%,可有效降低長江中下游超額洪量。

表3 上游水庫群配合三峽水庫優(yōu)化防洪調(diào)度成果(考慮庫區(qū)回水淹沒的調(diào)度策略)Tab.3 Results of optimal flood control operation of upstream reservoir group combined with Three Gorges Reservoir with the strategy considering backwater inundation 億m3

當(dāng)三峽水庫水位在城陵磯防洪補(bǔ)償控制水位158.00 m 以上時,為減少庫區(qū)尤其是長壽縣附近斷面的回水淹沒損失,表4給出了不同水位情況下三峽庫區(qū)回水即將超過移民遷移線對應(yīng)的最大入庫流量。也就是說,考慮長江上游水庫群對三峽水庫入庫攔蓄作用,當(dāng)預(yù)見期內(nèi)三峽水庫入庫來水不小于當(dāng)前水位對應(yīng)的最大入庫流量時,應(yīng)在面臨時段適當(dāng)加大三峽水庫出庫流量,及時降低壩前水位,以確保庫區(qū)回水安全。當(dāng)然,在實時防洪調(diào)度中,三峽水庫出庫流量需統(tǒng)籌上下游防洪形勢和庫區(qū)水面線狀況,并協(xié)調(diào)多區(qū)域協(xié)同防洪的控制目標(biāo)和條件,以保障長江流域防洪安全。

表4 三峽庫區(qū)回水即將超過移民遷移線對應(yīng)的最大入庫流量Tab.4 Corresponding maximum inflow of migration line for backwater immigrants of Three Gorges Reservoir

3 結(jié) 語

針對長江1954年流域性大洪水,綜合考慮上游水庫群配合方式、三峽水庫防洪調(diào)度方式、中下游防洪調(diào)度控制條件和三峽庫區(qū)回水安全,基于不同調(diào)度思路,探索性提出了以三峽水庫為核心的長江上游水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度的3種不同優(yōu)化策略,包括繼續(xù)對城陵磯防洪補(bǔ)償?shù)牟呗?、?yōu)化對荊江防洪補(bǔ)償?shù)恼{(diào)度策略、考慮庫區(qū)回水淹沒影響的調(diào)度策略,均可有效減少中下游超額洪量,減幅均達(dá)10%以上,發(fā)揮了積極有效的防洪減災(zāi)效益。下一步,將圍繞以下重難點(diǎn)問題開展深入研究,以提升流域大洪水綜合應(yīng)對能力:

(1) 不同優(yōu)化策略的有機(jī)嵌套和滾動實施。結(jié)合不同洪水類型認(rèn)知和流域防洪調(diào)度實踐,探究3種優(yōu)化調(diào)度策略的適應(yīng)性與局限性,通過深化完善相應(yīng)策略以尋求更為適宜的調(diào)度策略;同時,各種優(yōu)化調(diào)度策略并非是孤立的,可在調(diào)度時段相機(jī)進(jìn)行耦合嵌套,以從容可靠地應(yīng)對調(diào)度難題。

(2) 上游水庫群配合三峽水庫精細(xì)化防洪調(diào)度。本次重在上游水庫群聯(lián)合調(diào)度模式下,優(yōu)化三峽水庫防洪調(diào)度方式,且主要針對荊江防洪補(bǔ)償調(diào)度階段,此時上游水庫均按照現(xiàn)有調(diào)度方式配合三峽水庫進(jìn)行攔蓄。下一步,需綜合流域洪水地區(qū)組成特性、各水庫攔蓄能力、防洪調(diào)度運(yùn)用條件,優(yōu)化細(xì)化上游水庫群配合三峽水庫的攔蓄時機(jī)和方式。

(3) 多類型水工程協(xié)同聯(lián)合防洪調(diào)度研究。在長江流域水工程調(diào)度中,水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度相對成熟,但隨著水工程協(xié)同聯(lián)合防洪調(diào)度的對象全覆蓋、內(nèi)容全涵蓋和應(yīng)用全鏈條,亟待開展面向不同洪水類型和適應(yīng)多區(qū)域防洪目標(biāo)的水庫群、蓄滯洪區(qū)、涵閘泵站等多類別水工程的協(xié)同聯(lián)合防洪調(diào)度,實現(xiàn)中小洪水減壓、大洪水保安、超標(biāo)洪水降損。