楊 芳，梁志明，段堯彬，侯雨坤

（1.長(zhǎng)江水資源保護(hù)科學(xué)研究所，武漢 430051；2.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司，北京 100038；3.三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度通信中心，湖北 宜昌 443133；4.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430071）

金沙江為長(zhǎng)江上游干流河段，自青海玉樹至四川宜賓，流經(jīng)青海、西藏、四川和云南四省。干流全長(zhǎng)3 479 km，天然落差達(dá)5 100 m，徑流豐沛穩(wěn)定，水力資源豐富，位居我國(guó)十三大水電基地之首。其中，金沙江中游和下游是現(xiàn)階段開發(fā)的重點(diǎn)。中游河段采用龍盤、兩家人、梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯?shù)乩陀^音巖的“一庫(kù)八級(jí)”開發(fā)方案。下游河段按照烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩四級(jí)方案開發(fā)。雅礱江作為金沙江的最大支流，發(fā)源于巴顏喀拉山南麓，于四川攀枝花匯入金沙江，干流全長(zhǎng)1 571 km，天然落差3 870 m，水力資源豐富。其中，雅礱江下游錦屏一級(jí)、錦屏二級(jí)、官地、二灘和桐子林五梯級(jí)具備優(yōu)先開發(fā)條件。目前，金沙江中游除龍盤和兩家人外6個(gè)水電站均已相繼建成投運(yùn)；金沙江下游的溪洛渡和向家壩已建成投運(yùn)，烏東德和白鶴灘正在建設(shè)中，兩電站將分別于2020年、2021年投運(yùn)；雅礱江下游的五梯級(jí)水庫(kù)均已建成投運(yùn)。水庫(kù)群及重要電站拓?fù)鋱D見圖1。

圖1 長(zhǎng)江上游流域水庫(kù)群及重要電站拓?fù)鋱DFig.1 Topological graph of reservoirs and hydrologic stations in the upper Yangtze River

金沙江下游溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)于2014年全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。梯級(jí)水庫(kù)以上金沙江中游流域、雅礱江流域分布有十余座水庫(kù)，其中，納入長(zhǎng)江流域聯(lián)合防洪調(diào)度的關(guān)鍵控制性水庫(kù)共計(jì)八座。這些控制性水庫(kù)規(guī)模不同，運(yùn)行特性不一，位置較為零散，運(yùn)行管理關(guān)系復(fù)雜，不確定性較大，對(duì)溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)流量預(yù)報(bào)作業(yè)、發(fā)電計(jì)劃制定、實(shí)時(shí)調(diào)度造成了較大的影響。

圍繞水庫(kù)群下游的水文分析已進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究。范繼輝[1]以長(zhǎng)江上游為例進(jìn)行一系列流域生態(tài)模擬調(diào)度研究。常景坤等[2]以府河水系為例，根據(jù)區(qū)域水庫(kù)實(shí)測(cè)調(diào)度成果資料對(duì)出庫(kù)徑流進(jìn)行還原還現(xiàn)，將修正后的洪水進(jìn)行區(qū)域設(shè)計(jì)洪水分析。舒為民等[3]結(jié)合上游主要水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行規(guī)則，分析了水庫(kù)群建成后三峽入庫(kù)流量年變化情況，并結(jié)合其影響對(duì)長(zhǎng)江上游短期預(yù)報(bào)方法進(jìn)行改進(jìn)，提升了預(yù)報(bào)精度。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究大多數(shù)著眼于水利工程建設(shè)和運(yùn)行對(duì)水文情勢(shì)下游生態(tài)環(huán)境等方面，在上游水庫(kù)群對(duì)下游水庫(kù)來水、運(yùn)行調(diào)度影響方面研究較少。有鑒于此，本文開展上游水庫(kù)群調(diào)蓄對(duì)溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)行影響分析，分析不同時(shí)間尺度內(nèi)調(diào)蓄變化過程，探究不同調(diào)度時(shí)期調(diào)蓄影響規(guī)律，有助于客觀、科學(xué)認(rèn)識(shí)調(diào)蓄影響廣度與深度，為溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)高效運(yùn)行提供決策參考。

1 上游水庫(kù)群調(diào)蓄能力分析

根據(jù)水利部批復(fù)的《2019年長(zhǎng)江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃》，溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)上游納入長(zhǎng)江流域聯(lián)合調(diào)度范圍的水庫(kù)共有8座，其中雅礱江流域共2座，金沙江中游流域共6座。如表1所示，這8座水庫(kù)總調(diào)節(jié)庫(kù)容達(dá)1.008×1010m3，總防洪庫(kù)容達(dá)4.278×109m3，分別為溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)總調(diào)節(jié)庫(kù)容（7.363×109m3）的1.37倍、總防洪庫(kù)容（5.553×109m3）的0.77倍。

表1 上游流域水庫(kù)群信息Table 1 Information of reservoir group in the upstream Yangtze river basin

在調(diào)節(jié)庫(kù)容流域分布上，金沙江中游流域六座水庫(kù)總調(diào)節(jié)庫(kù)容為1.802×109m3，占比17.87%，防洪庫(kù)容1.778×109m3，占比41.56%。雅礱江流域兩座水庫(kù)總調(diào)節(jié)庫(kù)容8.280×109m3，占比82.13%，防洪庫(kù)容2.500×109m3，占比58.44%。在調(diào)節(jié)庫(kù)容分布上，雅礱江流域占據(jù)八成以上，調(diào)蓄空間較大；在防洪庫(kù)容流域分布上，兩個(gè)流域基本相當(dāng)[4-7]。

從調(diào)節(jié)性能上來看，金沙江中游流域六座水庫(kù)，梨園、阿海、龍開口均為日調(diào)節(jié)水庫(kù)，金安橋、魯?shù)乩?、觀音巖為周調(diào)節(jié)水庫(kù)；雅礱江流域錦屏一級(jí)為年調(diào)節(jié)水庫(kù)，二灘為季調(diào)節(jié)水庫(kù)，中長(zhǎng)期調(diào)蓄規(guī)律較為明顯。

2 調(diào)蓄影響分析

2.1 調(diào)蓄流量（水量）計(jì)算方法

水庫(kù)調(diào)蓄本質(zhì)上是水庫(kù)通過自身調(diào)節(jié)庫(kù)容，對(duì)入庫(kù)流量進(jìn)行時(shí)空再分配過程。用水庫(kù)庫(kù)容變化值表征水庫(kù)調(diào)蓄量。根據(jù)水量平衡公式，可知各水庫(kù)t時(shí)段調(diào)蓄水量、調(diào)蓄流量計(jì)算公式如下：

式中：Wtx為調(diào)蓄水量，108m3；Vt+1為t時(shí)段末庫(kù)容值，108m3；Vt為t時(shí)段初庫(kù)容值，108m3；Qtx為調(diào)蓄流量，m3/s；Δt為t時(shí)段長(zhǎng)，s。庫(kù)容值根據(jù)水位值查算水庫(kù)水位-庫(kù)容關(guān)系曲線獲取。

根據(jù)計(jì)算公式，可知：當(dāng)Qtx(Wtx＞0)時(shí)，該水庫(kù)泄水，Qtx(Wtx)為泄水流量（泄水量）；Qtx(Wtx＜0)時(shí)，該水庫(kù)蓄水，Qtx(Wtx)為蓄水流量（蓄水量）。

為有效衡量上游水庫(kù)群調(diào)蓄對(duì)溪洛渡水庫(kù)的影響，定義調(diào)蓄占比Rtx指標(biāo)，為上游水庫(kù)群旬調(diào)蓄流量Qtx與溪洛渡入庫(kù)流量Qrk比值，衡量上游水庫(kù)群調(diào)蓄流量占溪洛渡實(shí)際入庫(kù)流量的比重。調(diào)蓄占比絕對(duì)值|Rtx|：由于調(diào)蓄占比有正有負(fù)，為衡量上游水庫(kù)群調(diào)蓄整體影響，引入調(diào)蓄占比絕對(duì)值。本次數(shù)據(jù)資料采用溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)以上8座重要調(diào)節(jié)水庫(kù)2018年旬實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2.2 調(diào)蓄過程分析

2.2.1 分期調(diào)蓄規(guī)律

根據(jù)溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)行特性，將一個(gè)完整水文年劃分為汛期（7—8月）、蓄水期（9月）與其他時(shí)期（1—6月及10—12月）。對(duì)溪洛渡-向家壩上游水庫(kù)群年調(diào)蓄水量、汛期調(diào)蓄水量、蓄水期調(diào)蓄水量、其他時(shí)期調(diào)蓄水量進(jìn)行對(duì)比分析（表2）發(fā)現(xiàn)：（1）金沙江中游流域、雅礱江流域全年調(diào)蓄趨勢(shì)基本一致，呈現(xiàn)出汛期攔洪、蓄水期蓄水、其他時(shí)期補(bǔ)水的態(tài)勢(shì)。在汛期，攔蓄水量達(dá)6.007×109m3，減輕了溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)的防洪壓力。在其他時(shí)期，補(bǔ)水量達(dá)5.410×109m3，為溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)枯期運(yùn)行提供了幫助。（2）分流域來看，在汛期及蓄水期，雅礱江流域調(diào)蓄量較金沙江中游流域調(diào)蓄量偏大。這與兩流域水庫(kù)調(diào)節(jié)特性有關(guān)。雅礱江流域兩座水庫(kù)均為年調(diào)節(jié)水庫(kù)，年內(nèi)調(diào)節(jié)空間較大，年度總調(diào)蓄水量接近0。金沙江中游流域六座水庫(kù)均為周調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)水庫(kù)，在旬尺度調(diào)蓄分析中，其部分調(diào)蓄作用難以凸顯。

表2 溪洛渡-向家壩上游流域水庫(kù)群分期調(diào)蓄水量統(tǒng)計(jì)表Table 2 Water storage of reservoir group in the upstream Yangtze river basin

2.2.2 調(diào)蓄量分旬分析

研究選取的八座梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度分期與溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度分期并不一致。單一地按照溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)分期進(jìn)行分析，無法細(xì)致體現(xiàn)上游水庫(kù)群調(diào)蓄過程。因此，對(duì)調(diào)蓄影響進(jìn)行分旬分析。由逐旬調(diào)蓄流量（圖2）和逐旬調(diào)蓄占比絕對(duì)值（圖3）可知：（1）旬調(diào)蓄流量過程由雅礱江流域占主導(dǎo)地位。兩流域總計(jì)調(diào)蓄流量曲線與雅礱江流域調(diào)蓄流量曲線在大多數(shù)時(shí)段趨勢(shì)一致。1—5月，兩流域調(diào)蓄流量基本均為補(bǔ)水過程。6—7月，兩流域調(diào)蓄流量基本為蓄水過程。8月金沙江中流域除觀音巖外，其他五座水庫(kù)，雅礱江流域兩座水庫(kù)均需蓄水，因此，兩流域調(diào)蓄均呈現(xiàn)出蓄水狀態(tài)。9—12月，雅礱江流域處于出入庫(kù)平衡，調(diào)蓄過程為少量補(bǔ)水。10月觀音巖水庫(kù)蓄水，11月中旬，金沙江流域適當(dāng)蓄水以抬高水位。（2）上游流域調(diào)蓄占比絕對(duì)值最大值為59.14%，出現(xiàn)在6月中旬，全年平均值為17.74%。從各調(diào)度分期來看，其他時(shí)期調(diào)蓄占比最大，均值為20.61%。在溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)蓄水期，由于上游水庫(kù)群已基本蓄水完畢，調(diào)蓄空間較小，因此，調(diào)蓄占比僅為1.4%。汛期調(diào)蓄占比為12.96%，這是由于溪洛渡入庫(kù)流量較大，調(diào)蓄相對(duì)值較小。

圖2 上游流域水庫(kù)群調(diào)蓄流量逐旬過程圖Fig.2 The ten-day averaged storage capacity of reservoirs in

圖3 上游流域水庫(kù)群調(diào)蓄占比絕對(duì)值逐旬過程圖Fig.3 Absolute value of ten-day averaged storage ratio for reservoirs in the upper reaches of the Yangtze river basin

2.3 典型調(diào)蓄案例分析

為細(xì)致剖析上游水庫(kù)群對(duì)溪洛渡入庫(kù)流量影響，選取2018年典型入庫(kù)流量過程進(jìn)行日尺度調(diào)蓄影響分析。

2.3.1 7月上中旬?dāng)r蓄洪水

7月8—11日，受高空槽和副高外圍暖濕氣流的共同影響，四川盆地西部一線出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降水，強(qiáng)度以暴雨、局地大暴雨為主。受降雨影響，長(zhǎng)江上游出現(xiàn)大或特大洪水，經(jīng)長(zhǎng)江上游水庫(kù)群攔洪削峰、錯(cuò)峰并演進(jìn)疊加后，“長(zhǎng)江2018年第2號(hào)洪水”形成。2號(hào)洪水期間，溪洛渡遭遇了建庫(kù)以來最大洪水，2018年7月16日14時(shí)，入庫(kù)洪峰流量達(dá)到16 300 m3/s。前期，金沙江中游流域、雅礱江流域水庫(kù)群大量攔洪蓄水，減輕了溪洛渡防洪壓力[8-13]。

分析上游八座梯級(jí)水庫(kù)群7月1—16日出入庫(kù)流量過程（圖4）和水位過程（表3）發(fā)現(xiàn)：（1）錦屏一級(jí)、二灘兩座水庫(kù)防洪庫(kù)容較大，在遭遇洪水時(shí)，均具備一定的調(diào)蓄能力，水位持續(xù)抬升。至16日末，錦屏一級(jí)水庫(kù)為防洪累計(jì)抬升水位25.92 m，攔蓄洪量1.809×109m3；二灘水庫(kù)累積抬升水位18.09 m，攔蓄洪量1.481×109m3。（2）金沙江中游流域六座水庫(kù)單庫(kù)防洪庫(kù)容較為有限，在應(yīng)對(duì)洪水過程時(shí)，采取的是逐級(jí)攔蓄方式。7月1—16日期間，金沙江中游流域總共攔蓄洪量為3.40×108m3。值得注意的是，因水庫(kù)調(diào)節(jié)性能、防洪目標(biāo)及洪水過程不同，金沙江中游流域在7月1日至16日運(yùn)行過程中，部分水庫(kù)出現(xiàn)了出庫(kù)流量大于入庫(kù)流量的情況。

表3 上游流域水庫(kù)群2018年7月1—16日調(diào)蓄統(tǒng)計(jì)Table 3 Storage of the upstream reservoirs from July 1st to 16th of 2018

圖4 上游流域水庫(kù)群2018年7月1日至16日運(yùn)行過程圖Fig.4 Operation process of reservoir group in the upstream Yangtze river basin from July 1st to 16th in 2018

2.3.2 11月中旬金沙江中游流域回蓄

在2018年11月中旬，金沙江中游流域出現(xiàn)了回蓄現(xiàn)象?，F(xiàn)對(duì)回蓄過程進(jìn)一步分析。由圖5可知，在11月1日至20日，除觀音巖水庫(kù)外，金沙江中游流域其他五座水庫(kù)均呈現(xiàn)出“先消落，后回蓄”的過程[14]。流域水庫(kù)群六座水庫(kù)在運(yùn)行過程中，由于其調(diào)節(jié)能力、調(diào)節(jié)性能限制，在中長(zhǎng)期尺度上進(jìn)行分析，易掩蓋其內(nèi)在調(diào)蓄規(guī)律，因此，對(duì)日尺度調(diào)蓄規(guī)律跟蹤與研究，分析其內(nèi)在規(guī)律。

圖5 金沙江中游流域水庫(kù)群水位運(yùn)行過程圖Fig.5 Operation process of water level for reservoirs in the middle reaches of the Jinsha River

3 結(jié)論

本文從溪洛渡上游流域梯級(jí)水庫(kù)群調(diào)節(jié)能力著手，以2018年實(shí)際調(diào)度過程為例，定量分析了上游水庫(kù)群調(diào)蓄對(duì)溪洛渡入庫(kù)流量影響程度，細(xì)致分析了在溪洛渡水庫(kù)各調(diào)度分期內(nèi)，上游水庫(kù)群調(diào)蓄影響類型、范圍及水平。針對(duì)金沙江中游流域與雅礱江流域水庫(kù)調(diào)節(jié)特性不同，選取2018年7月洪水過程、2018年11月金沙江中游流域水庫(kù)群回蓄過程作為典型案例，對(duì)在兩種不同調(diào)節(jié)情況下水庫(kù)群調(diào)蓄影響差異進(jìn)行了分析，初步探討了不同時(shí)間尺度、調(diào)節(jié)類型與上游水庫(kù)群調(diào)蓄影響關(guān)系。

（1）金沙江中游流域六座水庫(kù)均為周調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)水庫(kù)，旬尺度調(diào)節(jié)規(guī)律不明顯；在雅礱江流域，旬調(diào)蓄流量過程占主導(dǎo)地位。

（2）由于金沙江中游流域六座水庫(kù)單庫(kù)防洪庫(kù)容較為有限，其調(diào)節(jié)能力、調(diào)節(jié)性能受到限制，后續(xù)發(fā)展過程中需更多考慮有限庫(kù)容下的聯(lián)合調(diào)度問題。相關(guān)研究成果可為溪洛渡水庫(kù)中長(zhǎng)期發(fā)電計(jì)劃制訂、實(shí)時(shí)調(diào)度提供有效參考。下一步研究將會(huì)對(duì)各流域梯級(jí)電站運(yùn)行調(diào)蓄規(guī)律進(jìn)行探討，嘗試提煉出一般性規(guī)律，為溪洛渡水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度提供技術(shù)支撐。