黃 艷

(水利部長江水利委員會，湖北 武漢 430010)

長江流域暴雨洪水頻發(fā)，洪水威脅沿岸防洪保護(hù)區(qū)。經(jīng)過多年的防洪建設(shè)，逐步形成了以堤防為基礎(chǔ)、三峽工程為骨干、干支流水庫、蓄滯洪區(qū)和河道整治相配合的防洪工程體系[1]。長江上游水庫群預(yù)留了大量庫容，除承擔(dān)本流域防洪任務(wù)外，還配合三峽水庫分擔(dān)中下游地區(qū)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。長江流域水庫群在長江防洪中可發(fā)揮主動防洪“王牌”作用，極大地改善了流域整體防洪形勢，可確保標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水的防洪安全。同時，長江中下游布局了46處蓄滯洪區(qū)，可蓄納洪水約591億m3，可作為防洪的最后一道屏障“底牌”，有力保障了長江中下游遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時的防洪安全。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，防洪要求也越來越高，僅有水工程作為“硬件”保障還不夠，還需要輔以流域?qū)崟r防洪調(diào)度管理中重要的非工程措施——水工程聯(lián)合調(diào)度。自2007年汛期發(fā)布三峽水庫第一張調(diào)令至今，長江流域逐步發(fā)展和實踐了以三峽水庫為核心，干支流控制性水庫群、蓄滯洪區(qū)、河道(洲灘民垸)、排澇泵站等水工程的聯(lián)合防洪調(diào)度，不僅完善了水工程調(diào)度方案和技術(shù)體系，并逐步構(gòu)建了以方案為基礎(chǔ)、以預(yù)報為支撐、以專家會商為決策支持的水工程聯(lián)合防洪調(diào)度管理模式。

在開展大量調(diào)度專題研究并取得豐碩成果的基礎(chǔ)上，2012年開始，長江水利委員會組織編制了年度長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運用方案。隨著研究的深入和水工程建設(shè)的推進(jìn)，納入聯(lián)合調(diào)度的水工程范圍逐年擴(kuò)展，并結(jié)合實際洪水的調(diào)度經(jīng)驗，不斷修訂并細(xì)化工程聯(lián)合調(diào)度運用方式、拓展水工程調(diào)度目標(biāo)，從單一防洪為主到在確保防洪安全的前提下統(tǒng)籌考慮生態(tài)、發(fā)電、航運等多目標(biāo)調(diào)度需求，使調(diào)度方案日趨完善。2020年長江流域發(fā)生流域性大洪水，在2020年長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運用計劃的指導(dǎo)下[2]，通過水工程聯(lián)合調(diào)度，成功抵御了干流5次編號洪水，指導(dǎo)了多條支流的防洪調(diào)度，保障了2020年長江流域性大洪水防御取得決定性勝利。但是，在調(diào)度實踐中，需同時面對工程超標(biāo)準(zhǔn)運用風(fēng)險和洪水淹沒造成人員轉(zhuǎn)移和財產(chǎn)損失的兩難境地，暴露出編制的調(diào)度方案與實時調(diào)度實踐需求還存在一定不協(xié)調(diào)，還需要進(jìn)一步完善和細(xì)化，以更好地指導(dǎo)實時調(diào)度。

本文以2020年5次編號洪水的調(diào)度情況為例，系統(tǒng)梳理流域防洪工程聯(lián)合調(diào)度的關(guān)鍵點，剖析了對調(diào)度方案的拓展應(yīng)用實踐和考量，探討總結(jié)了面對流域性大洪水復(fù)雜情況的水工程聯(lián)合調(diào)度經(jīng)驗，為進(jìn)一步完善水工程聯(lián)合調(diào)度運用計劃提出思考和建議。

1 納入聯(lián)合調(diào)度的長江流域防洪工程

根據(jù)《長江流域綜合規(guī)劃(2012-2030年)》及《長江流域防洪規(guī)劃》的總體布局，長江流域逐步建成以堤防為基礎(chǔ)，三峽工程為骨干，干支流水庫、蓄滯洪區(qū)、河道整治相配合，平垸行洪、退田還湖、水土保持等工程措施與非工程措施相結(jié)合的綜合防洪減災(zāi)體系。長江上游干支流已建成三峽、溪洛渡、向家壩、烏東德等一大批防洪控制性水庫，是長江防洪體系的重要工程。

水工程聯(lián)合調(diào)度是流域?qū)崟r防洪調(diào)度管理中重要的非工程措施[3]，《長江防御洪水方案》[4]和《長江洪水調(diào)度方案》[5]根據(jù)流域規(guī)劃和沿江地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r，對規(guī)劃的防洪工程體系布局和洪水調(diào)度防御工作總體安排做了相應(yīng)完善，從規(guī)劃設(shè)計的偏安全角度出發(fā)擬定了水工程運用方案，這些方案在實際調(diào)度中存在一定的優(yōu)化空間。為優(yōu)化水庫由單庫設(shè)計向聯(lián)合調(diào)度轉(zhuǎn)變的調(diào)度方式，有效指導(dǎo)水庫群實時調(diào)度，自2012年起，長江水利委員會(以下簡稱“長江委”)每年組織編制年度水庫群聯(lián)合調(diào)度方案，確定水庫群聯(lián)合調(diào)度的原則、目標(biāo)、方案和調(diào)度權(quán)限。此后，聯(lián)合調(diào)度的深度和廣度不斷拓展，自2012年起到2018年，納入聯(lián)合調(diào)度的水庫數(shù)量由最初的10座(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年首次將調(diào)度對象擴(kuò)展至水庫、泵站、涵閘、引調(diào)水工程、蓄滯洪區(qū)，數(shù)量達(dá)到100座，范圍由長江上游逐步擴(kuò)展至長江上中游最后至全流域。調(diào)度目標(biāo)也從防洪為主向蓄水、水資源、生態(tài)等多目標(biāo)擴(kuò)展，逐步實現(xiàn)了水庫群聯(lián)合調(diào)度統(tǒng)一管理機(jī)制。

2020年5月，金沙江下游控制性水庫烏東德水電站第二階段蓄水至945.00 m通過驗收，成為被新納入到2020年度長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運用計劃的控制性水工程，納入聯(lián)合調(diào)度的水工程總數(shù)達(dá)到101座，其中，控制性水庫41座(見圖1)，總防洪庫容598億m3；蓄滯洪區(qū)46處，總蓄洪容積591億m3；排澇泵站10座，總排澇能力1 562 m3/s；引調(diào)水工程4項，年設(shè)計總引調(diào)水規(guī)模241億m3。此外，還有一些水庫工程雖未納入聯(lián)合調(diào)度運用計劃，但具有一定防洪能力，如嘉陵江支流涪江武都水庫、西河升鐘水庫等，在2020年洪水調(diào)度實踐中也參與了聯(lián)合調(diào)度，有效攔蓄和調(diào)節(jié)了嘉陵江流域洪水，為嘉陵江流域防洪和配合三峽水庫對長江中下游防洪發(fā)揮了積極作用。

2 長江流域水工程防洪聯(lián)合調(diào)度方案

流域防洪遵循“蓄泄兼籌，以泄為主”的原則，統(tǒng)籌上下游，協(xié)調(diào)左右岸，兼顧干支流，根據(jù)洪水發(fā)展進(jìn)程，針對防洪保護(hù)對象需求，按照一定的原則和次序聯(lián)合調(diào)度相關(guān)防洪工程。實時防洪調(diào)度時往往根據(jù)實際防洪形勢的發(fā)展、防洪保護(hù)對象的需求等來確定工程的組合和調(diào)度方式。水庫作為調(diào)蓄洪水最為靈活有效的“王牌”，在洪水調(diào)度全周期承擔(dān)主動防洪任務(wù)。隨著洪水態(tài)勢的不斷發(fā)展，依次考慮河道堤防超高運用、洲灘民垸行蓄洪水、沿江排澇泵站限排入江，盡可能降低河道洪水位，減輕防洪壓力；當(dāng)洪水仍然較大，上述工程運用后河道水位仍將上漲并超過防洪對象控制斷面安全控制水位(一般為保證水位)時，蓄滯洪區(qū)作為保障重點地區(qū)防洪安全的“底牌”將被啟用，有計劃地分洪蓄納超額洪水，降低河道水位至安全范圍之內(nèi)，以犧牲局部利益保護(hù)重要防洪保護(hù)對象的安全。下面章節(jié)從單類工程之間的聯(lián)合調(diào)度和基于洪水發(fā)展進(jìn)程，針對防洪保護(hù)對象的聯(lián)合調(diào)度，即工程類別和防洪保護(hù)對象“一縱一橫”兩個角度，分析水工程聯(lián)合調(diào)度方式及其在長江流域防洪中所起的作用。

圖1 納入2020年長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運用計劃的水庫群Fig.1 Reservoirs included in the joint operation program of water projects of Changjiang River Basin in 2020

2.1 按工程類別考慮的聯(lián)合調(diào)度方式

2.1.1以三峽水庫為核心的水庫群聯(lián)合調(diào)度

目前，長江上游水庫群已基本形成1個核心(三峽水庫)、3個骨干(烏東德、溪洛渡和向家壩水庫)、5個群組(金沙江中游群、雅礱江群、岷江群、嘉陵江群、烏江群)的防洪布局[6]，防洪庫容合計約387億m3；長江中游清江、洞庭湖水系、鄱陽湖水系、漢江等形成了4個中游水庫群組，防洪庫容209億m3，共同組成長江上中游防洪調(diào)度水庫群。三峽水庫位于長江上中游交界處，控制了流域近100萬km2的流域面積，長江中游重要控制站螺山站超過50%以上洪水主要來自于宜昌以上。以三峽水庫(防洪庫容221.5億m3)為核心的水庫群對中下游防洪調(diào)度至關(guān)重要，特別是受目前區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和蓄滯洪區(qū)建設(shè)不達(dá)標(biāo)等因素的影響，大部分蓄滯洪區(qū)運用較為困難，而水庫調(diào)度靈活，部分庫容可反復(fù)利用，對流域防洪更加主動和重要。

長江流域干支流洪水遭遇復(fù)雜，按照聯(lián)合調(diào)度方案，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、烏江等干支流的水庫，以及清江、洞庭湖支流的水庫，以沙市、城陵磯等防洪控制站水位為主要控制目標(biāo)，實施防洪補償調(diào)度?？紤]到各支流來水與干流洪水的遭遇特性，結(jié)合自身流域的防洪任務(wù)和在配合三峽水庫對長江中下游防洪中的作用，長江上中游水庫群聯(lián)合調(diào)度時投入使用次序原則為：長江上游先利用雅礱江與金沙江中游梯級水庫攔洪水，再動用金沙江下游梯級，必要時動用岷江、嘉陵江、烏江梯級水庫防洪庫容[7-8]；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)協(xié)調(diào)調(diào)度，避免干流攔蓄與支流泄水騰庫矛盾出現(xiàn)，加重干流防洪壓力。

2.1.2蓄滯洪區(qū)聯(lián)合調(diào)度

按照長江流域防洪總體布局，長江中下游的荊江地區(qū)、城陵磯附近區(qū)、武漢附近區(qū)、湖口附近區(qū)、滁河等地區(qū)共安排了46處蓄滯洪區(qū)，蓄洪容積分布如圖2所示。三峽水庫建成后，荊江分洪區(qū)運用幾率達(dá)到100 a一遇；但由于其在長江流域防洪中的地位十分重要，是防御荊江地區(qū)遇類似1870年特大洪水的重要措施，分洪區(qū)內(nèi)的建設(shè)與管理相對完善、運用條件相對較好，確定其為唯一的重點蓄滯洪區(qū)。除荊江分洪區(qū)以外的其他蓄滯洪區(qū)按使用幾率分為重要、一般和保留區(qū)3類，根據(jù)洪水發(fā)展態(tài)勢和蓄滯洪區(qū)可動用情況依次啟用。

圖2 蓄滯洪區(qū)蓄洪容積分布Fig.2 Distribution of flood storage volume of flood storage and detention areas

2.1.3排澇泵站聯(lián)合調(diào)度

長江中下游現(xiàn)有沿江排澇泵站共2 629座，設(shè)計流量共19 401.3 m3/s。其中，設(shè)計流量在10～50 m3/s的泵站有411座，總設(shè)計流量為7 904.3 m3/s；設(shè)計流量大于50 m3/s的泵站有61座，總設(shè)計流量為6 202.3 m3/s。按照聯(lián)合調(diào)度方案，在長江中下游高水位的防汛緊張時期，需對城陵磯、湖口附近河段農(nóng)田澇片排澇泵站統(tǒng)一調(diào)度，合理限制對江對湖排澇。

2.1.4洲灘民垸聯(lián)合調(diào)度

1998年大水后，對長江中下游干堤之間嚴(yán)重阻礙行洪的洲灘民垸、洞庭湖區(qū)及鄱陽湖區(qū)部分洲灘民垸進(jìn)行了平垸行洪、退田還湖建設(shè)，共平退圩垸1 400余處，動遷人口約240萬人，恢復(fù)調(diào)蓄容積約160億m3。根據(jù)《長江防御洪水方案》《長江洪水調(diào)度方案》，長江中下游洲灘民垸和漢江中下游、洞庭湖四水、鄱陽湖五河的分蓄洪民垸有關(guān)堤防根據(jù)其相應(yīng)運行水位進(jìn)行運用。經(jīng)圩垸平退和聯(lián)圩并圩后，目前長江中下游干流河道內(nèi)仍有洲灘民垸406個，洲上人口約130萬人，總面積約2 500 km2；洞庭湖區(qū)、鄱陽湖區(qū)還有萬畝以下圩垸133個，人口約60萬人。遇大洪水時洲灘民垸應(yīng)按照啟用條件及時運用行蓄洪水。

2.2 重點防洪保護(hù)河段的水工程聯(lián)合調(diào)度方式

保障防洪保護(hù)對象安全是水工程聯(lián)合調(diào)度的目標(biāo)，因此，實際調(diào)度中，防洪需求是選取需要參與調(diào)度的水工程并形成聯(lián)合調(diào)度方案的觸發(fā)條件。長江流域干流防洪保護(hù)對象自上而下主要劃分為：主要依靠水庫的川渝河段；需要水庫、洲灘民垸、排澇泵站、蓄滯洪區(qū)等多種水工程參與聯(lián)合調(diào)度的長江中下游，包括荊江河段、城陵磯河段、武漢河段、湖口河段和其他支流河段等，當(dāng)蓄滯洪區(qū)運用后仍不能控制水位上漲，則適當(dāng)抬高干流1級及2級堤防運行水位，保障重要保護(hù)對象防洪安全。若堤防發(fā)生潰口等重大險情，應(yīng)及時預(yù)警，做好人員轉(zhuǎn)移。

各河段工程聯(lián)合調(diào)度方式如下。

2.2.1川渝河段

川渝河段的防洪任務(wù)為提高宜賓、瀘州主城區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)至50 a一遇，提高重慶主城區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)至100 a一遇，主要由溪洛渡、向家壩水庫承擔(dān)；必要時，梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯?shù)乩⒂^音巖、錦屏一級、二灘、紫坪鋪、瀑布溝、亭子口等水庫配合溪洛渡、向家壩水庫對川渝河段洪水實施攔洪錯峰，控制宜賓、瀘州、重慶主城區(qū)河段流量不超過河道安全泄量。

2.2.2荊江河段

荊江河段防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，同時對遭遇1 000 a一遇或類似1870年洪水，聯(lián)合調(diào)度堤防、水庫、蓄滯洪區(qū)，保證荊江兩岸干堤防洪安全，防止發(fā)生毀滅性災(zāi)害。其調(diào)度方式為：當(dāng)荊江河段發(fā)生洪水時，應(yīng)充分利用河道下泄洪水；當(dāng)荊江河段發(fā)生100 a一遇以下洪水時，控制沙市水位不超過44.50 m；當(dāng)荊江河段發(fā)生100 a一遇以上、1 000 a一遇以下洪水時，利用三峽等水庫聯(lián)合攔蓄洪水，控制枝城最大流量不超過80 000 m3/s，并視實時水情工情，配合蓄滯洪區(qū)、排澇泵站運用，控制沙市水位不超過45.00 m；當(dāng)發(fā)生1 000 a一遇或以上洪水時，調(diào)度三峽及上游水庫群，結(jié)合荊江分洪區(qū)等蓄滯洪區(qū)運用，保障荊江河段防洪安全。

2.2.3城陵磯河段(含洞庭湖)

長江中下游干流的防洪任務(wù)為總體達(dá)到防御1954年洪水，減少分洪量和蓄滯洪區(qū)的使用幾率，當(dāng)城陵磯地區(qū)發(fā)生洪水時，充分利用河湖泄蓄洪水，上游水庫群結(jié)合所在河流防洪任務(wù)，實施與三峽水庫同步攔蓄洪水的調(diào)度方式，適當(dāng)控制水庫下泄，控制蓮花塘站水位不超過34.40 m。其中溪洛渡、向家壩水庫等上游梯級水庫，結(jié)合本流域防洪需求，根據(jù)三峽水庫預(yù)報水情實施控泄，削減進(jìn)入三峽水庫的洪峰或減少入庫洪量。當(dāng)三峽水庫水位達(dá)到158.00 m且上游水庫群配合三峽運用庫容運用至相當(dāng)程度，而城陵磯水位仍然繼續(xù)上漲時，視沙市站水位(以44.50 m為判別條件)及漢口站水位(以29.00 m為判別條件)，同時滿足低于判別條件水位時，可采取河段抬高水位強(qiáng)迫行洪的方式，控制城陵磯水位不超過34.90 m；若水位繼續(xù)上漲或沙市、漢口水位不滿足低于44.50，29.00 m時，則按照重要、一般、保留的順序依次運用蓄滯洪區(qū)，保障城陵磯河段防洪安全。

2.2.4武漢河段

通過上游水庫群聯(lián)合調(diào)度，武漢河段洪水仍然較大時，為減少武漢河段分洪量和蓄滯洪區(qū)使用幾率，相機(jī)啟用丹江口、陸水等水庫攔洪。當(dāng)漢口站水位超過29.00 m時，排澇泵站服從統(tǒng)一調(diào)度，水位達(dá)到29.50 m并預(yù)報繼續(xù)上漲時，視長江、漢江水情和超額洪量大小，運用杜家臺等蓄滯洪區(qū)蓄納洪水，控制漢口站水位不超過29.73 m(保證水位)。

2.2.5湖口河段(含鄱陽湖)

鄱陽湖水系水庫防洪調(diào)度在滿足本流域防洪要求的前提下，與干流防洪調(diào)度相協(xié)調(diào)。當(dāng)三峽水庫對長江中下游防洪調(diào)度時，若鄱陽湖水系來水不大且預(yù)報不會發(fā)生大洪水時，水庫群相機(jī)配合調(diào)度，減少入湖洪量。當(dāng)湖口站水位超過22.00 m時，排澇泵站服從統(tǒng)一調(diào)度，水位達(dá)到22.50 m并預(yù)報繼續(xù)上漲時，相機(jī)運用康山等蓄滯洪區(qū)蓄納洪水，控制湖口站水位不超過22.50 m。

2.2.6湖口以下河段

湖口以下至大通河段防洪以大通水位為控制條件，當(dāng)大通水位達(dá)到17.10 m并預(yù)報繼續(xù)上漲，相機(jī)依次運用河段內(nèi)長江干堤之間雙退、單退及剩余洲灘民垸行蓄洪水，控制大通水位不超過17.10 m。

2.2.7其他支流

2020年水工程年度聯(lián)合調(diào)度計劃納入了漢江中下游、滁河、青弋江水陽江的防洪調(diào)度方式。其他支流一般在流域洪水調(diào)度方案中體現(xiàn)。

漢江中下游發(fā)生洪水時，丹江口水庫作為防洪骨干工程，按照預(yù)報預(yù)泄、補償調(diào)節(jié)、分級控泄的原則實施防洪調(diào)度，航電樞紐降低水位運行，避免影響洪水調(diào)蓄和下泄。沙洋站、潛江站、仙桃站、漢川站水位分別達(dá)到44.50，39.60，35.10，29.00 m并預(yù)報繼續(xù)上漲時，啟用附近洲灘民垸破圩行洪；仙桃站、漢川站水位分別達(dá)到36.20，31.70 m并預(yù)報繼續(xù)上漲時，啟用杜家臺蓄滯洪區(qū)分洪。

滁河流域發(fā)生洪水時，調(diào)度控制閘站，利用分洪道、河湖蓄泄洪水，相機(jī)運用蓄滯洪區(qū)分蓄洪水。

水陽江流域發(fā)生洪水時，充分發(fā)揮港口灣等水庫攔蓄錯峰的作用，保證下游寧國市、宣城市等城鎮(zhèn)的防洪安全，適當(dāng)提高河道、湖泊堤防的運用水位，相機(jī)運用一般圩垸分蓄洪水。視水陽江、青弋江水情，適當(dāng)挖掘青弋江分洪道分洪潛力，分泄青弋江上游洪水入長江，減輕水陽江下游頂托影響和防洪壓力，保證重要保護(hù)對象的安全，減輕洪災(zāi)損失。

3 水工程聯(lián)合防洪調(diào)度方案運用的不確定性分析

長江流域防洪調(diào)度目標(biāo)需要通過防洪工程的聯(lián)合調(diào)度運用來實現(xiàn)，聯(lián)合調(diào)度方案中確定了調(diào)度的基本原則和方式，但在實際調(diào)度中仍面臨工程運用條件受限、江湖河道關(guān)系變化等多種問題，影響防洪調(diào)度決策[9]。

3.1 三峽水庫兼顧對城陵磯防洪的庫容控制

在實際調(diào)度中，洪水發(fā)生時間及地區(qū)組成往往與調(diào)度方案制定時采用的典型或設(shè)計洪水不匹配，這就需要在實時調(diào)度中對調(diào)度方案的運用要有基于風(fēng)險管理理念的考量[10]。例如，三峽水庫158.00 m以下庫容是可以兼顧城陵磯和荊江河段防洪的庫容。但是，三峽水庫水位達(dá)到158.00 m后原則上將轉(zhuǎn)為對荊江防洪，在158.00 m以后是否就停止對城陵磯防洪，換言之水庫仍有較大庫容情況下將洪水放下去任由城陵磯河段(湖北、湖南)采取分洪措施，是現(xiàn)實中較難做到的。但是由于水文預(yù)報的不確定性，158.00 m以上庫容本身是預(yù)留給荊江防洪的，若使用后將增加對荊江的防洪風(fēng)險，也是決策中需要充分考慮的。

此外，即使河道水位已經(jīng)達(dá)到洲灘民垸的使用條件，但是考慮到分洪潰口后產(chǎn)生的大量損失，很多地方政府仍然有讓堤防“頂一頂”的期望或者做法。因此，在實時調(diào)度中，對防洪工程既定調(diào)度方案的運用需充分考慮當(dāng)時的防洪形勢和對未來洪水情勢、風(fēng)險等的預(yù)判以及實際調(diào)度運用中存在的制約因素，適時調(diào)整水工程調(diào)度方式。

3.2 蓄滯洪區(qū)及洲灘民垸運用難度大

長江中下游安排的46處蓄滯洪區(qū)大部分未建閘，無法做到及時及量分洪，分洪效率低；同時大部分蓄滯洪區(qū)由于安全建設(shè)滯后，部分圍堤、隔堤尚未達(dá)標(biāo)，一旦分洪影響巨大，增加了部分蓄滯洪區(qū)分洪啟用的決策難度。如洪湖蓄滯洪區(qū)東分塊(重要蓄滯洪區(qū))與中分塊(一般蓄滯洪區(qū))之間的腰口隔堤、以及中分塊與西分塊(保留蓄滯洪區(qū))之間的螺山隔堤均尚未建成，洪湖東分塊一旦運用相當(dāng)于洪湖蓄滯洪區(qū)整體運用，淹沒土地面積超過2 800 km2，損失巨大。此外，洲灘民垸內(nèi)人民生產(chǎn)生活建設(shè)漸成規(guī)模，同樣存在啟用難度較大的問題。因此，實際調(diào)度中在水庫工程仍有一定庫容的情況下，蓄滯洪區(qū)運用是調(diào)度的難點。

3.3 水庫群防洪調(diào)度的協(xié)調(diào)問題

水庫群聯(lián)合調(diào)度存在兩個方面的協(xié)調(diào)問題：① 洪水發(fā)展過程中如何協(xié)調(diào)預(yù)留庫容與使用庫容的問題，② 如何協(xié)調(diào)調(diào)洪運用的洪水資源化問題。

根據(jù)總體規(guī)劃要求，上游部分干支流水庫除承擔(dān)本河流(河段)的防洪任務(wù)外，還應(yīng)預(yù)留部分庫容配合三峽水庫對長江中下游發(fā)揮防洪作用，防洪庫容的預(yù)留和釋放應(yīng)與洪水發(fā)展過程密切相關(guān)，主汛期應(yīng)預(yù)留必要的庫容應(yīng)對可能洪水，汛期末段來水呈衰退趨勢后可逐步釋放防洪庫容?；诖?，規(guī)劃對長江上游干支流水庫采取分期分類預(yù)留防洪庫容，并結(jié)合洪水遭遇情況采取庫容逐步釋放蓄水方式運用。因此，如何在防洪中兼顧蓄水，在編制的調(diào)度計劃中原則上為：僅配合三峽水庫運用的水庫如金沙江中游梯級、雅礱江梯級等，一旦攔洪蓄上去，可以不一定泄下來；其他兼顧本流域防洪和配合三峽水庫對長江中下游防洪的梯級，如金沙江下游(溪洛渡、向家壩)、嘉陵江、清江、洞庭湖水系水庫等，應(yīng)在留足本流域防洪庫容需求的情況下配合三峽水庫攔洪量或削減洪峰流量。以溪洛渡、向家壩水庫為例，兩庫共有防洪庫容55.53億m3，兼顧川渝河段和配合三峽水庫雙重任務(wù)，而對川渝河段防洪需要預(yù)留29.6億m3(其中含14.6億m3對宜賓、瀘州防洪)。鑒于洪水預(yù)報的不確定性及對未來趨勢預(yù)判的難度，水庫群的調(diào)度難點在于配合三峽水庫的庫容應(yīng)該使用多少、留多少。

3.4 江湖關(guān)系持續(xù)變化，河道洪水流量關(guān)系復(fù)雜

受上游水沙條件變化影響，長江中下游干流河道存在明顯的沖刷下切現(xiàn)象。洞庭湖三口河道與長江干流河道沖刷幅度不匹配，從長江分泄入洞庭湖的洪水水量減少，加之南洞庭湖洪道等泥沙淤積，降低了河道泄洪能力，洞庭湖調(diào)蓄長江洪水的能力逐步減弱。鄱陽湖的部分河道近年來同樣面臨河床明顯下切的問題，惡化了水流與河勢條件，造成局部岸坡滑塌，對堤防工程的穩(wěn)定構(gòu)成潛在威脅。螺山站泄流能力與城陵磯和武漢附近區(qū)的防洪形勢密切相關(guān)，螺山站泄流能力越大，洪水下泄順暢，城陵磯附近區(qū)超額洪量越小，武漢附近區(qū)超額洪量越大。然而螺山站水位流量關(guān)系復(fù)雜、影響因素多，受下游頂托影響較大，進(jìn)行調(diào)度方案計算時，若仍采用綜合線數(shù)據(jù)可能造成較大的成果差異，直接影響調(diào)度決策的可靠性。

3.5 干流高洪水位頻現(xiàn)加大防洪壓力

近年來，長江流域主要支流、重要湖泊防洪能力顯著提高，支流、湖泊匯流入江速度明顯加快，導(dǎo)致干流水位快速上漲；沿江城鎮(zhèn)排澇能力也顯著增強(qiáng)，干流和兩湖地區(qū)對江、對湖直排泵站總設(shè)計流量約20 000 m3/s，雨洪漬水排入長江速度加快，排澇增加的入江、入湖水量加重了干流河槽的承泄負(fù)擔(dān)；此外其他通江湖泊也因建閘控制，不再蓄納長江洪水，種種原因?qū)е轮邢掠胃闪黝l繁出現(xiàn)較長時間的高洪水位過程，干流防洪壓力顯著加劇。

3.6 庫區(qū)回水計算邊界概化與實際情況存在差異

三峽庫區(qū)回水淹沒情況是評估調(diào)度風(fēng)險的重要參考，選擇中下游分蓄洪水還是庫區(qū)承受適當(dāng)淹沒，取決于兩者對社會造成的影響和經(jīng)濟(jì)損失程度，因此回水計算模擬的準(zhǔn)確性尤為重要。然而，現(xiàn)有回水計算模型精度受河段斷面地形、河道糙率以及計算斷面劃分尺度等多因素制約，水面線計算值與實測值對比難免存在誤差，需通過大量的歷史洪水實測數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進(jìn)行率定，盡可能減小模型誤差不確定性帶來的決策困擾。

總體而言，編制的水工程聯(lián)合調(diào)度方案確定了水工程調(diào)度運用的基本原則和策略，以及調(diào)度運用的“天花板”“地板”和關(guān)鍵啟動條件。但在實際洪水調(diào)度中，仍存在多種影響調(diào)度方案運用和決策的不確定性，需要綜合考量多種因素，包括當(dāng)時防洪的實際需求，堤防、河道(包括洲灘民垸)、水庫、蓄滯洪區(qū)等防洪工程的可用情況，甚至社會公眾對防洪調(diào)度方式的認(rèn)知和可能災(zāi)損的接受程度等因素，在此基礎(chǔ)上綜合決策調(diào)度策略和調(diào)度方式。

4 2020年長江洪水調(diào)度

2020年7～8月，長江上游支流岷江發(fā)生超歷史洪水，沱江、涪江、嘉陵江等支流洪水洪峰均居歷史前列，寸灘站洪峰水位位居實測記錄第2位，三峽水庫出現(xiàn)建庫以來最大入庫流量；鄱陽湖發(fā)生流域性超歷史大洪水，長江中下游干流監(jiān)利至大通江段洪峰水位列有實測記錄以來的第2～5位，馬鞍山至鎮(zhèn)江江段潮位超歷史。根據(jù)洪水的普遍性、遭遇性和豐沛性，以及漢口站高水位持續(xù)時間和大通站最大30 d洪量重現(xiàn)期，2020年長江流域發(fā)生的洪水初步確定為流域性大洪水，洪水量級小于1954，1998年，為新中國成立以來第三大流域性洪水。

2020年洪水期間，長江委應(yīng)用耦合氣象水文水量水力調(diào)度等計算模型的決策支持系統(tǒng)，依托較長預(yù)見期的降雨、洪水預(yù)報，運用水工程聯(lián)合調(diào)度方案，嚴(yán)格按照“以泄為主、蓄泄兼籌”的防洪調(diào)度原則，對2020年的長江洪水進(jìn)行了精細(xì)化調(diào)度，保障了長江上中下游全流域的防洪安全。在成功應(yīng)對流域性大洪水的同時，也獲得了很多寶貴經(jīng)驗，可為進(jìn)一步完善流域防洪工程體系、優(yōu)化水工程聯(lián)合調(diào)度方案、提升決策支持技術(shù)能力等提供重要的借鑒和參考。

4.1 洪水特性

2020年進(jìn)入主汛期以來，長江流域暴雨過程頻繁、雨區(qū)重疊度高，暴雨強(qiáng)度大、極端性強(qiáng)。6～7月長江流域的雨情總體上異于常年，累計降雨量485 mm，較多年同期均值偏多4成多，其中長江中下游累計雨量615 mm，較同期均值偏多6成，排名1961年以來第1位，特別是中下游干流地區(qū)降水較同期均值偏多1倍以上。8月，長江上游嘉岷流域發(fā)生極端性強(qiáng)降雨，嘉岷流域累計月雨量達(dá)290 mm左右，尤其是涪江月雨量達(dá)529 mm，沱江477 mm，均排名1961年以來同期第1位。

受4次集中持續(xù)強(qiáng)降雨影響，2020年7月長江干流發(fā)生3次編號洪水，中下游蓮花塘至大通江段洪峰水位列有實測記錄以來的第2～5位，鄱陽湖發(fā)生流域性超歷史大洪水。8月長江上游發(fā)生2次編號洪水，其中岷江發(fā)生超歷史洪水，長江上游干流朱沱至寸灘江段發(fā)生超保證洪水，寸灘站洪峰水位超1981年實測最高水位0.21 m，沱江、涪江、嘉陵江等支流和上游干流來水均居歷史前列，三峽水庫出現(xiàn)建庫以來最大入庫流量(75 000 m3/s)。中游主要控制站宜昌、螺山、漢口、大通等30 d洪量分別為1 100億m3(約10 a一遇)、1 570億m3(約15 a一遇)、1 720億m3(約15 a一遇)、2 220億m3(約30 a一遇)。嚴(yán)峻的防洪形勢對水工程精細(xì)化調(diào)度以及上下游調(diào)度風(fēng)險的平衡提出了更高要求。

4.2 防洪工程調(diào)度運用實踐

4.2.1水庫群聯(lián)合調(diào)度

2020年5次編號洪水期間，以三峽水庫為核心的長江上中游水庫群聯(lián)合調(diào)度運用，發(fā)揮了重要的主動防洪作用。在洪水發(fā)展各階段過程中，流域上中游水庫群在實施聯(lián)合調(diào)度方案過程中，充分綜合考慮當(dāng)前及未來水雨情和水工程運用情況，基于各階段調(diào)度目標(biāo)和對未來風(fēng)險防御的考慮，提出了以三峽水庫為核心的水庫群聯(lián)合調(diào)度策略及調(diào)度方式(見表1)。三峽水庫調(diào)度過程如圖3所示。

2020年7月2日10：00，三峽水庫入庫流量達(dá)50 000 m3/s，長江2020年第1號洪水在長江上游形成，洞庭湖、鄱陽湖分別發(fā)生持續(xù)集中強(qiáng)降雨，城陵磯河段、湖口河段防洪形勢嚴(yán)峻。此時長江剛進(jìn)入汛期，防洪工程特別是水庫群的防洪庫容較為充足，工程防洪能力處于最強(qiáng)階段。洞庭湖、鄱陽湖水庫群根據(jù)各支流來水情勢，分別伺機(jī)對本流域防洪。按照調(diào)度方案，三峽水庫對城陵磯實施防洪補償調(diào)度，減緩長江中游干流水位上漲態(tài)勢，助力鄱陽湖洪水出湖，盡可能降低鄱陽湖區(qū)水位，減輕城陵磯河段、湖口河段及鄱陽湖區(qū)防洪壓力。

圖3 2020年三峽水庫防洪調(diào)度運行過程Fig.3 Hydrograph of inflow/outflow and water level of Three Gorges Reservoir in 2020

受洞庭湖地區(qū)強(qiáng)降雨影響，城陵磯河段水位持續(xù)居高不下，而長江干流荊江河段水位較低，根據(jù)《三峽(正常運行期)-葛洲壩水利樞紐梯級調(diào)度規(guī)程(2019年修訂版)》[11]，為進(jìn)一步減輕城陵磯附近地區(qū)防洪壓力，聯(lián)合調(diào)度溪洛渡、向家壩等上游水庫群，減小進(jìn)入三峽水庫洪量，三峽水庫為城陵磯防洪補償調(diào)度水位可突破155.00 m限制，原則上不超過158.00 m。7月17日10：00，長江2020年第2號洪水在長江上游形成，此時三峽水庫水位157.11 m，當(dāng)天水位即突破158.00 m。根據(jù)三峽水庫調(diào)度和中下游來水情況，預(yù)報3 d后中下游即將返漲，4 d后蓮花塘將漲至保證水位34.40 m附近。為進(jìn)一步減輕城陵磯地區(qū)防洪壓力，在保證荊江地區(qū)和庫區(qū)防洪安全的前提下，通過精細(xì)調(diào)度三峽水庫，滾動優(yōu)化調(diào)整出庫流量，結(jié)合城陵磯河段農(nóng)田片區(qū)限制排澇、洲灘民垸相機(jī)運用等措施，控制城陵磯蓮花塘水位不超34.40 m(如圖4所示)，避免了城陵磯附近蓄滯洪區(qū)運用，并成功與洞庭湖洪水錯峰，極大減輕了長江中下游尤其是洞庭湖區(qū)防洪壓力。

圖4 長江2020年2號洪水蓮花塘站水位過程Fig.4 Water level at Lianhuatang Station during the No.2 flood of Changjiang River，2020

2020年7月26日14：00，迎來長江2020年第3號洪水。三峽水庫仍然處于158.00 m以上高水位運行，洞庭湖資水、沅江、澧水再次發(fā)生明顯漲水過程，漢江來水增加，長江中下游水位持續(xù)偏高，荊江河段超警戒水位，城陵磯突破保證水位34.40 m，漢口水位出現(xiàn)第三峰28.50 m。考慮城陵磯地區(qū)附近蓄滯洪區(qū)人口聚集實際情況，若按洪水調(diào)度方案運用蓄滯洪區(qū)需轉(zhuǎn)移大量人口，將造成極大的社會經(jīng)濟(jì)損失，分洪難度巨大，為避免分洪區(qū)人民遭受洪災(zāi)之苦，在綜合考慮荊江防洪安全和庫區(qū)淹沒風(fēng)險的前提下，提出了優(yōu)化利用三峽水庫防洪庫容繼續(xù)兼顧對城陵磯防洪，并適當(dāng)抬高城陵磯河段堤防運行水位的調(diào)度方式，盡量避免啟用蓄滯洪區(qū)。但考慮正處于“七下八上”長江流域防洪風(fēng)險仍然極高的關(guān)鍵時期，為應(yīng)對后續(xù)可能發(fā)生的洪水，防洪工程運用需要在保障當(dāng)前防洪安全的前提下留有余地，控制三峽水庫最高調(diào)洪水位不超過165.00 m，控制城陵磯站水位不超過34.90 m，如圖5所示。

圖5 長江2020年3號洪水蓮花塘站水位過程Fig.5 Water level at Lianhuatang Station during No.3 flood of Changjiang River，2020

三峽水庫實施錯峰減壓調(diào)度后，為留足庫容應(yīng)對后期可能出現(xiàn)的大洪水，三峽水庫及上游水庫群利用2020年7月31日至8月10日的降雨間隙期伺機(jī)加大下泄流量騰庫。三峽水庫滾動調(diào)整出庫流量，庫水位由163.36 m逐步降低至153.03 m(8月14日12：00)，同時維持中游蓮花塘站水位現(xiàn)峰退后的退水態(tài)勢。

8月11～17日，長江上游嘉岷流域發(fā)生集中性強(qiáng)降雨，干支流洪水暴發(fā)并惡劣遭遇，形成較大的復(fù)式漲水過程，依次迎來長江2020年第4、5號洪水。寸灘洪峰74 600 m3/s，超“8·17”洪水排位歷史第二，且寸灘以下受銅鑼峽峽口影響，河道洪水宣泄能力受限造成水位頂托。三峽水庫出現(xiàn)建庫蓄水以來的最大入庫流量75 000 m3/s，受三峽水庫加大下泄影響，長江中下游宜昌至蓮花塘河段超警戒水位。因此，針對4、5號洪水，長江上游水庫群調(diào)度目標(biāo)為：削峰調(diào)度以減輕川渝河段(特別是重慶附近)防洪壓力并降低三峽水庫庫尾淹沒風(fēng)險，同時，攔蓄洪量配合三峽水庫減輕中下游防洪壓力。

在防御長江第4、5號復(fù)式洪水過程中，在三峽水庫及上游水庫群已運用較多防洪庫容的基礎(chǔ)上，再次大規(guī)模啟用上游各支流水庫聯(lián)合調(diào)度，攔蓄洪水約190億m3，其中三峽以上水庫攔蓄洪量約82億m3，將高場、北碚、寸灘站(見圖6)最高水位分別控制在291.08，200.23，191.62 m，避免了上游金沙江、岷江、沱江、嘉陵江洪峰疊加形成重現(xiàn)期超100 a一遇的大洪水。寸灘站洪峰流量由87 500 m3/s(約100 a一遇)削減至74 600m3/s(約20～40 a一遇)，顯著減輕了川渝河段和三峽庫尾的防洪壓力。三峽水庫攔蓄洪水約108億m3，最高調(diào)洪水位167.65 m，如圖7所示。宜昌站洪峰流量由78 400 m3/s(約40 a一遇)削減至51 500 m3/s，沙市最高水位43.24 m(僅超警戒0.24 m)，避免了荊江分洪區(qū)的啟用，使荊江分洪區(qū)內(nèi)60萬人口避免轉(zhuǎn)移，3.287萬hm2耕地以及10余萬畝水產(chǎn)養(yǎng)殖面積避免被淹沒。

圖6 長江2020年4、5號洪水寸灘站水位流量Fig.6 Water level and discharge at Cuntan Station during No.4 and No.5 flood of Changjiang River，2020

圖7 長江2020年4、5號洪水三峽水庫調(diào)度過程Fig.7 Operation process of Three Gorges Reservoir in No.4 and No.5 flood of Changjiang River，2020

總體而言，2020年大洪水期間，以三峽水庫為核心的長江流域水庫群充分發(fā)揮了攔洪削峰蓄洪滯洪的作用，極大減輕了沿江各河段防洪壓力，為保障流域防洪安全起到了堤防以外的不可替代的基本盤作用，是流域防洪的主要、主動工程措施。

4.2.2河道抬高運行水位

長江2020年3號洪水期間，螺山-漢口河段水面比降較小，受水位頂托影響，螺山站同流量下水位抬高，蓮花塘站長時間在保證水位34.40 m附近波動居高不下。此時河道安全泄量約為51 500 m3/s，遠(yuǎn)小于水庫調(diào)度方案設(shè)計階段的安全泄量60 000 m3/s，對三峽水庫實施補償調(diào)度洪水?dāng)r蓄量提出了更高的要求，尤其是三峽水庫已處于158.00 m以上高水位運行，同時蓄滯洪區(qū)也面臨是否啟用的艱難決策。

根據(jù)《長江洪水調(diào)度方案》，當(dāng)城陵磯水位達(dá)到34.40 m并預(yù)報繼續(xù)上漲，需采取城陵磯附近區(qū)蓄滯洪區(qū)分洪措施，同時也提出“當(dāng)沙市水位低于44.50 m且漢口水位低于29.00 m時，城陵磯運行水位可抬高到34.90 m運用”。3號洪水期間，沙市水位僅為42.50 m左右，漢口水位也不高于28.50 m，在“以泄為主”的方針指引下，為增加河道泄流能力，使河道洪水加快下泄，避免后期造成更大洪水淹沒風(fēng)險，同時避免過早啟用蓄滯洪區(qū)給區(qū)內(nèi)人民帶來避洪轉(zhuǎn)移之困和巨大的社會經(jīng)濟(jì)損失，根據(jù)滾動水情預(yù)報，適當(dāng)抬高了城陵磯河段堤防運行水位加大行洪流量。同時為盡量減輕對城陵磯上游監(jiān)利河段防洪風(fēng)險和壓力轉(zhuǎn)移，三峽水庫繼續(xù)兼顧對城陵磯實施防洪補償調(diào)度，控制城陵磯水位不超過34.90 m。經(jīng)過水工程的科學(xué)聯(lián)合調(diào)度，蓮花塘站水位在7月28日20：00現(xiàn)峰轉(zhuǎn)退，最高水位34.59 m(如圖5所示)。

4.2.3洲灘民垸調(diào)度及泵站運用

在防御長江1號洪水過程中，鄱陽湖發(fā)生流域超歷史大洪水，7月6～8日江水倒灌，11日最大入湖流量43 200 m3/s，湖區(qū)及五河尾閭地區(qū)13站水位超歷史，星子站水位22.63 m超歷史最大0.11 m。在三峽水庫對城陵磯地區(qū)防洪調(diào)度降低中下游干流水位，減輕對鄱陽湖區(qū)水位頂托影響的同時，聯(lián)合調(diào)度鄱陽湖水系水庫群減小下泄流量，對比分析了單退垸運用及康山分洪等不同調(diào)度情況(見圖8)。分析表明及時啟用鄱陽湖洲灘民垸將有效降低湖區(qū)及湖口水位；因此，調(diào)度決策及時運用湖口附近的洲灘民垸行蓄洪水。

圖8 鄱陽湖1號洪水期間運用單退垸及康山分洪措施的湖口站水位對比Fig.8 Comparison of water level at Hukou station of Poyang Lake by using of detention basins and polders

根據(jù)水工程聯(lián)合調(diào)度方案，結(jié)合鄱陽湖洪水情勢和分析預(yù)測成果，在湖口水位已經(jīng)較高且預(yù)報將接近甚至超過保證水位22.50 m時，運用鄱陽湖區(qū)185座單退圩，蓄洪容積總計約24億m3，同時限制城陵磯、湖口附近河段農(nóng)田澇片排澇泵站對江對湖排澇，將湖口站最高水位成功控制在保證水位22.50 m以內(nèi)，實際出現(xiàn)水位22.49 m(如圖9所示)。

截至2020年8月1日，長江中下游共運用洲灘民垸609個，包括湖北省138個、湖南省19個、江西省215個、安徽省236個、江蘇省1個。洲灘民垸的啟用有效降低了洞庭湖、鄱陽湖湖區(qū)水位，極大緩解了對城陵磯、湖口干流河段和湖區(qū)的防洪壓力。

圖9 長江2020年1號洪水中游控制站水位過程Fig.9 Water level of gauge stations in the middle reaches of Changjiang River during No.1 Flood in 2020

4.3 2020年水工程聯(lián)合防洪調(diào)度效果

2020年5次洪水期間，長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度發(fā)揮了巨大防洪減災(zāi)效益，充分體現(xiàn)了水庫群、堤防、洲灘民垸、排澇泵站等水工程的協(xié)同防洪作戰(zhàn)能力，其中水庫群洪量攔蓄情況如表2所示。7月洪水期間，以三峽水庫為骨干的長江上中游控制性水庫群攔蓄洪量約300億m3，顯著降低中下游干流洪峰水位；8月洪水期間，上游水庫群攔蓄洪量約190億m3，避免了荊江分洪區(qū)的啟用；經(jīng)水庫群及洲灘民垸共同攔蓄分蓄洪水后，宜昌及以下各站洪水量級僅為常遇洪水。

表2 2020年5場洪水水庫群聯(lián)合調(diào)度運用攔洪量統(tǒng)計Tab.2 Statistics on stored flood by joint operation of reservoirs and other water projects for 2020 floods in Changjiang River

針對2020年洪水，不同的洪水發(fā)展階段面臨著不同的防洪形勢，水工程的運用組合與來水情勢密切相關(guān)，且受中下游持續(xù)高水位頂托影響，水工程調(diào)度方案在實際運用中得到了較大拓展和細(xì)化?？傮w而言，在整個防洪體系中，以三峽水庫為核心的水庫群發(fā)揮著積極、主動、靈活的洪水?dāng)r蓄作用，具有不可替代的防洪地位。其次，堤防抬高運行水位強(qiáng)迫行洪、洲灘民垸行蓄洪水、沿江泵站限制排放，共同配合水庫群成功抵御了2020年5次洪水過程。

5 水工程聯(lián)合調(diào)度方案應(yīng)用分析與思考

水工程聯(lián)合調(diào)度方案主要根據(jù)歷史及設(shè)計工況擬定邊界條件和啟動條件、調(diào)度方式。而在實際調(diào)度中，來水組合千變?nèi)f化，工程運用過程中，防洪工程體系的防御能力也在不斷變化中，此外，河道控制斷面過流能力安全泄量等參數(shù)與設(shè)計時亦有所差別，同時水文預(yù)報也存在一定的不確定性，這些在2020年洪水應(yīng)對中給調(diào)度方案的運用帶來了較大挑戰(zhàn)。實際調(diào)度中以調(diào)度方案為指導(dǎo)，在不突破方案給定的安全框架范圍內(nèi)，對方案進(jìn)行了大量拓展和細(xì)化應(yīng)用。因此，需要總結(jié)2020年調(diào)度經(jīng)驗，針對方案中與實踐運用差別較大的方面作進(jìn)一步分析研究，為更新完善流域水工程聯(lián)合調(diào)度方案提供參考。

5.1 受河道泄量變化影響，實時調(diào)度中需動態(tài)調(diào)整調(diào)度指標(biāo)

三峽水庫對城陵磯防洪采用補償調(diào)度方式，控制城陵磯水位不超過34.40 m，而補償調(diào)度的關(guān)鍵取決于防洪控制點的安全泄量。2020年調(diào)度過程中，受長江中下游高水頂托影響，螺山水位流量關(guān)系線發(fā)生較大變化，圖10點繪了20世紀(jì)90年代以來的各年螺山水位流量關(guān)系線、90年代大水綜合線、防洪規(guī)劃綜合線。由圖10可以看出，受下游頂托影響，2020年螺山站高水水位流量關(guān)系偏左，同流量下水位偏高，同水位下過流能力較90年代大水綜合線或防洪規(guī)劃綜合線偏小。

圖10 螺山站歷年水位流量關(guān)系線Fig.10 Water level-discharge relationship at Luoshan Station

城陵磯河段安全泄量受下游洪水頂托減少的變化給三峽水庫調(diào)度運用帶來了挑戰(zhàn)。在三峽水庫調(diào)度規(guī)程編制中，三峽水庫對城陵磯防洪庫容及控制水位確定均按照蓮花塘水位不超過保證水位34.40 m進(jìn)行補償調(diào)度，采用螺山相應(yīng)泄量60 000 m3/s進(jìn)行計算。但是，現(xiàn)狀條件下受下游洪水頂托影響，城陵磯水位34.40，34.90 m分別對應(yīng)螺山流量51 500～54 500 m3/s，使三峽水庫補償調(diào)度下泄流量比原方案要小，相應(yīng)增加了攔蓄在水庫的洪量。這種變化情況下，三峽水庫158.00 m以下庫容是否仍然能夠達(dá)到城陵磯河段設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)要求需要進(jìn)一步論證。

因此，除實際調(diào)度中應(yīng)根據(jù)河道水位頂托實際情況實時動態(tài)調(diào)整安全泄量外，應(yīng)加強(qiáng)分析城陵磯河段安全泄量變化情況及其對三峽水庫防洪庫容應(yīng)用的影響。研究是否有必要調(diào)整三峽水庫對城陵磯防洪補償控制水位，特別是在金沙江下游具有較大防洪庫容的烏東德、白鶴灘等水庫投入運行后，三峽水庫對城陵磯防洪補償控制水位調(diào)整優(yōu)化中應(yīng)考慮城陵磯河段安全泄量受下游洪水頂托的影響，為優(yōu)化三峽水庫及其他水工程聯(lián)合調(diào)度方案提供技術(shù)支持。

5.2 蓄滯洪區(qū)運用困難給水工程聯(lián)合調(diào)度決策帶來極大挑戰(zhàn)

2020年防洪調(diào)度過程中，蓄滯洪區(qū)運用遭遇較大挑戰(zhàn)。鄱陽湖區(qū)蓄滯洪區(qū)情況詳見表3 。1號洪水調(diào)度期間，預(yù)報湖口水位將可能超過保證水位22.50 m。按照《長江洪水調(diào)度方案》，“當(dāng)湖口水位達(dá)到22.50 m并預(yù)報繼續(xù)上漲，首先運用鄱陽湖區(qū)的康山蓄滯洪區(qū)，相機(jī)運用珠湖、黃湖、方洲斜塘蓄滯洪區(qū)蓄納洪水。運用上述4處蓄滯洪區(qū)后仍不能控制湖口水位上漲且危及重點堤防安全時，則運用華陽河蓄滯洪區(qū)分蓄洪水。當(dāng)湖口水位超過22.00 m時，排澇泵站服從統(tǒng)一調(diào)度。”

表3 鄱陽湖區(qū)蓄滯洪區(qū)情況Tab.3 Information of detention basins in Poyang Lake area

2020年7月11日08：00，湖口水位漲至22.06 m，距保證水位僅0.44 m，位居歷史最高水位第2位。受強(qiáng)降雨影響，鄱陽五河合成流量達(dá)到43 200 m3/s，176個單退垸僅剩下85個待行洪運用。根據(jù)預(yù)報，湖口水位將超過保證水位22.50 m，防洪形勢十分嚴(yán)峻，面臨是否運用康山等鄱陽湖區(qū)蓄滯洪區(qū)分洪的艱難選擇。然而，鄱陽湖區(qū)蓄滯洪區(qū)安全建設(shè)滯后，黃湖、方舟斜塘、華陽河蓄滯洪區(qū)內(nèi)隔堤未建，一旦分洪運用將淹沒保護(hù)區(qū)，損失巨大，不具備啟用條件，具備運用條件的只有康山和珠湖。但是，康山分洪將面臨10萬人轉(zhuǎn)移安置，一旦分洪損失巨大；珠湖蓄洪容積較小(4.63億m3)分洪效果有限。經(jīng)與江西省現(xiàn)場會商，調(diào)度決策：盡可能運用洲灘民垸、鄱陽湖水系上游水庫群、農(nóng)田排澇泵站停排等方式降低湖口水位，康山作為備用，水位超過歷史最高(22.59 m)時再考慮啟用。最終，在長江三峽水庫等上游水庫群聯(lián)合調(diào)度拉低干流水位的基礎(chǔ)上，采取農(nóng)田排澇泵站限排、鄱陽湖水系上游水庫盡可能攔蓄減少入湖洪水、洲灘民垸行蓄洪水的綜合措施作用下，將湖口水位控制在22.49 m，低于保證水位；康山等蓄滯洪區(qū)未分洪運用，避免了分洪損失和萬人轉(zhuǎn)移安置等災(zāi)情。

由此可見，在實際調(diào)度中，蓄滯洪區(qū)運用難度極大：不具備條件的固然難以運用，具備條件的由于損失巨大，地方政府分洪意愿極低。因此，在盡快完善蓄滯洪區(qū)安全建設(shè)的同時，面對應(yīng)用難問題，研究一旦分洪運用后的補償方式和機(jī)制，是聯(lián)合調(diào)度運用蓄滯洪區(qū)降低流域洪水風(fēng)險的關(guān)鍵[12]。

此外，應(yīng)研究蓄滯洪區(qū)建設(shè)運用模式，提升蓄滯洪區(qū)運用的可能性。例如，當(dāng)蓄滯洪區(qū)運用由臨時爆破改為涵閘控制、可基本實現(xiàn)及時及量分洪后，特別是5～7 d有效預(yù)見期的洪水預(yù)報，可為蓄滯洪區(qū)精細(xì)調(diào)度基提供有力的技術(shù)支撐。在此情況下，蓄洪容積的使用效率將有較大提升，已有蓄洪容積在滿足防洪任務(wù)情形下仍有一定應(yīng)對超標(biāo)準(zhǔn)洪水的安全裕度，可考慮適當(dāng)擴(kuò)大安全區(qū)范圍，有利于提升蓄滯洪區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，緩解蓄滯洪區(qū)運用難的矛盾。

5.3 三峽水庫兼顧對城陵磯防洪的拓展運用

根據(jù)《三峽(正常運行期)-葛洲壩水利樞紐梯級調(diào)度規(guī)程(2019年修訂版)》，三峽水庫對城陵磯防洪控制水位為155.00 m，最高不超過158.00 m。2020年7月16日08：00，三峽水庫水位155.55 m，次日將超158.00 m，面臨是否繼續(xù)兼顧對城陵磯防洪的艱難抉擇。2號洪水中，若僅考慮對荊江防洪，城陵磯水位將快速上漲并突破34.4 m的分洪控制水位至34.91 m(模擬計算結(jié)果見圖11)。面對2020年2～3號洪水，考慮長江中下游城陵磯河段嚴(yán)峻的防洪壓力和湖南、湖北兩省訴求，結(jié)合中期洪水預(yù)報，經(jīng)研判對荊江造成的防洪風(fēng)險后，分析認(rèn)為：三峽水庫繼續(xù)兼顧對城陵磯防洪調(diào)洪高水位不會太高、且后續(xù)有可以騰庫再起調(diào)的降雨間隙。最終采取了158.00 m以上繼續(xù)兼顧對城陵磯防洪的調(diào)度方式，一定程度上突破了規(guī)程限制，在對荊江防洪調(diào)度的過程中，繼續(xù)兼顧對城陵磯防洪調(diào)度，防洪補償控制水位至164.58 m，使城陵磯水位控制在34.00 m附近。

圖11 2020年2號洪水不同方案下城陵磯水位模擬對比Fig.11 Water level at Chenglingji station as the result of Three Gorges operation considering protection targets as Jingjiang river reach and Chenglingji river reach

在實際調(diào)度中，上述調(diào)度方式在上游來水不到100 a一遇的情況下，可在不影響對荊江防洪的同時有效兼顧對城陵磯的防洪，是面對應(yīng)用蓄滯洪區(qū)還是繼續(xù)使用水庫攔蓄艱難選擇情況下應(yīng)用風(fēng)險管理理念、盡可能降低洪水綜合風(fēng)險的必然選擇。但是，這種調(diào)度方式在一定程度上可能給荊江后續(xù)防洪帶來了一定的風(fēng)險。因此，需總結(jié)本次調(diào)度經(jīng)驗，進(jìn)一步充分研究在上游水庫群配合下，尤其庫容較大的烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩等金沙江下游梯級的配合下，三峽水庫水位在158.00～171.00 m之間不同水位能夠應(yīng)對的洪水量級，完善三峽水庫對荊江及城陵磯防洪的調(diào)度方式。

此外，具有較長預(yù)見期的降雨預(yù)報，能夠有效預(yù)測后續(xù)存在降雨間隙，水庫能夠有機(jī)會將水位降至158.00 m以下，以充足庫容應(yīng)對后續(xù)洪水，是實施這種調(diào)度方式的重要支撐和必要條件。

5.4 洲灘民垸運用時機(jī)應(yīng)根據(jù)防洪形勢需求進(jìn)行實時調(diào)整

值得注意的是洲灘民垸的運用時機(jī)并未完全依據(jù)編制的調(diào)度方案啟動運用。根據(jù)《長江洪水調(diào)度方案》，湖口水位達(dá)到20.50 m時，并預(yù)報繼續(xù)上漲，應(yīng)視實時洪水水情，扒開武穴至湖口河段長江干堤之間、鄱陽湖區(qū)洲灘民垸進(jìn)洪，充分利用河湖泄蓄洪水，當(dāng)湖口水位達(dá)到21.50 m時洲灘民垸應(yīng)全部運用。1號洪水實際調(diào)度中，2020年7月10日，當(dāng)湖口站水位達(dá)21.50 m時，才大幅啟用鄱陽湖區(qū)洲灘民垸行蓄洪水，與長江洪水調(diào)度方案相比，運用時機(jī)有所滯后，但是對控制最高洪水位效果較好，避免了洲灘民垸過早啟用可能造成的無效分洪。運用時機(jī)滯后部分也是由于一旦運用損失較大且缺乏補償機(jī)制，地方政府主動運用洲灘民垸的意愿不高。

因此，應(yīng)考慮優(yōu)化調(diào)整湖口附近地區(qū)的洲灘民垸啟用時機(jī)和運用方式，同時，探索對洲灘民垸運用的賠償或者補償機(jī)制，提升洲灘民垸的運用主動性。

5.5 城陵磯河段農(nóng)田排澇泵站排澇影響及限排作用

2020年汛期泵站對江、對湖總排水量約796億m3。干流水位快速上漲，受下游漢口、湖口高水位頂托等影響，城陵磯蓮花塘站水位達(dá)到34.40 m時，螺山站過流能力僅為51 500m3/s左右，與多年平均泄流能力64 000 m3/s相比明顯降低，增大了城陵磯附近地區(qū)的防洪壓力，可考慮對沿江排澇泵站采取限排措施，減少入江入湖水量。考慮到排澇泵站一般不會同時按設(shè)計流量抽排入江或入湖，因此按排澇規(guī)模的70%進(jìn)行分析，即湖區(qū)最大排量為3 500 m3/s，干流最大排量為950 m3/s；按限排或停排3 d考慮，日最大減少入江、入湖水量約3.8億m3，3 d最大減少水量11.4億m3；考慮限排或停排干流及湖區(qū)排澇泵站后，短期最大可降低城陵磯水位0.11～0.15 m。2020年洪水實際調(diào)度中，在1號洪水期間，為減輕對洞庭湖、鄱陽湖區(qū)的影響，采取了對江、對湖農(nóng)田限排的方式，在洲灘民垸行蓄洪運用的基礎(chǔ)上對進(jìn)一步降低湖區(qū)水位起到了一定的作用。

雖然限制或停止湖區(qū)農(nóng)田對江、對湖排澇對湖區(qū)水位的貢獻(xiàn)沒有洲灘民垸或者蓄滯洪區(qū)的作用明顯，但是，在極端洪水情況下，往往十幾厘米的差別也起關(guān)鍵作用。因此，關(guān)鍵時刻結(jié)合降雨情況采取泵站限排是應(yīng)對流域性極端洪水狀況的有效手段，值得進(jìn)一步研究，特別是需要加強(qiáng)對泵站排澇信息的采集，以更精準(zhǔn)地進(jìn)行調(diào)度。

6 結(jié)語與展望

我國水旱災(zāi)害頻繁，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與防汛抗旱關(guān)系密切，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，對水旱災(zāi)害防御提出了更高的要求。目前我國許多江河都已基本完成防洪工程體系建設(shè)，梯級水庫群成為水旱災(zāi)害主動防御的重要措施手段；同時，排澇泵站、排洪涵閘、引調(diào)水工程的數(shù)量和體量愈發(fā)龐大，對流域調(diào)度運行管理的影響已經(jīng)不容忽視。隨著流域防汛抗旱綜合體系日趨完善，水工程聯(lián)合調(diào)度已經(jīng)成為統(tǒng)籌流域內(nèi)控制性水工程防洪和水資源綜合利用效益，實現(xiàn)更加科學(xué)、高效、優(yōu)化的防災(zāi)聯(lián)合調(diào)度的重要手段。

在2020年長江洪水防御中，在長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運用計劃的指導(dǎo)下，面對2020年嚴(yán)峻的防洪形勢，以三峽水庫為骨干的防洪工程體系聯(lián)合調(diào)度，成功抵御了2020年長江流域性大洪水。在上中游水庫“軍團(tuán)”的密切配合下，根據(jù)實時及預(yù)報水雨情，結(jié)合中下游防洪形勢及工程運用情況，通過攔洪、削峰、錯峰，成功抵御了5次編號洪水，將三峽水庫建庫以來最大入庫洪峰75 000 m3/s穩(wěn)穩(wěn)收入囊中，攔蓄洪水總量約254億m3，最高水位167.65 m，最大削峰流量28 100 m3/s，極大減輕了長江中下游防洪壓力，成功避免啟用荊江分洪區(qū)，避免60萬人轉(zhuǎn)移和分洪區(qū)運用帶來的財產(chǎn)損失。針對城陵磯河段持續(xù)高水位面臨分洪的防洪壓力，在上游水庫群配合運用下，三峽水庫在調(diào)度規(guī)程的基礎(chǔ)上，通過全面研判實時防汛情勢和后期防洪風(fēng)險，做出適當(dāng)突破對城陵磯防洪補償控制水位(158.00 m)的科學(xué)決策；同時根據(jù)城陵磯河段堤防建設(shè)預(yù)留的安全裕度，在保證水位34.40 m基礎(chǔ)上適當(dāng)抬高堤防運行水位加快河道泄流；配合附近洲灘民垸行蓄洪水、統(tǒng)一調(diào)度和合理限制附近河段農(nóng)田澇片排澇泵站對江對湖排澇等：上述措施避免了蓄滯洪區(qū)啟用，最大程度保障了人民生命財產(chǎn)安全。

經(jīng)過2020年防洪調(diào)度實踐檢驗，長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運用計劃體現(xiàn)出重要的指導(dǎo)意義和作用，同時也顯露方案(計劃)在實際調(diào)度運用中與設(shè)計考量的差別：堤防、水庫工程、排澇泵站等防洪調(diào)度潛力有進(jìn)一步挖掘的空間，尤其烏東德、白鶴灘等防洪骨干水庫建成運行后，將極大增強(qiáng)上游水庫群對洪水的調(diào)控能力；實際調(diào)度中暴露出來的洲灘民垸運用難，特別是蓄滯洪區(qū)難以運用等問題，需要有針對地研究洲灘民垸、蓄滯洪區(qū)運用難點，如單退垸是否可以納入賠償范圍等；同時，長江中下游干流包括兩湖在調(diào)度過程中均對三峽等水庫提出了高過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的期望要求，三峽水庫調(diào)度經(jīng)常面臨庫區(qū)和下游、現(xiàn)在和未來一段時間如何平衡的多重考驗；在開展大量水工程聯(lián)合調(diào)度相互置換計算過程中，也發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有模擬系統(tǒng)調(diào)度智能化不足的問題。這些都是面對流域性大洪水(或者超過堤防設(shè)計標(biāo)準(zhǔn))時長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度需要重點關(guān)注和解決的問題。

為此，建議進(jìn)一步深化流域水工程聯(lián)合調(diào)度研究，開展智慧調(diào)度決策支持能力的提升工作[13]，完善上游水庫群配合三峽庫容在洪水不同發(fā)展階段的應(yīng)用方式，解決如何配合與如何協(xié)調(diào)與本流域防洪之間的關(guān)系問題；進(jìn)一步明確細(xì)化三峽水庫兼顧對城陵磯防洪補償庫容的拓展方式(158.00 m以上)，細(xì)化各種水工程聯(lián)合調(diào)度運用次序；結(jié)合防洪工程體系建設(shè)實際情況和運用特點，考慮防洪保護(hù)區(qū)、分蓄洪運用區(qū)內(nèi)的人民生命財產(chǎn)安全訴求，優(yōu)化調(diào)整水工程調(diào)度方式。研究洲灘民垸(特別是單退垸)的運用賠償(如保險)等方式。不斷總結(jié)調(diào)度實踐，將長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度方案不斷滾動優(yōu)化，為防御長江流域性大洪水提供技術(shù)支撐。

說 明

本文2020年水文要素的統(tǒng)計分析源自報汛數(shù)據(jù)。