2018年汛期黃河水沙調度實踐
2019-10-21 09:17:21魏軍任偉楊會穎孔純勝
人民黃河 2019年5期
魏軍 任偉 楊會穎 孔純勝
摘要：2018年汛期黃河流域暴雨過程頻繁，中雨以上降水過程出現21次，上游出現3次編號洪水，洪水水量大、持續時間長，中下游干流也發生較長時間大流量過程。面對洪水，黃河上中游水庫進行聯合防洪調度和水沙調控，充分發揮攔洪削峰錯峰作用，合理利用水庫河道排沙輸沙，取得了顯著的防洪減災減淤成效和洪水資源利用效果。對2018年汛期雨水情、洪水調度、水庫河道沖淤和調度效果等進行了分析，取得的主要認識有：①扎實準備、超前部署、精準預報、科學決策、團結協作，為本次防汛提供了保證;②水沙調控理論和實踐得到了豐富和發展，首次實現了全河層面的水沙聯合調控;③黃河水沙調控體系亟待完善，建議加快黃河中游古賢水庫上馬步伐，實現黃河水沙資源綜合利用，確保黃河防洪安全。
關鍵詞：實踐;水沙調度;汛期;黃河;2018年
中圖分類號：TV697.I;TV882.1
文獻標志碼：A
doi：10. 3969/j .issn. 1000- 1379.2019.05.001
2018年汛期（7-10月），黃河流域暴雨過程頻繁，強降雨落區重疊度高、極端性強，黃河上中游洪水齊發，上、中、下游河道洪水洪量較大，持續時間較長，防汛抗洪形勢一度全線緊張。面對嚴峻復雜的汛情，黃河防總辦公室積極主動應對，科學實施水庫聯合防洪調度和水沙調控，奪取了防汛抗洪勝利，并取得了顯著的減淤成效和洪水資源利用效益。本文對2018年汛期水沙特點和水沙調度實踐進行了總結，以期深化對黃河水沙規律的認識。
1 天氣及降雨情況
2018年6月中旬至9月，西風帶巴爾喀什湖到貝加爾湖之間多西風槽活動，西太平洋副熱帶高壓（簡稱副高）異常偏強，脊線偏北、西伸脊點異常偏西，低緯地區印緬槽活躍，在西風槽、副高及印緬槽等天氣系統的共同作用下，偏南暖濕氣流與西風帶冷空氣在黃河上中游地區頻繁遭遇，造成黃河上游唐乃亥以上持續降水及上中游降水量較常年同期均值偏大。
2018年汛期黃河流域暴雨過程頻繁，平均降水量為385.2 mm，較常年平均值（310.6 mm）偏大24%，中雨以上降水過程共21次。各區間與常年相比，強降雨落區重疊度高、極端性強，上游降水量顯著偏大，其中蘭州以上與蘭托區間（蘭州一托克托區間）分別偏大50%、100%;中游以山陜區間北部偏大56%最為明顯，涇渭洛河及山陜區間南部偏大20%左右。全流域平均降水量呈現前期偏大、后期偏小的特點，其中7-9月降水量均偏大，特別以7月偏大56%最為明顯。2洪水
2018年汛期黃河上游來水明顯偏大，共出現3次編號洪水，蘭托區間多條支流出現建站以來最大流量。黃河中游山陜區間、涇渭河及黃河下游大汶河也發生洪水。為應對渭河洪水和上游來水，三門峽、小浪底水庫實施防洪運用，在黃河下游形成明顯的水沙過程。主要洪水過程如下。
（1）黃河2018年第1號洪水。受6月12日-7月11日持續降雨影響，黃河河源區干支流持續漲水.7月8日11時唐乃亥站流量漲至2 500 m3/s.形成黃河2018年第1號洪水。本次洪水，唐乃亥站次洪水量為74.8億m3.洪峰流量為3 440 m3/s，與2012年最大值持平，同為1989年以來最大流量，列1955年建站以來第6位。受上游水庫攔蓄和河道引水影響，洪水演進至寧蒙河段時洪峰流量為2 000 m3/s左右。上游主要站洪水過程見圖1。
（2）黃河2018年第2號洪水。受7月22-23日劉蘭區間（劉家峽一蘭州區間）強降雨影響，區間來水量猛增，黃河蘭州站7月23日8時18分洪峰流量為3 610 m3/s，形成黃河2018年第2號洪水。本次洪水蘭州站次洪水量為3.05億m3。上游主要站洪水過程見圖1。
（3）黃河2018年第3號洪水。由于河源區持續來水及龍劉區間（龍羊峽一劉家峽區間）、劉蘭區間加水較多.9月20日2時18分蘭州站流量為3 200 m3/s.形成黃河2018年第3號洪水，26日23時洪峰流量為3 590 m3/s。本次洪水歷時87 d，蘭州站總水量為191億m3。洪水向下游演進，蘭托區間出現了人汛以來最大洪水過程。其中：下河沿站洪峰流量為3 540 m3/s，為1989年以來最大流量;石嘴山、巴彥高勒、三湖河口站最大流量分別為3 500、3 020、3 060m3/s，均為1985年以來最大洪水：包頭站最大流量為3 140 m3/s.頭道拐站最大流量為2 900 m3/s，為該兩站2012年以來最大洪水。上游主要站洪水過程見圖2。
（4）渭河7月中旬洪水。受7月10-11日強降雨影響，涇渭河流域干支流普遍漲水。渭河林家村水文站11日14時30分洪峰流量為2 390 m3/s.支流千河千陽站洪峰流量為1 340 m3/s。干支流洪水匯合后，渭河魏家堡站11日18時洪峰流量為4 290 m3/s;咸陽站12日10時42分洪峰流量為4 210 m3/s.為2003年以來最大流量。涇、渭河洪水匯合后，渭河臨潼站12日23時洪峰流量為4 500 m3/s，經漫灘削減后，華縣站14日2時洪峰流量為3 400 m3/s.本次洪水華縣站總水量為7. 89億m3。渭河洪水與黃河北干流、北洛河等來水匯合后，黃河潼關站14日17時出現流量為4 620 m3/s的洪峰，為該站2018年最大流量。本次洪水主要站流量過程線見圖3。
（5）黃河下游干流洪水。為應對渭河洪水和上游來水，三門峽、小浪底兩庫進行防洪運用，黃河下游形成明顯的水沙過程。本次防洪運用洪水持續104 d，花園口站最大流量為4 360 m3/s.最大含沙量為83.6 kg/ m3;孫口站最大流量為3 810 m3/s，最大含沙量為49.2 kg/ m3;利津站最大流量為3 650 m3/s，最大含沙量為47.7 kg/ m3。
3 徑流輸沙
2018年黃河流域主要來水區（站）來水594.0億m3，較多年均值偏大28%，為1989年以來最大水量。其中，7-10月黃河流域來水375.8億m3，占全年來水的63%.較多年均值偏大36%.為1983年以來汛期最大水量。
2018年汛期，上游干流各站實測水沙量與多年均值相比均偏大。唐乃亥站汛期徑流量為188.4億m3（見表1），較多年均值偏大57%，為1989年以來最大水量;輸沙量為0.18億t，較多年均值偏大96.4%。蘭州站徑流量為250.5億m3，較多年均值偏大49%，為1981年以來最大水量;輸沙量為0.91億t，較多年均值偏大49.4%。整個汛期，唐乃亥站流量在2 000 m3/s以上天數達47 d：蘭州站流量在3 000 m3/s以上天數達30 d.流量在2 000 m3/s以上天數達84 d：頭道拐站流量在2 000 m3/s以上天數達63 d。
中游干流各站實測來水量較多年均值偏大，吳堡站以下河段來沙量較多年均值偏小。黃河潼關站徑流量為265.7億m3，較多年均值偏大48.10%.為1984年以來最大水量;輸沙量為3.42億t，較多年均值偏小55%。渭河華縣站徑流量為43.7億m3，較多年均值偏小3.6%;輸沙量為0.90億t，較多年均值偏小69.3%。
受黃河上游來水及三門峽、小浪底兩庫防洪運用影響.2018年汛期黃河下游各站徑流量均較多年均值偏大，來沙量均偏小。花園口站徑流量為232.9億m3、較多年均值偏大15.3%，輸沙量為3.33億t、較多年均值偏小53.0%;利津站徑流量為203.4億m3、較多年均值偏大13.1%，輸沙量為2.63億t、較多年均值偏小54.4%。花園口、高村和利津3站流量在3 000 m3/s以上天數分別為39、31、21 d，流量在2 000 m3/s以上天數分別為64、60、54 d。
4 水庫河道沖淤
4.1 水庫沖淤
2018年汛期，萬家寨水庫發生了全程沖刷，累計出庫沙量為1.91億t，庫區沖刷量為1.52億t，排沙比為492%，水庫沖刷部位主體位于距壩40 km以下;龍口水庫出庫沙量為2.41億t.庫區沖刷量為0.50億t，排沙比為126%。
三門峽水庫2018年汛期進出庫泥沙分別為2.42億t（潼關站）、4.84億t，潼關以下汛期沖刷泥沙1.42億t，排沙比為141%。三門峽水庫沖刷主要集中在7月，沖刷量為1.09億t，排沙比為263%。
小浪底水庫2018年汛期累計進出庫沙量分別為4.84億、4.66億t，水庫總體微淤，淤積0.18億t（斷面法計算的淤積量為1.56億m3）。其中：7月沖刷2.42億t，8-10月淤積2.61億t。出庫含沙量為歷年最大，其中排沙洞含沙量為857.2 kg/m3，過機含沙量為70.5kg/m3，小浪底水文站斷面含沙量為369 kg/m3。庫區淤積三角洲頂點由汛前的距壩16.39 km向壩前推進了8.65 km，三角洲頂點高程降低了8.49 m。小浪底水庫汛期縱剖面變化見圖4。
4.2 河道沖淤情況
（1）黃河上游。考慮干流來沙及引水引沙（引沙量按河道水量和上下水文站平均含沙量匡算，未考慮支流及區間來沙、水庫排沙、風沙的影響）進行河道沖淤計算，受海勃灣水庫運用影響，2018年汛期寧蒙河道總體淤積泥沙0.31億t。青銅峽一巴彥高勒河段有所淤積（主要是海勃灣水庫庫區淤積），其余河段總體沖刷。其中：青銅峽一巴彥高勒河段淤積1.00億t;下河沿一青銅峽、巴彥高勒一三湖河口、三湖河口一包頭河段分別沖刷0.23億、0.46億、0.15億t。內蒙古河段干流各控制站洪水前后流量為2 000 m3/s時的同流量水位均表現為下降，下降較多的巴彥高勒、三湖河口站分別下降0.71、0.47 m。寧夏河段基本沒有變化。
（2）黃河中游。中游府谷河段在龍口水庫排沙期間發生淤積，排沙結束后開始沖刷恢復，總體變化不大;吳堡河段河道斷面形態較為穩定，相比汛前有所淤積;龍門河段呈現沖刷，龍門站斷面最大沖刷深度為2.49 m;小北干流河段汛期淤積0.15億m3。
（3）黃河下游。按輸沙率法計算，2018年汛期進入下游的沙量為4. 66億t（小浪底站），人海沙量為2.63億t（利津站）。考慮區間引沙量（0.39億t），小浪底一利津河段總體淤積1.64億t[l]。淤積主要集中在花園口以上和花園口一夾河灘河段，分別為1. 33億、0.43億t。根據斷面法計算成果，黃河下游總體發生沖刷（與輸沙率法測驗指標和方法不同，兩者結果差別較大），沖刷量為0.21億m3。從沖淤量的沿程分布看，夾河灘以上發生淤積，夾河灘以下發生沖刷。夾河灘以下河段沖刷相對均勻，其中夾河灘一高村河段沖刷量最大，為0.21億m3。黃河下游河道主槽最低過流能力得到維持。
5 水沙調度過程
2018年汛期，黃河干支流多次發生洪水，上游先后發生3次編號洪水。面對日趨嚴峻的汛情，黃河防總綜合考慮黃河流域汛情和未來天氣形勢發展，明確“一高一低”洪水防御水庫調度運用思路，以“統籌兼顧，泄蓄兼籌，科學調度，全力防控，確保安全”為原則，最大限度兼顧河道安全和水庫河道減淤，首次實施了上中游水庫群聯合防洪和全河層面的水沙聯合調控。黃河防總有效利用龍羊峽水庫防洪庫容大的優勢，實施龍羊峽、劉家峽水庫聯合攔洪蓄洪削峰，控制庫水位分階段逐步抬高，兩水庫最大下泄流量分別為1 500、1 800 m3/s.確保水庫下游河道安全：小浪底水庫在洪水到來前，提前于7月4日降低水位預泄排沙，騰庫迎洪，攔洪削峰錯峰，期間最大下泄流量為3 800m3/s，洪水過后保持低水位運行，盡可能多排沙多輸沙，并為應對大洪水預留更多防洪庫容。三門峽水庫于7月4日起提前敞泄，海勃灣、萬家寨水庫根據水情變化，配合預泄調洪排沙，確保下游河道防洪安全，并接力補水，為小浪底異重流排沙提供動力，實現了水庫河道減淤。
進入9月，上游及區間來水量持續偏大，龍羊峽和劉家峽水庫均超汛限水位，防洪庫容剩余不多，區間水庫水電站調節庫容有限，保水庫兼顧河道安全壓力驟增。黃河防總辦公室統籌考慮，滾動分析，果斷決策，蓄泄兼籌，精準調度，逐步把龍羊峽和劉家峽水庫下泄流量分別加大至2 000、2 900 m3/s.控制了兩庫水位上漲速度。9月20日，黃河2018年第3號洪水形成，防洪壓力再增，且距黃河凌汛已不足兩個月，防洪防凌調度面臨艱難決擇。黃河防總組織現場查勘，會商研究，科學決策，及時加大劉家峽水庫下泄流量至3 100 m3/s.有效降低了劉家峽水庫水位，為上游防洪打開了局面。萬家寨水庫于9月實施了第2次排沙運用，三門峽、小浪底水庫按汛期正常運用。
10月，隨著來水量逐漸減少，根據年度防凌預案確定的封河流量，結合防凌要求，劉家峽水庫逐步降低庫水位向防凌調度運用過渡。其他水庫按批復的汛期調度運用計劃，逐步減小下泄流量向水庫正常蓄水位過渡，為后期儲備了充足的水源。
6 調度效益
（1）攔洪蓄洪。上游龍羊峽、劉家峽水庫聯合防洪運用攔洪蓄洪，將唐乃亥水文站3 440 m3/s的洪峰流量削減為出庫流量1 500 m3/s.削峰率為56%。劉家峽水庫攔洪削峰，將入庫洪峰流量4 190 m3/s削減為出庫流量1 800 m3/s，削峰率為57%，使洪水流量在青海、甘肅、寧夏、內蒙古河段均未超過河道安全過洪流量。
中游經小浪底、西霞院水庫防洪運用（期間三門峽水庫泄空后按進出庫平衡運用）.將潼關站洪峰流量4 620 m3/s削減為小浪底站最大流量2 800 m3/s，削峰率為39%。下游花園口站流量基本控制在4 000m3/s左右，使下游各河段流量均未超過河道最小漫灘流量，確保了河道行洪安全和下游灘區安全。
（2）洪水資源利用。面對2018年黃河上游持續來水偏大的特殊汛情，在確保防洪安全的前提下，充分利用龍羊峽、劉家峽水庫防洪庫容，適度承擔風險，分階段、有計劃攔洪蓄洪，最大限度儲備水資源。龍羊峽、劉家峽、小浪底等干支流10座大型水庫汛末總蓄水量為353.01億m3，較汛初多蓄106.77億m3，其中龍羊峽水庫自1986年建成投運以來首次達到正常蓄水位2 600 m（ll月5日9時），為沿黃工農業用水、引黃調水和生態用水儲備了充足水源。
（3）樞紐發電。在防洪調度過程中，統籌干流水庫發電泄流能力，在確保防洪安全和水資源安全的前提下，通過延長上游龍羊峽、劉家峽水庫泄洪時間，適時調整萬家寨、三門峽、小浪底、西霞院等水庫運用水位，為水庫發電創造有利條件，支持流域經濟社會發展。據統計，2018年1-12月，龍羊峽、劉家峽、萬家寨（含龍口）、三門峽、小浪底（含西霞院）水庫累計發電323.1億kW.h.為歷年同期發電量均值的1.6倍，其中龍羊峽、劉家峽、三門峽水庫發電量均創歷史新高。
7 主要認識
（1）扎實準備、超前部署、精準預報、科學決策、團結協作，為防汛成功提供了保證。在2018年汛前準備中，黃河防總辦公室除開展56項常規防汛準備工作外，還打造了16項防汛準備工作加強版，為成功應對2018年洪水打下了堅實基礎。汛期黃委領導靠前指揮、超前部署、科學決策，黃河防總辦公室精心組織、滾動分析情報、實時調度，水文部門全程跟蹤洪水演進、滾動預測、準確預報;防總辦公室各成員單位強化應急值守，加強工程巡查防守，全力做好險情搶護;沿黃各省（區）防指各司其職、各負其責、通力合作、主動協調，為確保防汛成功提供了根本保證。
（2）水沙調控理論和實踐得到豐富發展。2018年是多年不遇的豐水年，在水文情勢分析預判的基礎上，黃委黨組準確進行戰略謀劃，抓住有利時機，果斷科學決策，通過上游龍羊峽、劉家峽、海勃灣水庫以及中游萬家寨、三門峽、小浪底水庫等水庫群的科學調度，首次實現了全河層面的水沙聯合調控，進一步豐富和發展了黃河調水調沙理論，為今后全河水沙聯合調控積累了寶貴經驗[1]。
（3）黃河水沙調控體系亟待完善。當前黃河中下游水沙調控骨干工程僅有三門峽、小浪底等少數工程，中游缺乏關鍵性調控工程，水庫及下游聯合水沙調控無法提前謀劃、主動實施，也無法與上游水庫群實現水沙有機銜接。建議加快黃河中游古賢水庫上馬步伐，完善黃河中游水沙調控體系，實現黃河水沙資源綜合利用，確保黃河防洪安全。
參考文獻：
[1] 黃河防汛抗旱總指揮部辦公室.2018年汛期黃河洪水技術總結[R].鄭州：黃河防汛抗旱總指揮部辦公室，2018：1-140.
【責任編輯翟戌亮】
