2020年長江上游控制性水文站洪水重現(xiàn)期分析

徐 高 洪，邵 駿，郭 衛(wèi)

(長江水利委員會 水文局，湖北 武漢 430010)

1 研究背景

2020年8月，長江流域累積總降水量151 mm，雨量大于200 mm以上的面積約為37.3萬km2,大于300 mm以上的面積約為15.8萬km2,多雨區(qū)主要位于嘉陵江、岷江流域。8月長江干流發(fā)生2次編號洪水，上游支流岷江發(fā)生超歷史洪水，沱江、嘉陵江發(fā)生超保證洪水，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，沱江、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。

根據(jù)水利部已批復的《2020年長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運用計劃》，三峽以上逾20座水庫均納入長江流域聯(lián)合調(diào)度體系，包括金沙江上的梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯?shù)乩⒂^音巖、烏東德、溪洛渡、向家壩，雅礱江上的二灘、錦屏一級，岷江上的紫坪鋪、瀑布溝，嘉陵江上的碧口、寶珠寺、亭子口、草街水庫，烏江上的構(gòu)皮灘、思林、沙沱、彭水水庫，干流上的三峽水庫，這些水庫的分布位置見圖1。

為便于給今后長江洪水調(diào)度積累經(jīng)驗，也為了還原分析2020年洪水的量級和重現(xiàn)期[1-3]，本文將對干支流控制性水文站進行洪水還原分析，然后將上游梯級攔蓄量還原到干流測站。

2 長江上游干支流2020年實測洪水分析

2.1 暴雨洪水過程分析

2020年8月中旬，歐亞中高緯度維持兩槽一脊的環(huán)流形勢，強勢而穩(wěn)定的副熱帶高壓西進，四川盆地附近正處于副熱帶高壓邊緣，副高異常偏北、偏強，南撤偏晚。此次強降雨來臨前，8月9～10日四川盆地連續(xù)出現(xiàn)高溫天氣，盆地大部最高氣溫超過35°C，中高緯度冷空氣較強，極地冷空氣經(jīng)過東歐平原-貝加爾湖從中路輸送至四川盆地北部。此次暴雨云團形成后，正好遇到西南渦在四川盆地西部生成，二者互相加持能量，共同發(fā)展壯大。在副熱帶高壓西進、冷高壓中心向四川盆地和西南山地邊緣移動和西南渦的共同作用下，長江上游嘉陵江、岷江等流域發(fā)生極端性強降水。

嘉陵江、岷江流域月面均雨量達290 mm左右，累計雨量大于300 mm的籠罩面積約15.8萬km2，大于500 mm的籠罩面積約5.3萬km2，特別是涪江月面均雨量達529 mm，沱江月面均雨量477 mm，均排名1961年以來同期第1位。受持續(xù)強降雨影響，岷江中下游、沱江和涪江上中游雨量超過300 mm，局部地區(qū)超過500 mm。干支流洪水惡劣遭遇，干流朱沱站與嘉陵江北碚站來水幾乎全過程遭遇，導致寸灘站出現(xiàn)峰高量大的洪水過程，上游形成一次復式洪水過程。受上游干流和嘉陵江來水疊加影響，干流寸灘站發(fā)生1次復式漲水過程：8月14日05：00流量漲至50 900 m3/s，形成“長江2020年第4號洪水”，14日19：00出現(xiàn)4號洪水洪峰流量59 400 m3/s；16日來水退至46 000 m3/s后返漲，17日14：00再次漲至50 400 m3/s，形成“長江2020年第5號洪水”，20日04：00出現(xiàn)5號洪水洪峰流量74 600 m3/s，位居歷史最大流量第5位，20日08：15出現(xiàn)洪峰水位191.62 m；三峽水庫出現(xiàn)建庫以來最大入庫流量75 000 m3/s。

圖1 長江上游干支流控制性水庫分布示意Fig.1 Controlling reservoirs on upper Yangtze River

2020年8月長江上游干支流實測洪水過程見圖2。

圖2 長江上游干支流控制性水文站2020年實測洪水過程Fig.2 Measured flood process of major hydrological stations on upper Yangtze River in 2020

上游支流岷江高場站、沱江富順站的最高水位及最大流量在歷史洪水中排位均居前3，嘉陵江北碚站排位靠前。岷江高場站最高水位在歷史洪水中列第1位，嘉陵江北碚站列第13位；岷江高場、沱江富順站最大流量在歷史洪水中分別列第1，3位，嘉陵江北碚站列第11位。上游干流朱沱最高洪峰流量(48 400 m3/s)及洪峰水位(214.68 m)在歷史洪水中均為第5位。寸灘站最大流量74 600 m3/s，較1981年(85 700 m3/s)偏小，較1954，1998年偏大，位居歷史最大流量第5位；寸灘站最高洪峰水位191.62 m，位居歷史最高水位第2位，僅次于1905年的192.78 m，超過1981年的191.41 m。

2.2 實測洪水特征值分析

基于報汛資料，分析屏山、高場、北碚、寸灘等控制性水文站最大洪峰Qm、3 d洪量W3d、7 d洪量W7d的情況，以反映長江上游各干支流2020年實測洪水情況(見表1)。

表1 2020年長江上游干支流控制性水文站洪峰特征值Tab.1 Measured flood peak values of major hydrological stations on upper Yangtze River in 2020

從表1可知，金沙江屏山站實測洪峰流量約17 700 m3/s，小于5 a一遇；岷江高場站實測洪峰流量約37 500 m3/s，約5 a一遇；沱江富順站實測洪峰流量約10 600 m3/s，約5～10 a一遇；嘉陵江北碚站實測洪峰流量約37 400 m3/s，約10 a一遇；長江上游寸灘站實測洪峰流量約74 600 m3/s，約20 a一遇。

3 長江上游干支流洪水還原及重現(xiàn)期分析

考慮金沙江、岷江、烏江、嘉陵江上游均有承擔防洪任務的水庫參與了2020年洪水攔蓄，因此，本節(jié)將對上游控制性水庫的調(diào)蓄作用以及控制性水文站洪峰流量和不同時段洪量進行洪水還原分析。

3.1 上游水庫群攔蓄

金沙江屏山水文站上游已建的對其洪水過程有影 響的水庫有梨園、阿海、金安橋、龍開口、魯?shù)乩⒂^音巖、烏東德、溪洛渡、向家壩，以及雅礱江上的錦屏一級、二灘等；岷江高場站以上承擔防洪任務的水庫主要有紫坪鋪和瀑布溝水庫；嘉陵江中下游的防洪任務主要由亭子口水庫承擔，碧口、寶珠寺、草街水庫適時配合調(diào)度。

圖3 2020年長江上游控制性水庫攔蓄過程示意Fig.3 Flood flow process operated by reservoirs on upper Yangtze River in 2020

4、5號洪水期間，上述水庫均參與防洪調(diào)度，以岷江、嘉陵江為例：岷江紫坪鋪水庫18日00：00出現(xiàn)最大入庫流量4 510 m3/s，出庫流量最大加大至2 440 m3/s，削峰率46%，19日05：00出現(xiàn)最高庫水位863.65 m，攔蓄洪量2.2億m3；大渡河瀑布溝水庫18日03：00出現(xiàn)最大入庫流量6 580 m3/s，出庫流量最大加大至4 780 m3/s，削峰率27%，19日14：00出現(xiàn)最高庫水位845.10 m，攔蓄洪量4.5億m3；嘉陵江寶珠寺水庫16日10：00出現(xiàn)最大入庫流量6 770 m3/s，期間出庫流量維持在4 200 m3/s左右，攔蓄洪量1.8億m3；亭子口水庫16日13：00出現(xiàn)最大入庫流量18 000 m3/s，經(jīng)水庫調(diào)蓄后最大出庫流量14 700 m3/s，攔蓄洪量4.8億m3(見圖3)。

3.2 洪水還原分析

本次根據(jù)上游水庫的實際運行資料，采用水量平衡法逐級還原得到各水庫的天然入庫洪水。考慮洪水傳播時間，并采用洪水演算方法[4-7]逐級演算到下游控制點與區(qū)間洪水疊加，最終推求得到金沙經(jīng)、岷江、嘉陵江、長江干流各控制性水文站6 h洪水過程如圖4所示。各控制性水文站實測洪水和還原洪水過程的年最大洪峰流量Qm和W3d、W7d洪量特征值對比如表2所示。

表2 長江上游干支流控制性水文站還原洪水與實測洪水特征值比較Tab.2 Measured flood and reducted flood of major stations on upper Yangtze River

經(jīng)還原后，屏山站、高場站、北碚站、朱沱站、寸灘站最大洪峰流量分別為24 300,40 600,38 400,61 200,87 500 m3/s。長江上游干支流主要控制性水文站2020年實測及還原洪水過程見圖4。

經(jīng)分析，金沙江、岷江、嘉陵江各梯級水庫群在2020年8月防洪調(diào)度中，削減洪峰率分別為27%、8.1%、3%；削減24 h洪量約2%～24.1%，削減3 d洪量約2%～13.1%，削減7 d洪量約3.8%～9.7%，其中金沙江因烏東德水庫蓄水，發(fā)揮了防洪作用，所以峰量削減最為顯著。

3.3 洪水重現(xiàn)期分析

統(tǒng)計屏山站、高場站、北碚站、寸灘站2020年不同時段洪水特征值，考慮到岷江、沱江控制性水文站的最大洪峰流量在歷史洪水中排位靠前[8-9]，需做特大值處理，通過延長洪水系列，重新進行不同控制性水文站設(shè)計洪水計算，并推算各控制性水文站洪水重現(xiàn)期，如表3所示。

由表3可知：金沙江屏山、岷江高場、嘉陵江北碚站、長江上游干流朱沱和寸灘站經(jīng)還原后的最大洪峰流量重現(xiàn)期分別為10 a、40～50 a、10～15 a、80～90 a和90 a。經(jīng)梯級水庫攔蓄后，洪水量級大幅度下降，上述站點相應洪水流量對應的重現(xiàn)期分別降至小于5 a、10～15 a、10 a、10 a和20 a。其中寸灘站3 d洪量的重現(xiàn)期由70～80 a降為20～30 a，7 d洪量的重現(xiàn)期由約130 a降為30～40 a，印證了今年長江上游干流洪水為復式洪峰、主峰靠后、干支流嚴重遭遇的過程，上游水庫群在本次防洪調(diào)度中發(fā)揮了重大作用。

圖4 長江上游支流控制性水文站2020年實測及還原洪水過程Fig.4 Hydrograph of measured and reduction flood of major stations on upper Yangtze River in 2020

表3 長江上游干支流控制性水文站洪峰重現(xiàn)期分析Tab.3 Recurrence period analysis for flood peak flow of major hydrological stations of upper Yangtze River

4 結(jié) 論

本文依據(jù)2020年防汛調(diào)度資料和長江上游干支流控制性水文站實測資料，將各梯級水庫攔蓄的洪水過程還原到下游控制性測站，分別對長江上游支流金 沙江屏山(向家壩)、岷江高場、嘉陵江北碚、烏江武隆和干流上的寸灘等主要控制性水文站的洪水進行了還原分析。通過將還原后的峰、量過程與實測峰、量過程對比，可以得出如下結(jié)論：上游梯級水庫消峰攔蓄洪水效果明顯，其中岷江高場站洪峰流量從40～50 a一遇降為10～15 a一遇，嘉陵江北碚站洪峰流量從10～15 a一遇降為10 a一遇，長江干流朱沱站洪峰流量從80～90 a一遇降低為10 a一遇，寸灘站洪峰流量從90 a一遇降低為20 a一遇，7 d洪量的重現(xiàn)期由130 a降為40 a，長江上游干支流洪水量級和重現(xiàn)期大為降低。

上述結(jié)論表明：近年來通過水庫群的科學調(diào)度，較好地實現(xiàn)了長江上游水庫群聯(lián)合調(diào)度的防洪目標，能夠?qū)ο掠畏篮榭刂乒?jié)點產(chǎn)生較大的削峰減量效果，減少了高水流量級的出現(xiàn)時間，顯著減輕了長江上游干支流及中下游的防洪壓力。

說 明

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