龍灘水電站2020年汛期調蓄影響分析

黃玉丹

（河池水文中心，廣西 河池 547000）

1 概況

1.1 龍灘水電站

龍灘水電站位于廣西天峨縣城上游15 km處的紅水河干流上，是南盤江紅水河水電基地十級開發方案第四級，于2006 年9 月開始下閘蓄水，是紅水河開發的控制性水庫，也是“西電東送”的標志性工程。龍灘壩址以上集水面積達9.85 萬km2，占紅水河流域面積的71.2%，壩址多年平均徑流量為517億m3。龍灘水電站屬于干流型深水水庫，分兩期開發，電站一期工程裝機容量4900 MW，正常蓄水位375.00 m，總庫容為162.1 億m3，調節庫容111.5 億m3，具備年調節能力。后期工程正常蓄水位400.00 m，總庫容為272.7 億m3，調節庫容205.3 億m3，具有多年調節性能。

1.2 流域概況

紅水河是西江水系的一段主要干流，北盤江和南盤江在貴州省望謨縣蔗香村匯合口即為紅水河河段的起點，是黔、桂兩省區的界河，紅水河干流全長659 km，平均坡降0.37‰，其中作為黔、桂兩省區的界河長106 km，于廣西境內河段長553 km。

紅水河龍灘壩址以上流域，地勢復雜，水系發達，距壩址上游1 km 處有布柳河從紅水河右岸匯入，在上游34 km和27 km處還分別有蒙江、曹渡河從左岸匯入，這3 條支流的集水面積總和達17 979 km2，占龍灘以上流域面積的18.3%，作為紅水河最大的支流北盤江，在壩址上游132 km 的左岸匯入。從龍灘水庫回水末端開始，北盤江、蒙江、曹渡河等從左岸匯入紅水河，而右岸僅有布柳河匯入，從而造成龍灘庫區流域右窄左寬的不對稱形狀。紅水河流域氣候溫和多雨，降雨主要集中在5～10月，約占全年降水總量的83%，流域各地多年平均降水量為760～1860 mm。流域內暴雨天氣系統主要有鋒面、低槽、高空低渦、臺風等，龍灘以上流域處于地形較復雜的中低緯度交界處，中小尺度的天氣系統作用相對明顯，導致流域常出現局部性暴雨、降雨分布不均勻現象。流域內主要暴雨中心為壩址附近的曹渡河、布柳河一帶、還有就是支流南北盤江中下游的馬別河、黃泥河及晴隆一帶。暴雨走向多從東北向西南移動，降雨地區分布總趨勢為由西向東遞增[1]。

1.3 龍灘水電站的防洪作用及效益

西江是華南地區洪水災害最嚴重的水系，隨著經濟的快速發展，洪災經濟損失將增加，而龍灘是西江流域防洪的關鍵工程，發揮重要的防洪作用。珠江防洪規劃中龍灘防護區包括紅水河、柳江、黔江三角洲，潯江兩岸，西江兩岸和西、北江三角洲4大片，涉及廣西、廣東共27 個縣市；總防護人口約1050 萬人，總防護耕地約44.7 萬hm2。據水利部珠江水利委員會研究論證，龍灘水利工程多年平均可避免7.46 萬人受災，減少防洪保護區淹沒耕地0.26萬hm2，平均減少洪災損失8.09億元，防洪效益可謂顯著[2]。

龍灘水庫聯合大藤峽水庫調節西江洪水，可把梧州水文站100 a 一遇洪水削減為50 a 一遇，同時兼顧削減梧州100 a 一遇以上的洪水，結合北江的飛來峽水庫調度運用，可使廣州市達到有效防御1915 年洪水（相當200 a 一遇）的能力，將西江中下游及西北江三角洲重點城市的防洪標準由50 a 一遇提高到100～200 a 一遇，并適當提高潯江、西江和西北江三角洲其他堤防保護區的防洪標準[2，3]。龍灘近期50 億m3防洪庫容可以將梧州站100 a 一遇、50 a一遇洪水分別削減為50 a一遇、20 a一遇洪水；而設置的防洪庫容70 億m3，結合下游的巖灘攔洪調度，可以使下游西江和西北江三角洲約20 a一遇的防洪標準提高至約50 a一遇，如果再聯合大藤峽水庫調度的話，甚至可以使下游20 a一遇的防洪標準提高至100 a一遇[4]。據調查資料，洪災損失較嚴重的1994年大洪水，耕地受淹面積達35.2萬hm2，受災人口達563 萬；若再現1994 年大洪水，龍灘水電站調控后可使耕地淹沒面積減少6.67 萬hm2，避免淹沒人口304萬人，經濟效益達259億元[5]。

龍灘水電站的建成，使紅水河下游徑流得以較充分的調節，自2006年投產運行至2020年，已截攔紅水河10 000 m3/s 以上洪峰5 次，防洪減災的巨大作用，確保紅水河中下游行洪穩定，減輕西江防洪壓力，并實現了洪水資源化，為珠江枯季水量統一調度提供保證。

2 龍灘水電站調蓄影響

2020 年汛期，紅水河龍灘水電站上游有3 次較大來水，第1 次是6 月上旬，第2 次是6 月下旬，第3次是9 月中旬，最大入庫流量分別為6060、9510、10 300 m3/s（為2006 年投產運行以來第3 大洪峰流量）。下面以這3場洪水過程分析2020年汛期龍灘水電站調蓄影響。

2.1 水庫調蓄成效指標

對于一個水庫，由水量平衡原理可知，在任一時間段內（△t=t2-t1），水庫入庫水量與支出的水量之差，應等于該時段內水庫蓄水量的變化值，表達式：

式中：Vi、Vi+1分別為時段初t1及時段末t2的蓄水量，m3；W來水為任一時間段△t水庫來水量，m3；W出水為任一時間△t綜合利用各部門用水之和，m3；W損失為任一時間段△t水庫各種水量損失，m3。

一次水庫調度洪水過程中，一般我們說的某時間段內攔蓄洪水量就是該段時間水庫入庫水量與出庫水量的差。當入庫水量大于出庫水量時，水庫蓄水量增加，反之減少，因此，可以通過泄洪設施限制出庫流量達到削減洪水流量的目的。

水庫削峰率也是測算一個水庫防洪蓄洪效果的重要指標之一，它能直接反映水庫平抑洪水的“貢獻率”。一次洪水調度中，某時刻（t）削峰率是指當前時刻洪水流入水庫流量與流出水庫流量的差值與流入水庫流量的比值，即：

式中：QI為t時刻水庫入庫流量，m3/s；QA為t時刻水庫出庫流量，m3/s。

分析龍灘水電站調蓄洪水影響成效指標主要涉及水庫的攔蓄洪水量、削峰率等，一次洪水調度中水庫攔蓄洪水量、削峰率越大表明水庫對洪水的調蓄攔洪作用越大，能更大緩解下游的防汛壓力。

2.2 調蓄影響分析

2.2.1 第1次調蓄影響分析

龍灘水電站6 月2 日14 時入庫流量1240 m3/s，出庫1010 m3/s，水位332.26 m（汛限水位366.00 m），蓄水量54.06 億m3，可調洪庫容108.04 億m3。20 時入庫流量2680 m3/s，出庫流量738 m3/s，水位332.47 m，直到6月9日08時入庫流量達最大6060 m3/s，而出庫流量439 m3/s，水位341.21 m，漲幅8.74 m，龍灘水電站為下游洪水削峰93%。為了降低西江中下游洪峰水位，減輕城市防洪壓力，龍灘水電站采取攔洪錯峰調度措施，水庫下泄流量由6 月2 日14 時的1011 m3/s減小至3日02時的429 m3/s，并于10日02時全部關閉下泄，為下游攔蓄最大流量5600 m3/s。從6月2日14時至6月11日14時，龍灘水電站上游來水量26.41億m3，經水庫調度出庫水量4.52億m3，共攔蓄洪水21.89 億m3，最大限度減輕西江中下游及大藤峽工程防洪壓力。

由于龍灘水電站攔洪錯峰調度，在龍灘上游來水量大的情況下，為了中下游防洪安全，減少出庫流量，下游11 km 的天峨水文站流量保持在天峨縣城河道安全泄量11 000 m3/s以下，且通過紅水河龍灘水庫，將上游最大入庫流量6060 m3/s的洪水削峰至439 m3/s，降低下游天峨縣城天峨水文站洪峰水位約10 m，并有效降低2020年西江1號洪水的洪峰水位。龍灘水電站6月2～14日水位流量過程線見圖1，最大日洪量及攔洪情況見表1。

表1 2020年6月2～14日最大日洪量統計表

2.2.2 第2次調蓄影響分析

6月23日～25日，龍灘水電站受上游來水及降雨影響出現一次歷時短、但峰量大的洪水過程。23日20 時入庫流量3050 m3/s，出庫流量3771 m3/s，水位346.19 m（汛限水位366.00 m），蓄水量79.96 億m3。24 日14 時出現洪峰入庫流量9510 m3/s，出庫流量3670 m3/s，蓄水量82.23億m3，為下游洪水削峰率達61%。到6 月25 日05 時出庫流量從24 日14 時的3670 m3/s減小到973 m3/s，直到25日11時龍灘水電站才逐步增大下泄流量。從6 月23 日20 時至6 月25日11時，龍灘水電站上游來水量8.23億m3，經水庫調度出庫水量3.66億m3，共攔蓄洪水4.57億m3，充分發揮了工程防洪效應，減輕了中下游的防洪壓力。如果沒有龍灘水電站的攔洪削峰作用，紅水河中下游低洼地段可能會出現嚴重洪澇災害，天峨縣城區內河道安全泄量11 000 m3/s，而龍灘上游最大流量9510 m3/s，離安全泄量只差1490 m3/s。通過紅水河龍灘水電站調蓄，將上游最大流量9510 m3/s的洪水削峰減至3670 m3/s，降低下游天峨縣城天峨水文站洪峰水位約8 m。也保障了紅水河中下游沿河群眾生命財產安全。龍灘水電站6 月23～25日水位流量過程線見圖2，最大日洪量及攔洪情況見表2。

表2 2020年6月23～25日最大日洪量統計表

2.2.3 第3次調蓄影響分析

紅水河流域9 月16 日以來受持續強降雨過程影響，蒙江、納力河、北盤江、南盤江出現較大洪水，受此影響，9 月17 日23 時，龍灘水電站入庫流量從前期3250 m3/s 快速增長，突破10 300 m3/s，這是龍灘水電站自2006年投產運行以來第3大洪峰流量。

16 日08 時起龍灘水電站來水量持續增加，16日08 時，龍灘水電站庫水位363.10 m（后汛期汛限水位375.00 m，正常蓄水位375.00 m），入庫流量3250 m3/s，出庫流量229 m3/s，蓄水量123.19 億m3，仍有38.91 億m3調洪庫容。到9 月17 日23 時龍灘水電站洪峰入庫流量10 300 m3/s，出庫僅為719 m3/s，此時龍灘水位366.65 m，蓄水量134.02 億m3，共攔蓄洪水10.83億m3，還有28.08億m3調洪庫容。期間下游各梯級的最大入庫流量均在3000 m3/s以下，避免大化及樂灘水電站停機，也極大緩解了下游各梯級電站的防汛壓力，為下游安全度汛做出貢獻。19日05 時控制下泄量達最低227 m3/s，鑒于未來紅水河上游降雨減少，洪水過程趨于穩定，龍灘水電站逐步加大下泄流量。16日08時至19日05時，上游來水量18.55億m3，出庫洪量1.4億m3，為下游攔蓄洪水17.15億m3，不但減輕了下游防洪壓力，而且水庫得到有效蓄水，后期對珠江枯季水量調度十分有利。

面對暴雨洪水，9月17日17時廣西壯族自治區水文中心及時與珠江委水文局會商，預計未來12小時內，龍灘水電站將出現最大入庫流量10 000 m3/s，龍灘水電站水位將繼續上漲3～4 m。實際龍灘水電站于17 日23 時出現10 300 m3/s 的洪峰流量，與預報誤差僅為300 m3/s。精準的預報結果為水電站的科學調度提供了數據支撐，既有效保障了水庫安全，又極大地促進水庫發揮防洪減災效益，保障了下游人民群眾生命財產安全。

在龍灘入庫流量超過10 000 m3/s 的情況下，由于龍灘攔洪調節，下游天峨縣城天峨水文站平均流量控制在560 m3/s左右，如果沒有龍灘調節，上游來水量18.55 億m3將全部向下游天峨水文站推進，平均流量將達7570 m3/s，最大洪峰流量達10 300 m3/s，接近天峨縣城河道安全泄量11 000 m3/s，但統籌考慮減輕下游防洪壓力，實際最大下泄流量1020 m3/s，龍灘水電站的調洪攔蓄為下游洪水削峰率達90.1%，確保中下游行洪安全，降低下游天峨縣城天峨水文站洪峰水位約12 m。龍灘水電站9 月16～20 日水位流量過程線見圖3，最大日洪量及攔洪情況見表3。

表3 2020年9月16～20日最大日洪量統計表

2.3 削峰攔蓄成效

6月2日～9日，攔蓄洪水21.89億m3，削峰率達93%，通過紅水河龍灘水庫調洪削峰，將上游最大入庫流量6060 m3/s 的洪水，以出庫流量439 m3/s 進行安全下泄，降低下游天峨縣城天峨水文站洪峰水位約10 m，最大限度減輕西江中下游防洪壓力；6月下旬，攔蓄洪水4.57億m3，削峰率達61%，出現最大洪峰入庫流量9510 m3/s 時，按出庫流量3670 m3/s 下泄，降低下游天峨縣城天峨水文站洪峰水位約8 m；9月中旬，攔蓄洪水17.15億m3，龍灘水電站17日23時出現最大入庫流量10 300 m3/s，為2006年投產運行以來第3 大洪峰流量，統籌考慮減輕下游防洪壓力，最大下泄流量1020 m3/s，削峰率90.1%，確保了中下游行洪安全，降低下游天峨縣城天峨水文站洪峰水位約12 m。9月份龍灘的有效蓄水對珠江枯季水量調度十分有利，10月1日08時龍灘水電站蓄水量為148.4億m3，有效蓄水量97.8億m3，2020年汛末的蓄水情況可滿足西江主要控制斷面梧州斷面流量不小于1800 m3/s調水需要，對2020-2021年枯季的流域調水形勢十分有利。

龍灘水電站在2020 年汛期中最大程度發揮工程調度效益，累計攔蓄洪水104.81 億m3，尤其在應對6 月份及9 月份紅水河洪水中發揮了重要作用，充分發揮了工程防洪效應，減輕了西江中下游的防洪壓力，確保下游行洪安全。

3 結論

龍灘水電站是紅水河梯級的龍頭電站，其建設和運行對紅水河下游水文情勢的影響較大，對龍灘水電站開展汛期攔洪調蓄影響研究，分析暴雨洪水期間水庫蓄泄水情況及防洪效益，對于今后提高水庫調洪效率、控制庫區淹沒、實現流域防洪任務等至關重要。對水庫不同場次洪水進行分析總結，今后可更好地控制洪水調度風險及科學決策攔蓄方式和攔洪時機，使水庫發揮更大的流域防洪作用，也能使其下游梯級電站的發電和綜合效益得以充分發揮。