2022年長江流域水庫群抗旱補水調度實踐與思考

鄭 靜，張 虎

(長江水利委員會 水旱災害防御局，湖北 武漢 430010)

0 引 言

長江流域水資源豐富，一般來說，汛期暴雨洪水頻繁，旱情發生頻率相對較低。但是受全球氣候變化的影響，近幾十年以來長江流域旱情發生的頻率、強度都有增強的趨勢[1-3]，如近20 a就發生了2006年的夏季干旱、2011年的冬春連旱、2013年的夏季干旱和2019年的秋季干旱等旱情。

干旱是一種自然現象，抗旱的目的不是消除干旱，而是減少干旱損失。一般來說，抗旱措施主要有工程措施和非工程措施[4]。工程措施旨在提高應對抗旱能力，如建設水庫等水源工程、引調水等水資源配置(水網)工程以及小水窖、小水池、小泵站、小塘壩、小水渠等山區“五小”水利工程等；非工程措施旨在減少干旱損失，如監測預報預警、水庫聯合調度、抗旱應急管理或救災等。其中，實施水庫群進行聯合抗旱補水調度是一項重要的措施，能夠充分發揮水庫工程抗旱應對能力，在抗旱關鍵時刻發揮關鍵性作用。本文以2022年長江流域水庫群抗旱補水調度為研究對象，概括2022年長江流域旱情基本情況，分析長江流域水庫群抗旱補水調度方案及成效，并總結提出存在的問題和建議，對今后提升長江流域抗旱應對能力、開展抗旱補水調度提供相關經驗參考。

1 2022年長江流域旱情概況

2022年7月以來，長江流域出現歷史罕見的極端氣象、水文干旱。7～10月，長江流域累計面雨量291 mm，為1961年以來歷史同期最少，較30 a均值偏少39%(長江流域7～10月降雨距平百分率見圖1)，其中，7～8月長江流域累計面雨量174.8 mm，排歷史同期最少，較30 a均值偏少44%，且較歷史同期第2低年份明顯偏少38.4 mm[5-6]。

圖1 長江流域2022年7～10月降雨距平百分率Fig.1 Anomaly percentage of rainfall in the Yangtze River basin from July to October 2022

受降雨偏少影響，2022年7月以來，長江流域發生流域性嚴重枯水，其中中下游干流8月出現超100 a一遇枯水，月最低水位為有實測記錄以來歷史同期最低[7]。7～10月中旬，長江流域總來水量(大通站)2 220億m3，較30 a同期均值偏少近50%。其中8～9月洞庭湖“四水”、鄱陽湖“五河”合成來水分別位居歷史同期有實測記錄以來倒數第2位、第5位，近40 a以來倒數第1位；洞庭湖水位8月4日低于枯水位24.50 m，為1971年以來最早進入枯水期；鄱陽湖水位8月6日低于枯水位12.00 m，提前100 d進入枯水期。6～9月，長江中下游主要站水位總體呈前期底水高、汛期豐枯轉換劇烈、水位退勢猛、各站水位相繼退至歷史同期最低值并持續下降的特點；7月開始，長江中下游主要控制站水位由較多年同期偏高轉為偏低，且偏低幅度逐漸加大，7月末，月最低水位均在歷年同期月最低水位倒數前列。8月份，中下游水位持續消退，中下游干流主要站及兩湖出口控制站最低水位較歷史同期最小值偏低0.90～2.10 m。

受汛期反枯、長江中下游干流水位持續走低影響，沿江部分農業灌溉的涵閘泵站和個別城鄉供水工程水位條件無法滿足，不能正常取水。據統計，2022年8月25日旱情高峰時，長江流域耕地受旱面積442.13萬hm2，有499萬人、92萬頭大牲畜因旱供水受到影響，主要集中在重慶、四川、湖北、湖南、江西、安徽、河南、貴州、陜西、江蘇10省(直轄市)。

2 抗旱補水方案分析

以三峽水庫為核心的長江流域水庫群是目前世界上最大規模的巨型水庫群。經過十多年來的研究與實踐，長江流域水庫群在防洪、供水、生態、發電、航運等方面取得了巨大的效益[8]。利用水庫實施補水調度是抗旱的一項重要措施。三峽水庫分別在2009年秋和2011年夏實施抗旱補水調度[9]，在防御長江中下游旱情中發揮了重要作用。

水利部高度重視2022年長江流域抗旱工作，及時啟動干旱防御應急響應，以“確保旱區群眾飲水安全、保障大牲畜飲水、保障秋糧作物灌溉用水”為目標，精準范圍(針對長江中下游、鄱陽湖流域、洞庭湖流域旱區)、精準對象(旱區范圍內群眾飲水安全、大牲畜飲水需求和秋糧作物時令灌溉用水需求)、精準措施(科學精準調度水利工程)，實施長江流域水庫群抗旱保供水聯合調度專項行動。長江流域水庫群抗旱補水調度示意見圖2。

圖2 長江流域水庫群抗旱補水調度示意Fig.2 Schematic diagram of drought relief joint operation of muti-reservoirs in the Yangtze River Basin

2.1 第一次抗旱補水調度

(1) 用水需求分析。2022年8月上旬，長江中下游湖北、湖南、江西、安徽、江蘇等省的大中型灌區的灌溉水源可基本保障，受旱耕地主要是分布在灌區末端和尚無灌溉設施的“望天田”，農作物受旱面積48.5萬hm2；21萬人和1.5萬頭大牲畜出現人畜飲水困難，主要分布于以小型水庫或山泉、溪流作為水源的地區，各級水利部門實施了延伸管網、新辟水源和拉水送水等綜合措施，可基本滿足用水需求。但是8月中下旬是長江中下游水稻等秋糧作物生長關鍵期，灌溉用水需求較大，枯水、旱情持續發展將影響部分沿江(湖)灌區農業灌溉取水，進而影響水稻等秋糧作物豐收。

(2) 前期水庫群蓄水及調度情況。前期長江上游水庫群為供水和發電均未蓄水。8月1～15日，長江上游控制性水庫群向中下游地區補水53.0億m3，其中上游水庫群補水36.6億m3，中游水庫群補水16.4億m3。截至8月15日，長江流域納入聯合調度的水庫群蓄水量406億m3，可用水量較2021年同期偏少10%，其中長江上游控制性水庫蓄水量155.00億m3、洞庭湖水系控制性水庫蓄水量126.50億m3、鄱陽湖水系控制性水庫蓄水量41.46億m3。

(3) 來水預測分析。根據當時預測分析，8月15～21日，長江上游西部、漢江有局地小雨或中雨，長江流域其余地區無明顯降雨過程。8月下旬，嘉陵江岷江流域、漢江上游有一次中等強度的降雨過程。預計三峽水庫未來一周來水波動緩退，8月中旬平均入庫流量在12 000 m3/s左右，8月下旬平均入庫流量在11 000 m3/s左右。未來一周長江流域控制性水庫仍基本按保供水和供電要求控制出庫流量。預計9～10月，長江流域降水偏少，其中，長江上游正常偏少，中下游偏少。

(4) 補水調度方案。8月15日00：00，三峽水庫水位146.97 m。考慮三峽水庫水位降至145.00 m后將不能滿足電網保供電日內調峰調度需求，向中下游補水按最多補至145.50 m考慮，兼顧電網調峰調度需求。經多方案比選，擬定三峽水庫逐步向下游補水至146.00 m運行，出庫流量按11 900～12 500 m3/s控制，21日末三峽水庫庫水位146.00 m左右，三峽水庫共補水4.8億m3，金沙江烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩水庫接續向三峽水庫補水3.5億m3，長江上游水庫群將向下游補水8.3億m3。

同時，會同湖南省水利廳調度雙牌、涔天河、歐陽海、水府廟、江埡、皂市等洞庭湖“四水”骨干大型水庫，為下游灌區和城鎮補水，保障農業灌溉和城鄉居民生活用水安全；會同江西省水利廳調度鄱陽湖水系的廖坊、大塅水庫向下游補水，保障農作物生長關鍵期用水需求。

2.2 第二次抗旱補水調度

(1) 用水需求分析。根據長江中下游地區農業灌溉需求初步調查，2022年9月底前，湖北、湖南、江西、安徽、江蘇5省“一江兩湖”(長江中下游、洞庭湖、鄱陽湖)地區大中型灌區的灌溉用水高峰期集中在9月中旬，其中鄱陽湖區灌溉需求相對旺盛、洞庭湖區次之，長江干流引水的灌區當前基本可以滿足灌溉需求。

其中，引長江干流水的大中灌區灌溉需求主要以湖北省10萬多hm2(160多萬畝)晚稻、6萬多hm2(100多萬畝)蝦稻，江蘇省33萬多hm2(500多萬畝)中稻為主，初步估算，9月12～18日湖北、安徽、江蘇3省從長江干流取水的大中型灌區灌溉需水量約3.1億m3。處于洞庭湖水系的湖南省大中型灌區，中稻已基本完成收割，晚稻處于抽穗揚花至乳熟期，初步估算，9月12～18日，洞庭湖區12萬多hm2(180多萬畝)晚稻灌溉需水量約1.03億m3。處于鄱陽湖水系的江西省大中型灌區，現有中稻12.7萬多hm2(190多萬畝)，其中4萬多hm2(60多萬畝)即將收割不再灌溉，其余8.7萬多hm2(130多萬畝)處于灌漿期，另有8.7萬多hm2(280多萬畝)晚稻處于拔節孕穗至抽穗揚花的關鍵時期，初步估算，9月12～18日，灌溉需水量約2.05億m3。

(2) 前期水庫群蓄水情況。9月11日，長江流域納入聯合調度的水庫群蓄水量418億m3，可用水量較2021年同期偏少50%，其中長江上游控制性水庫蓄水量205億m3、洞庭湖水系控制性水庫蓄水量101億m3、鄱陽湖水系控制性水庫蓄水量38億m3。三峽水庫9月上旬來水波動緩退，9月11日08：00三峽水庫水位退至147.82 m。

(3) 來水預測分析。根據當時預測分析，9月中下旬長江上游及中下游降水量仍偏少，其中，除金沙江正常偏多外，嘉陵江、岷沱江及烏江均偏少。綜合考慮未來降雨預測、前期土壤含水量、江河底水與中小型水庫蓄水量明顯偏低等情況，預計三峽水庫9月中下旬天然來水較多年均值偏少40%，其中9月中旬平均入庫流量約7 800 m3/s；洞庭湖“四水”合成流量在15 00 m3/s左右，較多年同期均值偏少近60%；鄱陽湖“五河”合成流量在850 m3/s左右，較多年同期均值偏少70%。

為保障長江干流航運安全和中下游供水安全，2023年4月前三峽水庫水位應不低于155.00 m，且三峽水庫出庫流量最低在7 000 m3/s左右，按11月底長江上游水庫群蓄水量、來水量預測和消落計劃，較長江中下游供水安全和干流航運安全的用水需求仍存一定缺口。因此，長江上游水庫群宜在滿足中下游用水需求的基礎上，盡量多攔蓄水量，以保障枯水期用水需求，做好抗長旱、抗大旱的水源儲備。

(4) 補水調度方案。9月上旬三峽水庫已向中下游補水約3.5億m3。針對長江中下游地區農業灌溉需求，經多方案比選，擬定三峽水庫出庫流量9月12～13日按8 000 m3/s下泄，14～16日加大至9 000 m3/s下泄，預計共補水5.0億m3以上，以減緩中下游干流水位的快速退水態勢。

同時，會同湖南省水利廳調度東江、涔天河、雙牌、歐陽海、柘溪、五強溪、鳳灘、托口、江埡、皂市等“四水”干支流大型和中型水庫，加大出庫流量，計劃向下游補水6.0億m3；會同江西省水利廳調度鄱陽湖水系35座大中型水庫加大出庫流量，計劃向下游補水6.8億m3，以保障“五河”及鄱陽湖沿線可能受影響鄉鎮生活用水和灌區用水需求。

3 抗旱補水調度成效

3.1 第一次抗旱補水調度

(1) 調度過程。長江水利委員會(以下簡稱“長江委”)下發調度令調度三峽水庫向長江中下游補水，同時調度雅礱江和金沙江下游梯級水庫接續向三峽水庫補水。截至2022年8月21日，長江上游控制性水庫群共補水8.3億m3，其中三峽水庫共補水4.8億m3，雅礱江和金沙江下游梯級水庫接續補水3.5億m3。湖南省調度湘資沅澧四水干支流骨干大中型水庫群，累計補水18.5億m3。江西省調度萬安、峽江等鄱陽湖水系水庫共補水8.9億m3，累計增加入湖水量2.25億m3。第一次抗旱補水調度期間三峽水庫調度過程見圖3。

圖3 第一次抗旱補水調度期間三峽水庫調度過程Fig.3 Operation hydrograph of Three Gorges Reservoir in the first drought relief joint operation of muti-reservoirs

第一次抗旱補水調度專項行動期間共補水35.7億m3，其中長江上游梯級、洞庭湖“四水”、鄱陽湖“五河”水庫群分別補水8.3億，18.5億，8.9億m3。

(2) 補水成效。長江中下游沙市、城陵磯、漢口、湖口站較不補水情況下分別抬高0.40～0.10 m左右，維持了中下游沿江取水口的取水條件。2022年8月21日24：00，沙市、城陵磯、漢口、湖口站水位分別為32.51，23.22，16.74，9.54 m，比旱警水位分別高2.01，3.22，3.44，2.04 m，比枯水期最低水位分別高2.84，6.19，6.66，3.64 m。

據有關省份初步統計，在本次專項行動開展的農業灌溉關鍵期內，長江中下游沿線湖北、湖南、江西、安徽、江蘇等5省共引水超過26億m3，農村供水受益人口1 385萬人，保障了353處大中型灌區灌溉農田190.4萬hm2(2 856萬畝)用水需求。

3.2 第二次抗旱補水調度

(1)調度過程。長江委下發調度令調度三峽水庫出庫流量2022年9月12～13日按8 000 m3/s下泄，14～16日加大至9 000 m3/s下泄，共補水6.8億m3。湖南省調度湘資沅澧四水干支流骨干大中型水庫群，累計補水11.0億m3。江西省調度萬安、峽江等鄱陽湖水系水庫共補水8.1億m3。第二次抗旱補水調度期間三峽水庫調度過程如圖4所示。

圖4 第二次抗旱補水調度期間三峽水庫調度過程Fig.4 Operation hydrograph of Three Gorges Reservoir in the second drought relief joint operation of muti-reservoirs

第二次抗旱補水調度專項行動期間共補水25.9億m3，其中三峽水庫、洞庭湖“四水”、鄱陽湖“五河”水庫群分別補水6.8億，11.0億，8.1億m3。

(2)補水成效。長江中下游沙市、城陵磯、漢口、湖口站較不補水情況下分別抬高1.00～0.30 m左右，維持了中下游沿江取水口的取水條件。沙市、城陵磯、漢口、湖口站受補水影響最大時水位分別為31.20，20.30，13.60，7.57 m，較不補水情況下抬高1.10，0.60，0.50，0.20 m，重點保障了長江中下游97萬hm2(1 460萬畝)秋糧作物灌溉用水需求。

4 存在的問題與建議

4.1 存在的問題

(1) 干旱預報能力有待提升。干旱預報以中長期尺度預報為主，但目前存在預見期不夠長、預報精度不夠高的問題。在2022年旱情預測工作中，雖然7月份就提前預測了8月份開始長江流域降水將持續偏少，并提醒防范夏秋連旱風險，為旱情應對提供了有力支撐參考，但旱情已經開始發展，且已進入長江流域主汛期，流域水庫群早已消落到位并在防洪限制水位附近運行，水庫群存蓄水量已經不足，在一定程度上制約了后期抗旱補水調度。

(2) 旱區用水需求掌握不夠精準。對沿江和洞庭湖、鄱陽湖分布灌區的基本情況、農業種植模式、不同時期灌溉用水指標等用水需求信息掌握不全面，對干支流取用水、引調水工程供水范圍、對象、規模和取水口運行情況等信息了解不足，實施抗旱補水調度前均需要臨時進行調查了解。

(3) 抗旱補水調度規則體系有待建立。目前長江流域抗旱補水調度相關規程方案還較為原則，即使三峽水庫也基本是以對蓄水期和供水期的下泄流量作出相關要求，對當長江中下游發生較重干旱或出現供水困難時，只有“需實施水資源應急調度”的原則性要求，尚無明確的、可操作性強的流域層面抗旱應急調度體系。同時，由于水庫抗旱補水調度對航運、電網穩定運行和后期發電等有一定影響[10]，抗旱作為調度目標之一的多目標聯合調度相關研究還有待深入。

(4) 抗旱調度基礎研究有待深入。目前支撐抗旱調度的連續干旱情況下的降雨-徑流關系，枯水條件下長江干流主要控制站水位流量關系、徑流傳播時間，特枯水年、偏枯水年長江上游水庫群聯合蓄水調度方式，應對不同時間、不同區域、不同程度旱情的抗旱補水調度等基礎研究也還較為薄弱，對抗旱工作支撐不足。

4.2 有關建議

(1) 強化旱情監測手段，建立健全流域全覆蓋的降水、蒸發、河湖水情、土壤墑情的旱情感知體系，加強天氣動力物理機制和旱情預報模型和方法研究，提高干旱預見期和預報精度；加強流域供水、灌溉基礎信息收集，強化氣象干旱、水文干旱、農業干旱、社會經濟干旱之間響應機制和信息需求分析。

(2) 加強長江中下游沿江(沿湖)城市水廠取水信息、主要引調水工程運行信息、灌區需水信息等收集分析與信息共享，并根據流域水利工程建設、河道河勢變化等情況，開展沿江(沿湖)工程取水條件與用水需求的適應性分析。

(3) 建立健全抗旱補水調度規則體系，開展長江流域枯水和江河湖庫旱情等級劃分及預警體系研究，明晰汛前、汛期、汛末和蓄水期、供水期等不同時間以及長江上中下游等不同區域旱情下實施的抗旱補水調度策略，設定合理的抗旱補水調度條件，深入開展基于抗旱用水需求的水庫群多目標聯合調度相關研究與實踐，努力實現抗旱調度成本最小化和綜合效益最優化。

(4) 加強2022年旱災和抗旱工作的總結，開展長江流域防御特大干旱對策與措施研究，指導地方加強沿江灌溉、供水取水口的改造；開展連續干旱情況下的降雨-徑流關系，枯水條件下長江干流沙市、螺山、漢口、大通等主要控制站水位流量關系和徑流傳播時間，提升枯水條件下預報調度一體化水平；開展長江上游水庫群聯合蓄水調度研究，提出長江上游水庫群聯合蓄水次序、蓄水時機、蓄水進程等聯合調度方案。

5 結 語

2022年，在水利部堅強領導下，長江委和流域各省(市)水利部門積極主動作為，充分利用水利工程抗旱保供作用，精細調度水庫，科學應對旱情，有效保障了居民飲水安全和農業灌溉用水需求，實現了“大旱之年無大災”的勝利。由于水庫往往具有防洪、供水、生態、發電、航運等多項任務，其調度涉及多目標的協調，因此實施抗旱補水調度要統籌考慮水庫多目標任務，且設定一定條件，要在下游需水的關鍵時期，適時實施抗旱補水調度，精細合理利用攔蓄水量，確保供水、灌溉等民生用水需求。同時，受旱地區也要采取提水、調水、打井、筑堰、延伸管網、組織社會力量拉水送水、節水等綜合措施，精打細算、統籌配置當地水資源，不過度依賴水庫抗旱調度補水。