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防汛抗旱

郑守仁:从2016年长江洪水看三峡工程防洪作用

2018年05月07日  来源: 长江水利网

1 长江防洪现状

长江是我国第一大河流,干流全长6300余km,流域面积180万km2,占全国陆地总面积的18.8%,居住着全国1/3的人口。流域内气候温和,水资源丰沛,矿产资源丰富,交通便利,自古以来就是我国政治、经济、文化、军事的重要地区。随着长江经济带国家战略的实施,长江流域在我国经济发展中的地位更为举足轻重。与此同时,频繁而严重的洪涝灾害也威胁着流域内广大地区,特别是经济发达的中下游平原区,制约了经济社会发展,严重影响生态环境,一直是中华民族的心腹之患。

1949年10月中华人民共和国成立以来,在党中央、国务院的坚强领导下,长江流域各省市人民政府认真贯彻“蓄泄兼筹,以泄为主”的治江方针,遵照“江湖两利,上中下游协调,左右岸兼顾”的原则,经过60多年的建设,尤其是1998年长江大洪水后,国家大力加强了长江流域水利建设的投入,长江中下游基本形成了以堤防为基础,三峡水库为骨干,其他干支流水库、蓄滞洪区、河道整治工程、平垸行洪、退田还湖等相配合的防洪工程措施和监测预报、防洪调度等非工程措施相结合的长江防洪体系,流域整体防洪减灾能力显著提高,发生常遇洪水,长江干流和主要支流可安全度汛。

2 长江流域水库群在2016年洪水中的防洪作用

2.1 2016年长江洪水特点

受超强厄尔尼诺事件影响,2016年梅雨期长江流域降雨集中、强度大,暴雨洪水遭遇恶劣,长江中下游地区发生了自1998年以来最为严重的洪涝灾害,干流监利以下全线超警,部分支流发生特大洪水,部分地区内涝十分严重。

2016年长江洪水呈现出中下游干流水位高、高水持续时间长、多条支流特大洪水并发等主要特征。7月初,受长江下游水阳江、西河等支流涨水影响,干流南京站首先超过警戒水位,几天之内,由下至上长江中下游干流监利以下江段和洞庭湖、鄱阳湖两湖湖区全线超过警戒水位。黄石以下江段和洞庭湖、鄱阳湖两湖湖区水位超警时间均在20天以上,干流莲花塘站以下洪峰水位列历史记录的第5、6位。2016年洪水长江中下游干流超警范围、超警持续时间均为1998年以来少有。

此外,2016年7月长江中下游干流附近及两湖水系共23条支流发生超历史洪水,其中清江、资水、鄂东北诸支流、巢湖水系和梁子湖等发生特大洪水,修水、饶河、水阳江等发生大洪水。支流洪水的入汇也造成了长江干流水位持续居高不下。

2.2 长江流域水库群在2016年洪水中的防洪作用分析

2.2.1 三峡水库的防洪调度方式

1993年7月国务院三峡工程建设委员会审批的《长江三峡水利枢纽初步设计报告(枢纽工程)》中,三峡水库防洪调度方式主要考虑以控制沙市水位为标准的对荆江河段进行防洪补偿调度,明确“对荆江河段的补偿调度方式作为三峡水库的设计防洪调度方式,据此计算三峡工程防洪效益。三峡水库对城陵矶的补偿调度方式还应进一步研究”。2009年10月,经国务院批准、水利部印发的《三峡水库优化调度方案》(水建管〔2009〕519号)规定,三峡水库的防洪调度方式主要为对荆江河段进行防洪补偿,兼顾对城陵矶地区进行防洪补偿。兼顾对城陵矶地区进行防洪补偿调度主要适用于长江上游洪水不很大,三峡水库尚不需为荆江河段防洪大量蓄水,而城陵矶水位将超过长江干流堤防设计水位,需要三峡水库拦蓄洪水以减轻该地区分蓄洪压力的情况。依据《三峡水库优化调度方案》,在长江上游控制性水库建成投运前,考虑三峡水库单独运用时,三峡水库防洪调度方式为:将防洪库容221.5亿m3自下而上划分为三部分,第一部分库水位145~155m之间56.5亿m3库容用于既对城陵矶防洪补偿也对荆江防洪补偿,第二部分库水位155~171m之间125.8亿m3用于对荆江地区防洪补偿;第三部分库水位171~175m之间39.2亿m3库容用于防御上游特大洪水。按这种调度方式,长江中下游遇1954年洪水,中下游还有约400亿m3的超额洪量,长江中下游部分地区防洪形势依然严峻。

三峡工程于2008年实施175m试验性蓄水运行后,遵照《三峡水库优化调度方案》关于 “本优化调度方案主要用于三峡水库试验性蓄水期(即2009年汛末开始至三峡水库转入175m正常运行时止)。根据调度运用实践总结和各项观测资料的积累以及运行条件的变化,三峡水库的优化调度方案还需逐步修改完善”的规定,2010年5月国家防汛抗旱总指挥部(以下简称国家防总)在《关于三峡—葛洲坝水利枢纽2010年汛期调度运用方案的批复》(国汛〔2010〈6号)中明确:“当长江上游发生中小洪水,根据实时雨水情和预测预报,在三峡水库尚不需要实施对荆江或城陵矶河段进行防洪补偿调度,且有充分把握保障防洪安全时,三峡水库可以相机进行调度运用”。三峡水库在175m试验性蓄水运行期间,汛期对中小洪水进行了试验性防洪调度运用。

2.2.2 长江上游水库群联合防洪调度研究相关成果

(1)上游控制性水库配合三峡水库对中下游地区防洪调度方式

在“十二五”期间,水利部组织长江水利委员会及相关单位对长江流域已建和在建控制性水库防洪库容联合运用、水库群科学调度专题进行了深入研究,取得了突破性进展,为三峡和上游已建控制性水库防洪库容联合运用、水库群科学调度提供了技术支撑。目前,经国家防总批复,纳入长江上游水库群联合调度的控制性水库共计21座,防洪库容总计363.1亿m3,其中三峡水库防洪库容221.5亿m3、上游其他控制性水库防洪库容共计141.6亿m3。长江上游其他控制性水库在满足本河流防洪要求、为本河流预留防洪库容共计52.5亿m3的条件下,利用剩余89.1亿m3的防洪库容配合三峡水库为长江中下游防洪,进一步提高长江中下游防洪能力。

(2)上游控制性水库配合下的三峡水库防洪调度方式

在三峡水库试验性蓄水期,长江上游陆续有新的控制性水库建成投运,三峡及上游控制性水库群的联合调度研究不断深入,三峡水库防洪调度的研究成果也不断丰富。2016年汛前,国家防总批复了吸纳最新研究成果编制的《2016年度长江上游水库群联合调度方案》、《三峡—葛洲坝水利枢纽2016年汛期调度运用方案》,均明确“在长江上游来水不大,三峡水库尚不需为荆江河段防洪大量蓄水,而城陵矶附近地区防汛形势严峻,且三峡水库水位不高于155.0m时,按控制城陵矶(莲花塘)水位34.4m进行防洪补偿调度。当三峡水库水位达到155.0m时,一般情况下不再对城陵矶地区进行防洪补偿调度,转为对荆江河段防洪补偿调度;如城陵矶附近地区防汛形势依然严峻,可考虑溪洛渡、向家坝等水库与三峡水库联合调度,进一步减轻城陵矶附近地区防洪压力”。

长江上游控制性水库建成投运后与三峡水库联合对中下游防洪调度,可以进一步改善中下游防洪形势。最新的研究成果表明,仅在溪洛渡、向家坝与三峡水库联合调度的条件下,三峡水库用于对城陵矶附近地区防洪补偿的库容可以提高到76.8亿m3(对应库水位158m)。如进一步考虑现已纳入水库群联合调度的21座水库联合调度,三峡水库对城陵矶防洪补偿库容可以进一步扩大,即兼顾对城陵矶防洪补偿调度的控制水位可以进一步抬高至160m左右。再遇1954年洪水,经上游水库与三峡水库防洪库容联合运用、水库群科学调度,长江中下游超额洪量可进一步减少。

2.2.3 三峡水库在流域水库群配合下的实际防洪调度过程

在2016年6~7月洪水过程中,三峡水库的洪水调度可分为五个阶段。

第一阶段6月初至25日,主要调度目标是控制水库水位在汛限水位附近浮动,为防御主汛期洪水备足防洪库容,上游水库持续消落腾库。

第二阶段6月25日至6月30日,主要调度目标是保持库容,按照优化调度方案控制三峡库水位在146.0m左右,以应对未来可能出现的更大洪水。实际结果是6月29日8时三峡库水位145.83m,但长江中游干流各站水位快速上涨,城陵矶站30日水位涨至30.3m左右,汉口、大通水位分别涨至24.5m、12.6m左右。

第三阶段7月1日至16日,主要调度目标是尽可能拦蓄长江上游洪水,减轻长江中下游防洪压力。7月1日三峡出现入库洪峰流量50000m3/s,长江中下游包括洞庭湖水系的沅江、资水发生集中强降雨过程。为控制城陵矶水位不超34.40m,调度三峡水库拦洪,最大出库31000m3/s,削峰率38%,7月4日2时三峡水库出现最高库水位151.57m。在中游水库全力拦蓄洪水的情况下,6日莲花塘水位涨至34.20m,逼近保证水位34.40m,长江中下游干流监利以下干流全线超警。为避免莲花塘水位超保证水位,同时缩短长江中下游超警时间,减轻防洪压力,三峡水库出库流量于6日、7日相继减小按25000m3/s、20000m3/s控制。由于三峡水库拦洪幅度较大,为避免库水位上涨过快,联合调度金沙江和雅砻江梯级水库减小下泄流量,配合三峡水库拦蓄水量,缓解三峡水库防洪压力。还原分析计算,如果三峡水库不减小出库至20000m3/s,莲花塘水位将超保证水位,并将维持在保证水位以上7天左右。

第四阶段7月16至18日,主要调度目标是在不增加长江中下游防洪压力的前提下,缓慢消落三峡水库水位。16日三峡水库因前期拦洪水位已接近154m。考虑到长江中下游干流螺山、汉口站已于15日退出警戒水位,洞庭湖区大型水库五强溪、柘溪等已预泄到汛限水位以下且减小了出库流量,为适度控制三峡水库水位、统筹兼顾长江上下游防洪,三峡水库适时加大出库流量,降低库水位。同时,调度上游锦屏一级、二滩、溪洛渡、瀑布沟等水库继续拦蓄,减少三峡入库水量。

第五阶段7月18日至7月21日,主要调度目标是与洞庭湖来水错峰,尽量控制莲花塘水位返涨幅度。预报19至20日长江中下游干流附近、汉江中游、三峡、清江、澧水至乌江一线有强降雨,洞庭湖湘、资、沅、澧四水合成流量将达20000m3/s以上。为避免与清江、澧水等洪水遭遇,尽量控制莲花塘水位返涨幅度,三峡水库出库流量19日起调减至23000m3/s,至22日水库拦洪最高至158.18m。与此同时,安排上游水库拦蓄洪水减缓三峡水库水位上涨幅度,中游清江和洞庭湖水系水库全力拦洪。

7月23日长江中下游洪水现峰全面转退,三峡水库水位退至158m,之后控制库水位逐步下降, 8月10日至月底库水位在汛限水位浮动范围内运行。

从以上调度过程可以看出,三峡水库首次对城陵矶附近地区实施防洪补偿调度是非常成功和有效的,库水位较长时间维持在汛限水位之上是中下游地区防洪的需要。上游其他水库配合三峡水库对长江中下游防洪也是十分必要的,否则三峡水库水位将会更高,高水位持续时间也将会更长。

2.2.4 长江流域水库群科学调度发挥的防洪作用

2016年长江洪水期间,按照《中华人民共和国防洪法》的有关规定,国家防总指导长江防汛抗旱总指挥部(以下简称长江防总),依法下达防洪调度指令,科学精细调度三峡水库。以实时水雨情及预报为基础,以科研成果为技术支撑,以《三峡水库优化调度方案》等法规性文件为依据,三峡水库为中下游拦洪削峰,发挥了核心作用,共计拦蓄洪量72亿m3,调洪最高水位 158.18m。同时,联合长江上中游30余座大型水库科学调度,共拦蓄洪水227亿m3,分别降低荆江河段、城陵矶附近区、武汉以下河段水位0.8~1.7m、0.7~1.3m、0.2~0.4m,减少超警堤段长度250km,有效减轻了长江中游城陵矶河段和洞庭湖区防汛压力,避免了荆江河段超警和城陵矶地区分洪,保证了“两个确保”(确保人民群众生命安全,确保重要堤防和重要设施安全)目标顺利实现。若三峡水库等上中游水库群不拦蓄,长江中游城陵矶莲花塘站水位7月5日将突破保证水位34.4m,洪峰水位将接近35m,超保证水位时间将达7天左右,超额洪量达30亿m3,需要安排钱粮湖和大通湖东两个蓄滞洪区来妥善蓄纳,将造成52.5万亩耕地受淹和38万人受灾。

3 对长江防洪的进一步思考

2016年汛期,依靠初步建成的长江综合防洪体系、对流域水库群的科学精细调度,加上广大军民全力抗洪,取得了防汛减灾的决定性胜利。但2016年的洪水也暴露出了长江中下游部分支流及湖泊防洪排涝能力偏低、小型病险水库安全问题突出、防洪非工程措施有待完善等薄弱环节和突出问题,长江防洪体系建设仍需进一步加强。

3.1 加强连江支堤、湖区圩堤的堤防建设和中小河流治理

   2016年,长江干堤虽经受长时间高洪水位挡水,没有一处发生溃堤,有效保护了长江干流两岸的人民生命财产安全、减轻了洪水威胁。但连江支堤和湖区堤防在高洪水位长期浸泡下,险情频发,成为防洪体系的主要薄弱环节。从发生的堤防险情来看,支流及湖区堤防发生险情3222处,占全部险情的96.5%,长江干堤发生的险情仅占所有险情的3.5%。同时长期以来,内河普遍存在人类活动挤占河道现象,支流调蓄洪水和泄流能力下降,洪水无法及时排出,险情频发,损失严重。下一步应重点加强连江支堤、湖区圩堤的建设和中小河流综合治理,努力恢复和提高支流、湖区和中小河流的防御洪水能力。

3.2 加快长江中下游蓄滞洪区建设

长江防御洪水标准为1954年实际大洪水,其30d洪量在长江中下游约100~200年一遇。经分析,若再发生1954年洪水,上游控制性水库群理想调度后,中下游仍有大量的超额洪量需要妥善安排,因此长江中下游部分蓄滞洪区仍需长期保留,为保障重点地区防洪安全,蓄滞洪区的建设需持续推进。

首先应根据三峡及上游控制性水库建成后长江中下游防洪形势的变化,对现有42处蓄滞洪区进行必要的调整,根据新形势下河道洪水调度安排,制定适应长江防洪需要和蓄滞洪区建设管理要求的蓄滞洪区布局调整总体方案,指导和加强今后的蓄滞洪区建设。同时,加快重要蓄滞洪区围堤达标和安全建设工程等建设,逐步实施一般蓄滞洪区围堤达标和安全建设工程建设,加强重要和一般蓄滞洪区人口管理和产业结构调整,创新管理体制机制,为蓄滞洪安全和百姓小康双赢创造有利条件。

3.3 推进长江中下游洲滩治理

据不完全统计,长江干流宜昌至徐六径河段两岸堤防之间共有江心洲116个,面积约1480km2,边滩面积约1770km2,居住人口约130万人。2016年,长江中下游干流河道洲滩溃决或主动进洪60多个,对降低干流河道水位、减轻长江干堤防洪压力起到了积极作用。

长江中下游洲滩的防洪标准较低,遇大洪水本身防洪安全受到威胁,洲滩上130万人的防洪安全应高度重视;同时,随着三峡及上游控制性水利工程的建成投运,长江中下游防洪能力进一步提升,但遇大洪水,仍有大量超额洪量需要妥善安排,部分地区防洪形势依然严峻,洲滩行蓄洪的任务应长期维持;此外,随着沿江两岸经济社会的快速发展及长江经济带发展国家战略的实施,对洲滩的开发利用要求越来越迫切。新形势下如何协调长江洲滩防洪与发展的矛盾对洲滩的治理提出了新的要求。

长江中下游洲滩的治理应统筹协调防洪安全与经济发展的关系,在确保防洪安全、河势稳定和生态环境良好的前提下,因地制宜、区别对待,对洲滩实行分段控制、分类管理,做到“不碍洪、稳河势、保民生、促发展”。宜昌至武汉河段,地处防洪重点地区,应严格控制洲滩的开发利用,确保防洪安全;武汉至大通河段,洪水位主要受上游径流的控制,应限制洲滩的开发利用;大通至江阴河段为感潮河段,洪水位受径流和潮汐的双重影响,确需开发的洲滩,应做到有控制地开发利用;江阴以下河段,为近河口段,江面宽阔,洪水位主要受风暴潮的控制,适度缩窄河道,对促进河势和航道的稳定、增加航道水深具有一定的积极作用,可在全面规划和科学论证其影响的基础上,适度开发利用洲滩。

3.4 进一步加强长江流域控制性水库群科学调度

随着以三峡水库为代表的一批综合利用控制性水库已经或将逐步建成并发挥效益,长江干支流水库群的科学调度的重要性日益突显。近年来,三峡及上游控制性水库防洪库容联合运用、协调管理专题研究不断深入,水库群科学调度运用实践也不断丰富。以三峡及上游控制性水库群科学调度的最新科研成果为技术支撑,2016年的三峡水库及上中游控制性水库联合实时调度取得了良好成效。

一方面,要持续开展水库群科学调度研究。随着长江上游干支流具有防洪作用的乌东德、白鹤滩、两河口、双江口等重要大型控制性水库相继建设,水库群的范围将进一步扩大,新情况新问题新要求将逐步突显,需要持续滚动的开展流域水库群科学调度的技术研究,系统、科学、准确认知控制性工程建设运行对流域水文、泥沙、防洪、水资源综合利用、水生态环境等影响,科学制定对策措施,促进经济社会与生态环境协调发展,保障长江经济带发展国家战略的实施。

另一方面,要建立和完善长江流域控制性水库防洪库容联合运用、协调管理、水库群科学调度体制机制。应加快推进《长江保护法》的立法,建立和完善长江流域制控性水库防洪库容联合协调管理、科学调度管理的法律制度;以现有的防汛抗旱组织体系为基础,健全包括水利、电力、交通、环保等部门在内的水库群统一调度协调机制;逐步完善水库群统一调度的信息共享、利益补偿、风险控制、监督管理等机制。进一步加强三峡和流域内控制性水库防洪库容联合运用,通过科学调度管理推进流域统一管理,保护好长江水资源和水生态环境,保障长江经济带发展国家战略的实施,为我国经济社会可持续发展和长江流域的人民福祉作出更大贡献。

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