金沙江下游梯级水库配合三峡水库联合防洪调度效果分析

杨春花，许继军，董玲燕

（长江科学院水资源研究所，武汉 430010）

金沙江下游梯级水库配合三峡水库联合防洪调度效果分析

杨春花，许继军，董玲燕

（长江科学院水资源研究所，武汉 430010）

为分析金沙江下游梯级水库配合三峡水库的联合防洪调度效果，运用2种补偿调度方式对长江中下游防洪的情况进行研究。分别选取1954年和1998年为典型洪水年，对不同频率下的设计洪水进行联合防洪调度演算。结果表明：金沙江梯级配合三峡水库联合防洪不仅能保障长江上游干流川江河段及荆江河段的防洪安全，而且能进一步提高三峡水库的防洪能力。与对荆江河段防洪的补偿调度方式相比，兼顾城陵矶地区的防洪补偿调度方式能进一步减少城陵矶地区的分洪量，在有金沙江梯级配合三峡水库运用时能较大程度地保证荆江河段行洪安全。关 键 词：金沙江梯级；三峡水库；长江上游；联合防洪调度；设计洪水

1 长江中上游防洪

金沙江是长江上游的重要组成部分，干流流经青海、西藏、四川、云南4省区，全长约3 500 km，流域面积约50万km2，总落差5 100 m。金沙江水能资源极其丰富，干支流水能资源理论蕴藏量为1．21亿kW，占长江流域水能资源理论蕴藏量的42．25%，经济技术可开发量为1．19亿kW，年发电量5 927亿kW·h，占长江流域的49．9%，是我国重要的水电基地。目前金沙江下游溪洛渡水库和向家坝水库处于在建状态，乌东水库德与白鹤滩水库也在筹建当中。根据金沙江梯级的规划要求［1］，金沙江下游梯级水库主要防洪任务一是积极配合川江防洪，二是分担长江中下游防洪压力。配合三峡水库对长江中下游进行防洪调度，可达到大幅度削减洪水流量、承载水量和提高中下游防洪标准的目的。金沙江下游梯级水库与三峡水库特征水位见表1。

目前诸多学者对长江中下游防洪方面的问题做过研究，如黄昌林等［2］从洞庭湖水情、工程抗洪能力等角度探讨了三峡水库运行后洞庭湖区防洪减灾情况；仲志余等［3］分析了三峡工程运用后对长江中下游的防洪影响，并给出了相应对策；赵家成等［4］依据长江洪水特征和长江中下游防洪要求，提出了长江上游梯级水库群防洪调度原则；宁磊等［5］分析了溪洛渡、向家坝与三峡水库的联合防洪调度方式并得出其对长江中下游的防洪作用。丁毅等［6］根据上游各支流特点，提出了上游干支流预留防洪库容规模的建议，并计算分析上游金沙江预留防洪库容的作用，并提出梯级水库协调防洪与发电关系调度方式。

表1 金沙江下游梯级水库与三峡水库特征水位Table 1 Characteristic water levels of Jinsha River downstream cascade reservoirs and Three Gorges Reservoir

金沙江梯级开发具有设置防洪库容的条件，可分担长江中下游地区和川江河段的防洪任务。金沙江汛期洪水总量占宜昌以上长江洪水总量的1／3，也是川江洪水的主要来源之一。在三峡水库发挥控制性作用的条件下，金沙江梯级可配合三峡水库运用，进一步提高长江中下游的防洪标准，减少分蓄洪区的运用。本文对金沙江下游4个水库及三峡水库的汛期运行方式进行探讨，按三峡水库采用不同防洪补偿方式对不同典型不同频率下的设计洪水进行调洪演算，并对防洪调度结果做出分析。

2 典型洪水年选取

防洪调度所用到的设计洪水涉及到各干支流，依据水利水电设计洪水计算规范［7］选取1954年和1998年作为典型洪水年推求各干支流设计洪水过程。分别选取0．2%，0．5%，1%，2%，5%五种不同频率设计洪水进行联合防洪调度计算。采取典型年洪水按控制站洪量进行控制的同倍比放大法，以宜昌站30 d各频率设计洪量与各典型年同时段洪量的倍比值，同倍比放大三峡坝址以及上游金沙江与岷江洪水过程。金沙江上各水库入流通过水库控制流域面积比例反推乌东德水库入库流量及下游三水库的区间入流。

3 联合防洪调度

以金沙江下游梯级水库与三峡水库汛期运行方式为基础，分别对荆江补偿调度和对城陵矶补偿调度这两种方式下的梯级水库群联合调度问题进行研究。

3．1 金沙江梯级与三峡水库汛期运行方式

3．1．1 联合防洪调度总原则

对串联水库群，在汛期处于上游的水库需在保证本水库安全的前提下，先发挥削峰错峰的作用，尽可能减小下游水库的防洪压力；当梯级水库群肩负多项调度任务时，防洪调度处于首位，发电、生态等其他调度若与防洪调度相冲突，需遵从防洪调度；当梯级水库群的防洪保护对象有多个时，需依据防洪保护对象的重要程度及整个流域的防洪体系给出各防洪保护对象的保护程度。

3．1．2 金沙江下游梯级水库运行方式

根据《金沙江干流综合规划》（2006），金沙江下游4个梯级水库采取以下方式运行：

（1）乌东德和白鹤滩水库在6月至8月上旬分别保持在初期汛限水位930 m、780 m运行；在8月中旬至9月上旬，将抬高汛限水位，维持在后期汛限水位935 m、810 m运行。在整个汛期过程中，当遇洪水时，需要其削峰，拦截洪量，从而抬高了库水位，但不能超过其防洪高水位950 m、820 m，待洪水过后，需要迅速回落至汛限水位。

（2）溪洛渡和向家坝水库在汛期6月至9月上旬分别维持在汛限水位560 m、370 m运行，遇洪水时水库拦蓄洪水，库水位升高；洪水后，水库腾空以迎接下一次洪峰。

3．1．3 三峡水库运行方式

根据三峡水库调度规程，每年5月末至6月上旬，水库水位逐步降至145 m，6月中旬至9月中旬水库一般维持防洪限制水位145 m运行。当发生大洪水时水库拦蓄洪水，库水位升高；洪水过后水库腾空以迎接下一次洪峰。

3．2 金沙江梯级配合三峡水库防洪联合调度

金沙江梯级水库防洪保护对象以川江河段为主，在保证川江河段防洪安全的前提下若仍有多余的防洪库容，并且此时三峡水库需拦洪蓄水时，则启动金沙江梯级配合三峡水库对长江中下游的防洪调度。此处川江处的防洪保护对象以李庄为代表，控制其水位在272．00 m以下，金沙江下游梯级水库通过对岷江做防洪补偿调度保证川江行洪安全；长江下游的防洪保护对象有荆江河段与城陵矶地区。三峡水库按《三峡水库优化调度方案》［8］有以下2种防洪调度方式：

（1）对荆江河段进行防洪补偿的调度方式。此调度方式主要适用于长江上有发生大洪水的情况。寻求在实施防洪调度时，若三峡水库水位低于171．0 m，则按沙市站水位不高于44．5 m控制水库下泄流量。若水库水位在171．0～175．0 m之间时，控制补偿枝城站流量不超过80 000 m3／s，在配合采取分蓄洪措施条件下控制沙市站水位不高于45．0 m，对应的流量为60 600 m3／s。

（2）兼顾对城陵矶地区进行防洪补偿的调度方式。此调度方式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洪水位，需要三峡水库拦蓄洪水以减轻该地区分蓄洪压力的情况。汛期在因调控城陵矶地区洪水而需要三峡水库拦蓄洪水时，如水库水位不高于155．0 m，则按控制城陵矶水位34．4 m进行补偿调节，水库当日下泄量为当日荆江河段防洪补偿的允许水库泄量和次日城陵矶地区防洪补偿的允许水库泄量二者中的较小值。当水库水位高于155．0 m之后，按对荆江河段进行防洪补偿调度。

金沙江梯级水库启动对长江中下游的防洪调度以三峡水库蓄水为依据，若三峡水库需蓄水时，则金沙江梯级水库除对岷江做防洪补偿调度外，还配合三峡水库对长江中下游做防洪补偿调度，否则金沙江梯级水库仅对岷江做防洪补偿调度。

故在具体求解计算时，按照水库上下游顺序依次调度，为保护长江中下游防洪保护对象安全，当三峡水库采用不同防洪补偿方式下金沙江梯级与三峡水库共需拦截的流量为：

（1）对荆江河段防洪的补偿调度方式。

（2）兼顾城陵矶地区防洪的补偿调度方式。

式中：QiSX为两梯级水库在第i时段需拦截总流量；QINi0为 第一个水库第i时段的入库流量；QJik为第k水库与第k－1水库在第i时段的区间流量；QiSL为三峡水库至螺山区间入流；QiQR为支流清江的流量；Z5i为三峡水库当前库水位。

金沙江梯级为保护李庄处共需拦截的流量QiJR为

N－2

式中QiMR为支流岷江的流量。

依据金沙江防洪调度原则，金沙江下游梯级上第j水库泄流量为

三峡水库泄流量为

在实际调度过程中需满足以下约束条件：

（1）各水库水量平衡约束

（2）上下水库间水流耦合约束

（3）水库库容约束

（4）下泄流量约束

4 计算结果及分析

对各典型年不同频率的最大30 d设计洪水过程进行联合防洪调度计算。当典型年实测洪水过程的起始时间处于前汛期，则认为其是属于前汛期的设计洪水；否则认为其是属于后汛期的设计洪水，起调水位均为汛限水位。表2是以1954年为典型年的不同频率的设计洪水联合防洪调度结果，表3是以1998年为典型年的不同频率的设计洪水联合防洪调度结果。

分洪量分别按超过荆江、城陵矶处最大过流量60 600，60 000m3／s的水量之和统计，拦洪量按水库拦截水量之和统计。1954年、1998年金沙江与岷江洪水洪峰未发生遭遇，故金沙江梯级对李庄处的防洪作用难以充分发挥，只能在一定程度上分担三峡梯级的防洪压力。由表2与表3的计算结果可知：

表2 以1954年为典型年的长江上游梯级水库群联合防洪调度结果Table 2 Result of Changjiang River cascade reservoirs operation for flood control with 1954 as the typical case

表3 以1998年为典型年的长江上游梯级水库群联合防洪调度结果Table 3 Result of Changjiang River cascade reservoirs operation for flood control with 1998 as the typical case

（1）三峡水库采用对荆江河段防洪的补偿调度方式，对500年一遇及以下设计洪水，三峡水库单独运用与金沙江梯级配合三峡水库运用均能保证荆江河段最大流量不超过60 600 m3／s。与无水库拦洪相比，三峡水库单独运用在一定程度上减少城陵矶地区分洪量。因对荆江河段防洪的补偿调度方式未考虑城陵矶地区防洪，故与单独运用相比，金沙江梯级水库配合三峡水库运用仅对1954年型500年一遇设计洪水城陵矶地区分洪量有所减少，对其他设计洪水均没有改观。

（2）三峡水库采用兼顾城陵矶地区防洪的补偿调度方式，当其单独运用时对1954年型200年一遇及以下设计洪水与1998年型500年一遇及以下设计洪水能保证荆江河段行洪安全；对1954年型500年一遇设计洪水荆江河段需分洪24．0亿m3。与无水库拦洪相比，三峡水库单独运用时对1954年型不同频率下设计洪水城陵矶地区分洪量分别减少了221．5，196，177．3，143．2，115．9亿m3；对1998年型不同频率下设计洪水城陵矶地区分洪量分别减少了201．6，164．0，133．0，109．9，65．5亿m3。当金沙江梯级配合其运用时，对以上不同频率设计洪水均能保证荆江河段不分洪；与三峡水库单独运用相比，对1954年型不同频率下设计洪水城陵矶地区分洪量分别减少了65．3，43．5，27．1，24．1，41．9亿m3；对1998年型不同频率下设计洪水城陵矶地区分洪量分别减少了21．3，16．6，14．0，2．3，13．4亿m3。其中对1998年型20年一遇设计洪水在金沙江梯级配合三峡水库运用时城陵矶地区无需分洪。

从三峡水库采用2种不同防洪补偿调度方式的结果可以看出：三峡水库采用对荆江河段防洪的补偿调度方式，与三峡水库单独运用相比，金沙江梯级水库配合三峡水库运用对城陵矶地区的防洪效果基本没有改变；若无金沙江梯级配合拦洪，遇特大洪水时兼顾城陵矶地区防洪的补偿调度方式会导致荆江河段开启分蓄洪区；金沙江梯级水库分担三峡水库防洪压力，兼顾城陵矶地区防洪的补偿调度方式能减少城陵矶地区的分洪量。

5 结 论

综合分析以上联合防洪调度计算结果，可得出如下结论：

（1）与三峡水库单独运用相比，金沙江梯级水库配合三峡水库对长江中下游防洪能减轻三峡水库的防洪压力，同时增加下游荆江河段的安全保障。

（2）对所选典型年下不同频率设计洪水，采用对荆江河段防洪的补偿调度方式可保证荆江河段行洪安全，同时减少城陵矶地区分洪量。与三峡水库单独运用相比，金沙江梯级配合三峡水库运用减少了三峡水库的拦洪量，但对城陵矶地区分洪量无大的改观。

（3）对所选典型年下不同频率设计洪水，采用兼顾城陵矶地区防洪的补偿调度方式在三峡水库单独运用时，遇1954年型500年一遇设计洪水会破坏荆江河段行洪安全，对其他设计洪水均可保证荆江地区行洪安全，同时减少城陵矶地区分洪量；在金沙江梯级配合三峡水库单独运用时可保证荆江河段不分洪，同时减少城陵矶地区分洪量。与对荆江河段防洪的补偿调度方式相比，此调度方式城陵矶地区分洪量减少约65．8亿m3；与三峡水库单独运用相比，此调度方式即可保证荆江地区行洪安全，同时城陵矶地区分洪量减少30．0亿m3，并且三峡水库拦洪量还有所下降。

（4）对500年一遇及以下设计洪水若有金沙江梯级水库配合三峡水库运用，对长江中下游的防洪可以考虑采用兼顾城陵矶地区防洪的补偿调度方式；若无金沙江梯级水库配合三峡水库运用，对200年一遇及以下洪水可考虑采用兼顾城陵矶地区防洪的补偿调度方式，对大于此设计洪水的洪水需采用对荆江河段防洪的补偿调度方式。具体采用何种防洪补偿调度方式需视长江中上游洪水大小及洪水组成情况而定。

［1］ 水利部长江水利委员会．金沙江干流综合规划报告［R］．武汉：长江水利委员会，2006．（Changjiang Water Resources Commission．Comprehensive utilization plan-ning of the main Jinsha River［R］．Wuhan：Changjiang Water Resources Commission，2006．（in Chinese））

［2］ 黄昌林，聂芳容，刘世奇，等．三峡工程运行后洞庭湖区防洪减灾策略探讨［J］．人民长江，2009，40（14）：68－70．（HUANG Chang-lin，NIE Fang-rong，LIU Shi-qi，et al．Flood control and disaster mitigation strategy on Dongting Lake area after Three Gorges Project running［J］．Yangtze River，2009，40（14）：68－70．（in Chi-nese））

［3］ 仲志余，宁 磊．三峡工程建成后长江中下游防洪形势及对策［J］．人民长江，2006，37（9）：8－9．（ZHONG Zhi-yu，NING lei The situation and countermeasure of flood control ofmid-lower Yangtze River after Three Gor-ges Project completed［J］．Yangtze River，2006，37（9）：8－9．（in Chinese））

［4］ 赵家成，王从峰，姜利汉．长江上游干支流水库防洪调度探讨［J］．三峡大学学报（自然科学版），2004，26（5）：399－401．（ZHAO Jia-cheng，WANG Gong-feng，JIANG Li-han．A study on reservoir flood control opera-tion in upper reaches of Yangtze River［J］．Journal of China Three Gorges University（Natural Sciences），2004，26（5）：399－401．（in Chinese））

［5］ 宁 磊，胡昌盛，游中琼．溪洛渡、向家坝水电站对长江中下游防洪作用分析［J］．武汉大学学报（工学版），2009，42（4）：443－446．（NING Lei，HU Chang-sheng，YOU Zhong-qiong．Analysis of role of Xiluodu and Xiangjiaba hydropower stations in flood control of middle and lower Yangtze River［J］．Engineering Journal ofWuhan University，2009，42（4）：443－446．（in Chi-nese））

［6］ 丁 毅，纪国强．长江上游干支流水库防洪库容设置研究［J］．人民长江，2006，37（9）：50－52．（DING Yi，

JIGuo-qiang．Flood control capacity settings of reservoirs in the upper main Yangtze River［J］．Yangtze River，2006，37（9）：50－52．（in Chinese））

［7］ SL44－1993，水利水电工程设计洪水计算规范［S］．（SL44－1993，Specifications about design flood in Water Resources and Hydropower Engineering［S］．（in Chi-nese））

［8］ 水利部．三峡水库优化调度方案［R］．北京：水利部，2009．（Ministry of Water Resources．Optimal operation of Three Gorges Project［R］．Beijing：Ministry of Water Resources，2009．（in Chinese））

（编辑：赵卫兵）

Effect of Flood Control Joint Operation of Jinshajiang Downstream Cascade Reservoirs and Three Gorges Reservoir

YANG Chun-hua，XU Ji-jun，DONG Lin-yan
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

In order to analyze the effect for flood control joint operation of cascade reservoirs at the downstream of Jinshajiang in conjunction with Three Gorges Reservoir，this paper investigates two compensation dispatchingmodes of flood control to themiddle and lower Changjiang River．The paper choices two typical years and conducts flood regulation routing in different frequencies in calculation．The results show that themode of joint operation of cas-cade reservoirs not only can ensure the reaches of Changjiang River in the upper Changjiang River and Jingjiang River safety，but also can further improve the flood control capacity of Three Gorges reservoir．In comparison with the compensation dispathchingmode of the reach of Jingjiang River，it can further decrease the flood diversion of the Chenlingji area if the compensation dispatchingmode of flood control of the reach of Jingjiang River takes the flood control of Chenlingji area into account．

Jinsha River cascade reservoirs；Three Gorges Reservoir；upper Changjiang River；joint operation for flood control；design flood

TV697

A

1001－5485（2010）10－0005－05

2010-08-19

国家自然科学基金资助项目（U0970151）；国家软科学研究计划（2008GXS5B085）；长江科学院中央级公益性科研院所基金项目（YWF0901）

杨春花（1985-），女，江西九江人，助理工程师，硕士，主要从事水文学及水资源规划管理方面研究，（电话）13659890820（电子信箱）ychh1985＠126．com。