洞庭湖防御98型洪水对策分析

2016-12-24周柏林刘晓群湖南省水利厅长沙市410007

湖南水利水电 2016年4期

关键词：洞庭湖区洪峰洞庭湖

周柏林谢石刘晓群（湖南省水利厅长沙市 410007）

洞庭湖防御98型洪水对策分析

周柏林谢石刘晓群
（湖南省水利厅长沙市 410007）

文章分析了1998年洪水的基本特点及灾害造成的影响，对1998大洪水过后的环境变化，包括工情变化、水情变化进行了阐述，为当前的防汛抗灾提供了思路和对策。

洞庭湖 98型洪水对策分析

1 98型洪水基本特点

1.1 洪水特征

1998年夏季长江流域降水量超过500 mm，主要集中在6月12～27日、7月21～31日，出现了历史上比较少见的两次梅雨活跃期。一般6月过后，我国主雨带会往长江以北的地区移动，长江流域进入高温伏旱天气；然而1998年，6月梅雨过后，雨带并没有向北移动，7月下旬梅雨又再度重来，形成了历史上罕见的高强度“二度梅”，长江水位迅速上涨。8月长江上游降水频繁，较常年同期偏多50%～100%，局部地区偏多200%。持续的强降水使得长江干、支流和沿江湖泊水位猛涨，继鄱阳湖水系五河、洞庭湖水系沅江、澧水和湘江大洪水后，长江上、中游干支流又相继发生了较大洪水，宜昌出现流量超过50 000 m3/s的洪峰8次，8月7～16日10天中，连续3次洪峰流量均超过60 000 m3/s，8月份流量大于50 000 m3/s的时间长达24 d，并与中下游洪水遭遇，形成20世纪仅次于1954年的第二位全流域大洪水。

（1）洪水量极大。1998年长江洪水与1954年洪水相比（表1），上游宜昌最大30天、60天洪量分别为1 380亿m3、2 545亿m3，比1954年的1 387亿m3、2 448亿 m3相差-7亿 m3、97亿 m3，相对差0.5%、4.0%，基本相当，重现期约80～100年一遇。

长江中游城陵矶附近湘资沅澧四水区间洪水特别是澧水洪水出现1949年以来最大洪水进入洞庭湖，1998年螺山大30天、60天洪量分别为1 603亿m3、3 089亿m3，比1954年的1 927亿m3、3 585亿m3相差-324亿m3、-494亿m3，相对差-16.8%、-13.8%。

表1 1998年与1954年长江洪水特征对照表

由于洞庭湖湖泊及洪道水面面积超过4 000 km2，调蓄量巨大，导致湖区全面洪灾的洪水以最大30 d洪量为主。

（2）洪峰水位高。城陵矶附近由洞庭湖出口七里山水文站和长江莲花塘水位站。1998年洪水七里山最高水位35.94 m，比1954年34.55 m高1.39 m，而长江干流莲花塘站则由1954年33.95 m抬高到35.80 m，抬高了1.85 m，洞庭湖区1998年7月6日，城陵矶出现第一次洪峰，与宜昌第一次洪峰53 500 m3/s碰头，洪峰水位达到34.52 m，仅差1954年最高水位0.03 m。7月27日，城陵矶出现第二次洪峰，与宜昌第二次洪峰56 400 m3/s及第三次洪峰52 000 m3相碰，城陵矶水位35.48 m，超历史最高1996年水位0.17 m，超1954年最高水位0.93 m。8月1日，城陵矶出现第三次洪峰，洪峰水位35.53 m，超历史最高水位0.22 m，超1954年最高水位0.98 m。8月9日，城陵矶出现第四次洪峰，与宜昌第四次洪峰61 500 m3/s相碰，洪峰水位35.57 m，超历史最高水位0.26 m，超1954年最高水位1.02 m。8月20日16时，城陵矶出现第五次洪峰，与宜昌第六次洪峰63 600 m3/s相碰，洪峰水位达到35.94 m，超历史最高水位0.62 m，超1954年最高水位1.39 m。

（3）高水位持续时间长，退水缓慢。1998年洪水，长江中游大部分江段超警戒水位两个多月，超历史最高水位1个多月。从6月中旬起，长江干支流水位先后超过警戒水位。长江干流沙市、监利、螺山、汉口、九江水位超过警戒水位的时间分别长达57 d、82 d、81 d、84 d和94 d，监利-螺山、武穴-九江河段超过历史最高水位的时间长达40多天。

由于受长江洪水顶托及螺山卡口河段约束，洞庭湖出流能力下降。8月20日城陵矶出现39.54 m最高水位时，出湖流量仅为28 800 m3/s，而1954年最高水位34.55 m时，出湖流量有43 400 m3。螺山1954年最大下泄量为78 800 m3/s，这年最大下泄量仅为68 600 m3/s，巨大的水量滞蓄在洞庭湖，湖泊水位不断上升，高出堤垸一般地面高程（30 m左右）（6～10）m，洞庭湖成为一座悬湖。

1.2 灾害影响

当年为洞庭湖及长江干堤湖南段防洪保安，共投入了230多万人、官兵36 000多人，两岸堤顶加修子堤1 471 km子堤，开挖了11万多条导浸沟，处理了31 000多处险情，移动了500多万土石方。但外洪内涝，长江中下游各省溃垸数量之多，灾情之重，为1954年大水后仅见。在溃垸中，湖北省绝大部分是长江干流上的洲滩民垸。湖南省垸内漫溃或溃决的内湖有21处，如大通湖最高水位30.17 m，超历史最高水位0.19 m；黄盖湖最高水位30.22 m，超历史最高水位0.16 m。

由于长江洪水滞蓄在洞庭湖抬高了下游水位并形成顶托，澧水发生了建国以来最大的洪水，7月24日8时，津市洪峰水位45.01 m，超历史最高水位1 m；石龟山41.89 m，超历史最高水位1.07 m；安乡40.44 m，超历史最高水位0.72 m，导致澧南垸、西官垸、安造垸等一批堤垸溃决，其中安造垸为县城所在。溃垸导致人员伤亡，经济损失巨大。

2 1998年大水后的环境变化

2.1 工情变化

（1）三峡及其上游梯级水库运用。2008年长江三峡水库投入试验性蓄水运行，控制长江集水面积100万km2，汛限水位145 m到正常蓄水位175 m，防洪调节容积221.5亿m3，分别对城陵矶地区进行防洪补偿调度库容（56.5亿m3）、对荆江河段进行防洪补偿调度库容（125.8亿m3）和防御特大洪水的库容（39.2亿m3）三部分，如遇“1 000年一遇”或类似1870年特大洪水，经三峡水库调蓄后，枝城洪峰流量可以从110 000 m3/s下降到（71 700～77 000）m3/s，配合运用荆江分洪工程和其它分蓄洪区，控制沙市水位不超过45 m，使荆江南北两岸、洞庭湖区和江汉平原避免发生毁灭性灾害。使荆江河段防洪标准从“10年一遇”提高到“100年一遇”，即遇到不大于“100年一遇”或者1954年型洪水时，经三峡水库调蓄后，可控制枝城流量不超过56 700 m3/s，沙市水位不超过44.5 m，不启用荆江分洪区和其它分蓄洪区。

2014年9月起长江上游金沙江溪洛渡水电站及向家坝水电站开始正常运行。溪洛渡水库集水面积45.44万km2，占金沙江流域面积的96%，正常蓄水位600 m，死水位540 m，总库容126.7亿m3，防洪库容46.5亿m3，库长200 km，坝址流域面积45.88万km2，占金沙江流域面积的97%，水库正常蓄水位380 m，死水位370 m，总库容51.63亿m3，防洪库容9.03亿m3，库长156.6 km。

通过三峡水库或者三库联调，可改变1954年、1998年型洪水的流量过程（表2），宜昌15 d最大洪量由原来的（728～785）亿m3减少到（690～705）亿m3，减少下游洪峰段水量（23～95）亿m3；30 d最大洪量由原来的1380亿m3左右减少到（1259～1353）亿m3，减少下游洪峰段水量（27～128）亿m3。由于长江洪水洪量巨大，三峡及其上游水库的调节，特别是15 d以内洪峰段的削峰和 60 d以内长时段洪量滞蓄，对下游荆江和城陵矶附近的防洪控制作用巨大。

表2 长江三峡及其上游梯级水库对1998/1954宜昌洪水的调节影响

（2）洞庭湖治理。1998年大水后，洞庭湖11个重点垸堤防按照莲花塘34.4 m标准进行了除险加固，洞庭湖区大型排涝电排按照10年一遇排涝标准完成了更新改造；目前湖区24个蓄洪垸堤防加固除险工程基本接近尾声，钱粮湖等3大垸安全区、安全台、分洪闸以及移民迁建等分蓄洪安全建设工程全面展开，加上已经完成的平垸行洪、退田还湖等，洞庭湖区防洪蓄洪模式已经发生了很大改变，已由较单一的四水水库调度加堤防挡水的防洪方式，改变为三峡水库补偿调度、堤防挡水及蓄洪运用等多手段调控，初步具备了洪水管理能力。

2.2 水情变化

三峡及其上游梯级运用后，对泥沙拦截作用巨大，一是清水下泄长程冲刷的效应长时期存在，三口分流减少和洞庭湖出流加快不可避免；二是长江径流年内变化幅度会进一步减少，2025年各个梯级全面投入运用后，特别是利用中小洪水调度抬高水头以扩大发电效益的实践，以宜昌多年平均流量14 300 m3/s粗略分析，一般情景下长江流量可控制在（5 500～31 500）m3/s以内，随着拦沙和冲刷作用进一步发展，三口分流或断流进一步加剧将常态化，洞庭湖年内自三口分泄长江洪水的机会和时间减少，洞庭湖调蓄长江中小洪水机会减少甚至消失、调蓄洪量时间缩短；三是在遭遇流域性干旱年或者大水年，梯级群蓄泄需求将导致中下游枯水更枯、洪水水位更高，特别是加剧洞庭湖区极端洪枯事件灾害风险；四是过去在四口河系及洞庭湖的泥沙淤积量超过50亿m3，对河道、湖盆地形的改造和抬高洪水水位的影响已发生，对应于洪峰型洪水的抬高作用仍然存在。

3 98型洪水分蓄洪情景模拟分析

为研究洞庭湖出口七里山为代表的防洪水位以及通过分蓄洪控制城陵矶附近防洪水位的情景，水利部2013年在公益性科研专项中给予了专项经费资助，由湖南省洞庭湖水利工程管理局联合南京水科院和武汉大学共同承担 “变化环境下七里山水域高洪水位研究（20130108）”，目前该项目已完成预验收。该项目采用现场测量、实测资料分析、数学模型计算等手段，建立了七里山水域二维水沙数值模型，通过河势变化、主要控制站水位流量关系和江湖蓄泄关系变化，以及三峡及其上游水库群运用后城陵矶不同控制水位、不同蓄洪方案条件下城陵矶附近超额洪量时空分布与最高洪水位的情景模拟，系统地提出了洞庭湖区防洪技术方案。

对于近期1998年型以及小于1998年的洪水，相对于1998年地形条件，洞庭湖区面临的防洪压力已显著减轻（表3）。控制城陵矶莲花塘最高水位不超过34.4 m时，1998年城陵矶附近超额洪量为46亿m3，而抬高城陵矶附近水位不到34.9 m即可不分洪。因长江和洞庭湖四水常遇中小洪水同期遭遇形成了洞庭湖1999年洪水，莲花塘水位为历史次高值，三峡水库主要调节长江洪水，而四水区间来水仍然导致莲花塘34.4 m以上的分洪量大于1998年的。但无论是1996年洞庭湖区间洪水为主、还是1998年长江洪水为主、或者是1999年同频率遭遇，在三峡水库的调节作用下，抬高城陵矶防洪控制水位（0.5～34.90）m时，既可以不需要分蓄洪，也不会影响长江上下游荆江和武汉河段的防洪，能够减少分蓄洪带来的一系列后果。

表3 1998年型洪水再现城陵矶附近最高水位和分蓄洪情景

4 小结

1998年以后，长江和洞庭湖区堤防进行了全面除险加固，三峡工程已建成具备对城陵矶补偿调度条件，洞庭湖蓄滞洪安全建设已具备一定分蓄洪能力，洞庭湖防洪蓄洪管理模式已经发生了很大改变，已由较单一的四水水库调度加堤防挡水防洪管理模式，改变为三峡水库补偿调度、堤防挡水及蓄洪运用等多手段调控，初步具备了洪水管理能力。

在三峡水库对城陵矶补偿调度为56.5亿m3调度条件下，对于莲花塘34.4 m防洪控制水位，不同洪水类型城陵矶附近分蓄洪量超过（24～48）亿m3，存在巨大的防洪压力，但充分发挥已建防洪工程和洞庭湖调蓄作用，适当抬高防洪控制水位0.5 m时，当河水不超过1998年洪水量级，洞庭湖区以及长江中下游均不需要分蓄洪。当加强三峡入库洪水信息、下泄预报及洞庭湖流域雨水情收集，通过数字技术模拟，科学预判组合洪水水情，可为运用多手段综合调控洞庭湖洪水、争取防洪主动、创新洞庭湖防洪蓄洪方式打下基础。根据防汛系统中长期预报，洞庭湖区尤应关注洪水类型，以及时争取三峡补偿调度。

研究表明，遇1996年、1998年、1999年洪水不分洪，洞庭湖堤防水位均会低于历史最高值，但会超目前的设防水位运行，因此加强堤防防守，湖区防洪整体局面可控。洞庭湖区防守重点为，一是重点垸堤防有约600 km堤防透水地基，初步判断提高水位运行时，近280 km粉细砂层的堤防须重点防守；二是四口河系地区受清水冲刷影响，易出现垮坡；三是未经洪水考验的蓄洪垸除险加固堤防；四是还没有经过系统整治的一般垸堤防。

考虑气候变化、洪水组合和实时调度等的不确定性因素，防御1996年、1998年、1999年洪水，也应做好钱粮湖等三大垸及已建成具备运行条件的澧南、西官、围堤湖三小垸蓄洪运用准备；对于湘资沅澧洪峰型超标准洪水，尾闾蓄洪区应随时准备蓄洪运用。

★本文得到水利部公益性行业科研专项“变化环境下七里山水域高洪水位研究（20130108）”资助。

2016-06-20）