黄河上游近年中小洪水特点及水库调度分析

宋伟华 刘红珍 崔鹏

摘 要：龙羊峡、刘家峡水库联合运用，承担黄河青海、甘肃及宁蒙河段防洪任务。近10 a来，黄河上游先后发生了3次5～10 a一遇量级的洪水，表现出了洪水过程历时明显增长、区间洪水突发性显著增强的特点，为龙羊峡、刘家峡水库中小洪水防洪运用积累了宝贵经验。总结近年洪水特点以及水库运用实践，为优化水库联合调度方案提供更符合实际的数据支撑和理论依据，对有效防御各种类型洪水风险和洪水资源的充分利用具有实际意义。

关键词：中小洪水;水库调度;黄河上游

中图分类号：TV697.1+1;TV882.1 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.05.007

Abstract： Longyangxia and Liujiaxia reservoirs are jointly used to undertake the flood control tasks of Qinghai， Gansu and Ningmeng sections. In the past 10 years， there have been three 5-10-year flood in the upper reaches of the Yellow River， which shows that the duration of the flood process and the suddenness of interval flood have been increased significantly， which has accumulated valuable experience for the application of small and medium-sized flood control in Longyangxia and Liujiaxia reservoirs. This paper summarized the flood characteristics and reservoir operation practice in recent years， provided more practical data support and theoretical basis for optimizing the reservoir joint operation scheme and had practical significance for effectively preventing various types of flood risks and making full use of flood resources.

Key words： medium and small floods; reservoir operation; upper reaches of Yellow River

1 龍羊峡、刘家峡水库防洪运用条件

与水库设计阶段相比，经济社会发展对防洪安全提出了更高的要求，现状龙、刘（龙羊峡、刘家峡）水库的防洪运用条件也发生了变化。

1.1 防洪任务的变化

（1）龙、刘水库的设计防洪任务。龙羊峡水库筹建于20世纪70年代，水库建设以前，宁蒙河段冲淤交替，河段平滩流量在4 000 m3/s左右，且水库下游沿河地区人口相对较少，因此青海、甘肃、宁夏、内蒙古并无明确的防洪需求，龙羊峡水库下游防洪任务相对单一，仅为提高刘家峡等工程和兰州等沿河城镇的防洪标准。

龙、刘两库的设计防洪任务为：龙、刘水库联合防洪调度，共同担负刘家峡水库下游兰州市（100 a一遇）和八盘峡（1 000 a一遇）、盐锅峡（2 000 a一遇）等梯级电站的防洪任务[1]。不同标准的防洪任务，是通过刘家峡水库相应的安全泄量来实现的。

（2）龙、刘水库现状防洪任务。龙羊峡水库建成运用后，宁蒙河段淤积加重，平滩流量由20世纪80年代以前的4 000 m3/s左右逐渐减小，至2000年减少至1 500 m3/s左右，2004年以后有所恢复， 2012年、2018年、2019年洪水后，平滩流量增加至2 000 m3/s，但当前主河槽过流能力与龙羊峡水库设计阶段相比仍有较大差距。且随着改革开放和现代化建设，水库下游沿河城镇建设进程加快，防洪需求日益凸显。

目前，龙羊峡水库以下黄河干流青海、甘肃、宁夏、内蒙古河段的堤防工程相继建成，河道过流条件得到显著改善，但仍存在防洪薄弱环节、内蒙古滩区淹没风险等问题，因此龙、刘水库除完成设计阶段兰州市城市防洪任务外，还需兼顾青海、甘肃及宁蒙河段防洪任务[2]。

1.2 龙羊峡水库汛限水位变化

龙羊峡水库1986年10月蓄水，1993年主体工程基本完工，2001年6月通过竣工验收。水库设计汛限水位2 594 m，自水库建成投入运用以来，根据水库大坝的运行安全条件、蓄水情况及下游防洪形势的改善，实际汛限水位逐步抬高。从2002年开始，汛限水位采用2 588 m，2019年汛期，龙羊峡水库汛限水位调整为2 592 m。

2 洪水调度原则及方案

2.1 调度原则

发生设计标准内洪水时，龙、刘水库联合调度，共同承担各防洪对象的防洪任务。龙羊峡水库利用设计汛限水位（2 594 m）以下的库容兼顾在建工程和青海、甘肃、宁夏、内蒙古河段防洪安全。龙羊峡水库的下泄流量需满足龙刘区间防洪对象的防洪要求，并使刘家峡水库不同频率洪水时的最高库水位不超过设计值;刘家峡水库下泄流量应按照刘家峡下游防洪对象的防洪标准要求控制。龙、刘水库下泄流量不大于各相应频率洪水的控泄流量，洪水退水段最大下泄流量不大于洪水过程的洪峰流量。龙、刘水库防洪运用期间，干支流水电站在保持进出库平衡的情况下，尽可能利用库容择机削减出库洪峰。

发生设计标准以上洪水时，充分发挥防洪工程作用，采取一切必要措施，减轻灾害损失。

2.2 调度方案

龙羊峡水库：当水库水位低于汛限水位时，水库合理拦蓄洪水，在满足下游防护对象防洪要求的前提下，按发电要求下泄;当水库水位达到汛限水位后，龙、刘两库按蓄洪比例同时拦洪泄流，满足下游防护对象的防洪要求。根据下游河道安全过洪能力，在2011—2018年，水位在2 594 m以下按流量

不大于2 000 m3/s控制;在2019年，按流量

不大于2 500 m3/s控制，可兼顾下游河道10 a一遇及以下量级洪水防洪需求。

刘家峡水库：刘家峡水库下泄流量应满足下游防护对象的防洪要求，水库下泄流量除与天然来水、库水位有关，还与龙羊峡水库蓄水位有关。在龙羊峡水库汛限水位2 594 m以下，刘家峡水库出库流量在2011—2018年按不大于2 500 m3/s控制，在2019年按不大于3 500 m3/s控制，可兼顾下游河道10 a一遇及以下量级洪水防洪需求。

3 近年中小洪水及水库调度情况

2010年以来，黄河上游发生较大洪水年份有2012年、2018年、2019年。

3.1 2012年洪水

2012年黄河兰州以上洪水过程见图1。2012年7月25日，黄河唐乃亥水文站洪水流量3 440 m3/s，为1989年以来最大洪水;7月30日，黄河兰州水文站洪峰流量3 860 m3/s，为1986年以来最大洪水。龙羊峡洪峰流量和最大15 d洪量重现期均接近10 a，年最大45 d洪量重现期超过10 a，经还原兰州站洪峰、洪量重现期为5～10 a。

3.1.1 2012年洪水特点

（1）洪水过程低胖，持续时间长。唐乃亥站从6月26日流量开始起涨，至7月25日涨至峰顶，之后缓慢回落，至9月上旬基本落平，洪水过程涨落异常缓慢，洪水持续时间长，径流量大。

洪水胖瘦系数用瞬时洪峰流量与最大45 a平均流量比值Qm / Q45表示，比值越大，说明洪水过程越高瘦，比值越小，说明洪水过程越低胖。以龙羊峡入库洪水为例，2012年洪水胖瘦系数为1.41，在唐乃亥年最大流量3 000 m3/s以上的12场洪水中，胖瘦系数最大为1.82，最小为1.36，平均值为1.62，除1975年外，其他年份洪水过程胖瘦系数都比1.41大，说明在已经发生的较大洪水过程中，除1975年外，2012年洪水过程最为低胖。

7月8日—8月28日，唐乃亥站日均流量基本在2 000 m3/s以上（8月16日为1 962 m3/s），2 000 m3/s以上持续时间长达54 d，为有实测资料以来最长。

（2）刘兰（刘家峡—兰州）区间未控区降雨突发性强、强度大、时空分布集中，汇流快，洪峰流量大。刘兰区间总面积为40 075 km2，除湟水、大通河和庄浪河水文测站已控制面积外，未控区面积为4 828 km2，占其总面积的12%，其产生的洪水直接汇入黄河干流。未控区降雨主要集中在7月29日夜间至30日凌晨五六小时内，降雨强度大，大部分测站降雨量在30 mm以上，主要分布在刘家峡水库上下，其中湟水下游隆治沟古鄯站降雨量达75 mm。初步测算无控区间洪峰流量为1 630 m3/s左右，水量约为0.46亿m3，占此次兰州洪水洪量的32%。从降雨结束到兰州站7月30日10时18分出现3 860 m3/s洪峰流量，仅相隔3～4 h[3]。

3.1.2 2012年洪水调度

实际调度中，龙羊峡水库水位在2 588 m以下按发电运用无弃水，7月23日水位到达汛限水位2 588 m以后开始逐步加大泄量，在2 594 m以下，龙羊峡入库流量在2 000～3 100 m3/s之间，出库流量在1 200～1 900 m3/s之间。8月23日水位达到2 594 m，此时洪水处于退水段，并在9月初结束。龙羊峡水库实际调度过程见图2。

刘家峡水库水位在1 727 m以下，基本按发电流量下泄，水位在1 724 m以上开始逐步加大泄量，最大出库流量为1 700 m3/s;在1 727 m以上，按进出库平衡运用，最大出库流量未超2 500 m3/s。8月23日龙羊峡水位超过2 594 m，刘家峡出库流量超过2 500 m3/s，8月28日刘家峡最大出库流量为2 930 m3/s，之后随洪水过程结束基本按进出库平衡运用。刘家峡水库实际调度过程见图3。

若按预案调度，龙羊峡水库水位达2 588 m后，入库流量小于2 000 m3/s按入出库平衡运用，入库流量大于2 000 m3/s按控制2 000 m3/s出库流量运用，洪水期最高水位为2 592.2 m（8月27日），最大下泄流量2 000 m3/s，刘家峡水库最大出库流量2 500 m3/s。龙、刘水库按预案调度过程见图4、图5。

水库实际调度中，在龙羊峡水库水位达到汛限水位后，出库流量逐步缓慢加大，龙羊峡水库于8月23日水位达到2 594 m，刘家峡水库出库流量超过2 500 m3/s。实际调度中，龙羊峡水库蓄水较早，水位较高。

3.2 2018年洪水

2018年汛期，黃河上游地区在7月、9月分别发生较大洪水，洪水过程见图6。

7月份，唐乃亥站洪峰流量3 440 m3/s，该流量与2012年最大值持平，同为1989年以来最大流量，排1955年建站以来第6位。据统计唐乃亥站洪水最大15 d洪量35.5亿m3，最大45 d洪量78.4亿m3，洪峰流量重现期接近1 a，洪量超过5 a一遇，兰州洪峰、洪量均接近5 a一遇。

9月份，受上游持续降雨影响，唐乃亥站分别于9月8日、9月20日出现2 400、2 420 m3/s的洪峰流量，且洪水持续时间较长，经还原，兰州站洪峰重现期为2～3 a，洪量重现期为3～5 a。

3.2.1 2018年洪水特点

（1）7月洪水涨落较快，过程略偏瘦，9月洪水涨落缓慢，过程低胖。2018年7月洪水胖瘦系数为1.71，高于唐乃亥年最大流量3 000 m3/s以上的12场洪水胖瘦系数平均值为1.62。9月洪水持续时间较长，唐乃亥日流量在2000 m3/s以上的天数为26 d，兰州站天然日流量在3 000 m3/s以上天数为33 d（8月25日起），汛期唐乃亥流量在2 000 m3/s以上天数累计48 d。

（2）刘兰区间未控区降雨突发性强，洪峰流量大。受7月22—23日刘兰区间强降雨影响，区间来水猛增，黄河兰州站7月23日8时18分洪峰流量为3 610 m3/s，形成黄河2018年第2号洪水。 初步分析该场洪水刘兰区间未控区产生的洪峰流量约为1 350 m3/s，水量0.51亿m3，占兰州站水量的17% [4] 。

3.2.2 2018年洪水调度

实际调度中，龙羊峡水库水位在2 588 m以下按发电运用无弃水，7月11日水位到达汛限水位2 588 m以后按1 000～1 500 m3/s下泄，8月13日水库水位达到设计汛限水位2 594 m。9月又发生洪水，为控制水库水位上涨速度，至9月26日出库流量逐步加大至2 000 m3/s，至9月30日水库水位达到2 598 m。龙羊峡水库实际调度过程见图7。图7 2018年洪水期龙羊峡水库实际调度过程

刘家峡水库7月10日达到汛限水位1 727 m，之后下泄流量加大至1 800 m3/s。刘兰区间突发洪水，7月23日2时30分起，刘家峡水库压减出库流量至1 000 m3/s控泄，拦洪错峰，减轻下游河道防洪压力，之后实时调整水库下泄流量，控制出库流量在1 000～2 000 m3/s之间，至8月22日库水位达1 732 m。为应对9月洪水，逐步加大下泄流量，9月16日达到最高水位1 734.8 m，9月26日至10月5日最大出库流量达到3 000 m3/s。刘家峡水库实际调度过程见图8。

若按预案调度，龙羊峡水库水位达到2 588 m后，入库流量小于2 000 m3/s按入出库平衡运用，入库流量大于2 000 m3/s按控制2 000 m3/s出库流量运用，龙羊峡水库最大出库流量2 000 m3/s，至9月下旬达2 594 m，刘家峡水库最大出库流量2 500 m3/s，水位最高1 729 m。龙、刘水库按预案调度过程见图9、图10。

实际调度中，龙羊峡水库水位达到2 594 m时间较早，至9月30日水库蓄水较多，刘家峡水库在7—8月洪水期间下泄流量较小，9月份洪水后期下泄流量较大。实际调度中刘家峡水库视刘兰区间洪水进行了错峰调度，有效缓解了兰州城市防洪压力。

3.3 2019年洪水

受5月中旬以后的持续降雨影响，黄河源区干流各站自6月中旬开始流量明显上涨。唐乃亥站6月20日流量达到2 500 m3/s，形成黄河2019年第1号洪水，7月4日洪峰流量为2 880 m3/s。该次洪水主要来自于龙羊峡以上，龙刘区间、刘兰区间均加水较少。1号洪水唐乃亥站洪峰重现期约为5 a，最大45 d洪量重现期接近10 a，还原后的刘家峡、兰州洪水峰量重现期为3～4 a。洪水过程见图11。

实际调度过程，自6月20日发生洪水以后，龙、刘水库拦洪运用，并根据水库蓄水情况，结合上游实际及预报来水，逐步加大下泄流量。龙羊峡水库下泄流量自2 000 m3/s逐步加大到3 100 m3/s，6月21日达到汛限水位2 592 m，7月4日达到最高水位2 593.05 m，之后开始回落，至7月13日，水库回落至汛限水位2 592 m。龙羊峡水库实际调度过程见图12。

刘家峡水库下泄流量自1 800 m3/s逐步加大到3 100 m3/s，6月20日库水位1 722.4 m，至7月15日最高为1 726.71 m，该场洪水水库未达汛限水位1 727 m。刘家峡水库实际调度过程见图13。

若按预案调度，龙羊峡水库最大出库流量2 500 m3/s，水库最高蓄水位2 592.78 m，刘家峡水库最大出库流量3 040 m3/s。龙羊峡水库汛限水位以上持续时间27 d。实际调度中通过加大下泄流量，缩短了龙羊峡水库汛限水位以上持续时间。龙、刘水库按预案调度过程见图14、图15。

4 结论及建议

（1）通过与多年洪水统计比较，总结黄河上游近年发生的较大洪水表现出如下特点：一是洪水过程低胖，涨落缓慢，历时较以往明显偏长。从多年统计资料看，唐乃亥站洪水过程流量在

2 000 m3/s以上持续时间平均为18 d，2012年持续时间55 d，超过1981年、1989年，为有实测资料以来最长。2018年7月、9月洪水，流量在2 000 m3/s以上持续时间分别为22、26 d， 总历时48 d。二是刘兰区间无控区暴雨洪水突发性、洪峰明显变大。刘兰区间水文测站无控区面积仅占该区间面积的12%，2012年产生的洪峰流量达1 630 m3/s，接近整个刘兰区间10 a一遇洪峰流量1 920 m3/s，兰州同期出現当年实测最大洪峰流量3 860 m3/s;2018年该无控区产生的洪峰流量为1 350 m3/s，兰州同期出现当年实测最大洪峰流量3 610 m3/s。该区域洪水因直接进入黄河干流，汇流速度快，预见期短，直接增加了兰州防洪风险。通过总结近年洪水表现的新特点，进一步扩充了对上游洪水规律的认识，对开展水库实时调度、应急调度研究提供了理论基础。

（2）黄河上游洪水过程涨落缓慢，一般一次洪水历时在40 d以上，防洪运用时，汛限水位以上持续时间长是洪水自身特点所致，符合运用规律，2012年、2018年洪水期间，龙羊峡水库在汛限水位以上运行时间均超过1个月。

（3）对于发生在6月、7月的洪水，应以防洪为主，按预案流量及时下泄洪水，尽量避免水库过早蓄水;对于9月的洪水，可視后期来水情况以蓄洪为主。

（4）防洪调度预案综合考虑了各种可能出现的洪水情况，是能较优完成防洪调度目标的方案。实时调度要根据当前和预报的洪水量级、防洪形势，统筹流域上下游防洪、抗旱、用水、调水调沙等多目标要求综合考虑，甚至要受全国防洪形势、大的政治背景的影响，实时调度决策过程中考虑因素多、权衡利弊多，因此单从水库自身调度的科学合理性看，实时调度方案往往并非全过程最优方案，实时调度决策过程与防洪调度预案结果不一致也是合理的。

（5）建议每年汛前开展上游河道过洪能力分析工作。对水库下游卡口河段，通过现场查勘调研、实际地形资料分析等手段，结合近年洪水期河道不同流量的实际表现以及工程措施，逐年分析论证，摸清河道防洪薄弱环节及不同流量级下淹没情况。

（6）建议进一步深入细化黄河上游中小洪水调度方案。龙羊峡水库汛限水位提高到2 592 m后，龙羊峡水库2 594 m以下兼顾青甘宁蒙河段保滩的防洪库容为7.88亿m3，对中小洪水的调度要求进一步提高。需要综合考虑流域、水库及下游河道等整体防洪形势，深入开展上游水库群联合调度，细化不同来水时间、蓄水情况下的水库各级控制流量，中小洪水水库控制出库流量级等。随着龙羊峡水库汛限水位的提高，龙羊峡水库按设计汛限水位运用后，按设计运用方式，对于100 a一遇以下洪水不再分级，对于10 a一遇中小量级洪水不再控制，但兰州市城市河段、宁蒙河段滩区仍存在防洪风险，需提前研究中小洪水如何运用。随着洪水预报水平提高，需要研究优化防洪运用方式。

（7）建议尽快开展黄河上游干支流梯级水库群防洪优化调度研究，防范干支流水库无序泄水造成的防洪风险，挖掘梯级水库群的防洪潜力，加强实时调度，缓解黄河上游的防洪形势。

参考文献：

[1] 水利电力部西北勘测设计院.黄河龙羊峡水电站技术设计：第4卷[R].西安：水利电力部西北勘测设计院，1986：28-32.

[2] 国家防汛抗旱总指挥部.黄河洪水调度方案[Z].北京：国家防汛抗旱总指挥部，2015：3-4.

[3] 黄河防汛抗旱总指挥部办公室.2012年黄河洪水技术总结[R].郑州：黄河防汛抗旱总指挥部办公室，2012：23-24.

[4] 黄河防汛抗旱总指挥部办公室.2018年黄河洪水技术总结[R].郑州：黄河防汛抗旱总指挥部办公室，2018：10-11.

【责任编辑 许立新】