瀑布沟水库在岷江“20·8”洪水中的防洪作用分析

贺 玉 彬，徐 雨 妮，张 俊

(1.国家能源集团 国电大渡河流域水电开发有限公司，四川 成都 610041； 2.长江水利委员会 水文局，湖北 武汉 430010)

2020年8月，岷江流域发生极端性强降雨过程，流域月面雨量达270 mm左右，较多年均值偏多约8成。受强降雨影响，支流大渡河多站多次发生超警戒及以上洪水，泸定站发生超保证洪水，瀑布沟水库出现建库以来最大入库流量6 990 m3/s，瀑布沟水库以下区间来水达到历史极值；支流青衣江发生超历史洪水，夹江站洪峰水位414.71 m，列历史第1位，重现期约100 a；岷江干流中下游发生超历史洪水，五通桥站洪峰水位345.63 m，超历史最高水位(343.88 m)1.75 m，高场站洪峰水位为291.08 m(超保证水位3.08 m，超历史最高水位0.96 m)，最大实测流量为37 500 m3/s(8月18日21：38)，为历史最大流量。

为了深入研究该场暴雨洪水的发展特性以及大渡河梯级水库群在拦洪错峰方面发挥的作用，本文对2020年8月大渡河流域暴雨洪水的水雨情发展过程、洪水组成与量级、洪水还原计算等方面进行了详细地分析，总结了该场暴雨洪水的特性，并对以瀑布沟水库为核心的大渡河水库群联合调度所产生的防洪效用进行了量化。

1 2020年8月大渡河流域暴雨洪水概况

1.1 降雨概况

2020年8月，北极极涡向南发展，欧亚中高纬表现为稳定的两槽一脊环流形势，引导北方强冷空气南下至长江上游嘉岷流域。同时西北太平洋副热带高压偏西偏强，西伸脊点正位于四川盆地附近，副高外围环流引导南海的水汽向四川盆地输送，并与来自孟加拉湾的西南低空急流相遇，从而给嘉岷流域带来充沛的水汽。此外，由于四川盆地西部(大渡河流域附近)山体陡然升高，暖湿气流和冷空气在此汇聚堆积，加之地形影响下抬升辐合作用明显，导致大渡河流域发生罕见的强降雨。

2020年8月，大渡河流域降雨主要分布在中下游，其中，中游累计降雨约282 mm，较多年均值偏多7成，下游累计雨量约200 mm，较多年均值偏多近2成。按照水库节点将大渡河流域划分为：I区泸定以上区域，Ⅱ区泸定至瀑布沟区域，Ⅲ区瀑布沟以下区域(图1为大渡河流域水库节点示意)。图2给出了8月6～30日大渡河流域各分区的日雨量变化，由图1～2可知，8月大渡河共发生5次降雨过程，分别为6～7日、10～12日、15～17日、23～24日以及29～30日，其中6～7日和23～24日流域降雨以中到大雨为主，其余3次过程强度则以大-暴雨为主，以下分别分析这3次强降雨过程。10～12日，大渡河流域有大-暴雨，其中11日降雨最强，泸定至瀑布沟区域面雨量达35 mm；15～17日，大渡河流域泸定以下地区有强降雨过程，泸定至瀑布沟区域和瀑布沟以下区域有暴雨，面雨量分别达42 mm和47 mm，乐山片区出现大暴雨(茨竹坪132 mm，龚嘴125 mm，铜街子112 mm)；29～30日，大渡河流域泸定以下地区有强降雨过程，泸定至瀑布沟区域和瀑布沟以下区域有暴雨，面雨量分别达33 mm和44 mm，尼日河局地出现大暴雨(岩润103 mm)，铜街子库区出现特大暴雨(茨竹坪212 mm)。总体来看，三次强降雨过程呈现如下特点：① 强雨区主要集中在大渡河泸定以下区域；② 降雨集中，暴雨峰值持续时间均在1 d；③ 降雨极端性强，部分站点出现大暴雨乃至特大暴雨级别的强降水。

图1 大渡河流域水库节点示意Fig.1 The multi-reservoir system of Dadu River Basin

1.2 洪水分析

首先从大渡河“20·8”洪水的发展过程着手，分析干支流来水情况、洪峰量级等要素；通过厘清“20·8”洪水组成状况，评价各部分来水丰枯态势；最后，总结归纳出“20·8”洪水主要呈现3个方面的特征，即：① 洪水过程多，洪峰量级大；② 干支流来水遭遇，流量涨势猛；③ 干流来水大，区间洪水更为突出。

1.2.1洪水发展过程

受大渡河流域集中性强降雨的影响，大渡河流域洪水主要发生在8月中下旬，且呈现洪水过程多、洪峰量级大等特点。

(1) “8·18”洪水过程(8月16～19日)。8月中旬起，受持续性强降雨影响，大渡河干支流来水快速增加，多站多次发生超警戒及以上洪水过程。干流方面，泸定站发生超保证洪水，洪峰水位1 312.09 m，超保证水位0.20 m；瀑布沟水库出现入库洪峰流量6 990 m3/s，为建库以来的最大入库流量，重现期为20 a；瀑布沟至龚嘴区间最大流量超5 000 m3/s，为该河段的历史最大区间流量。支流方面，瀑布沟水库以下支流来水快速上涨，官料河流域红旗站洪峰流量1 780 m3/s，创下了近年来的极值。干支流洪水的严重遭遇导致了“8·18”洪水过程的产生。

注：Ⅰ区为泸定以上区域，Ⅱ区为泸定至瀑布沟区域，Ⅲ区为瀑布沟以下区域图2 大渡河流域2020年8月6～31日面降雨变化序列Fig.2 The variation sequence of surface rainfall in Dadu River Basin from 6 to 31 August，2020

(2) “8·23”洪水过程(8月23～24日)。8月下旬，降雨整体呈现减小趋势，流域来水波动消退。在消退过程中，由于23日泸定以下区域出现短时强降雨，瀑布沟水库下游区间呈现小幅涨水过程。

(3) “8·30”洪水过程(8月30～31日)。受30日白天至31日夜间瀑布沟下游区间暴雨-大暴雨过程的影响，尼日河、官料河等支流及龚嘴-铜街子区间来水的快速上涨。其中，岩润站洪峰流量893 m3/s，红旗站洪峰1 590 m3/s，瀑布沟至铜街子区间流量最大超过4 000 m3/s。区间来水叠加作用导致了“8·30”洪水过程的产生。

1.2.2洪水组成与量级

峨边站是瀑布沟水库下游重要控制站点，峨边站洪水主要由瀑布沟水库出库流量、尼日河来水以及区间来水组成，同时考虑洪水传播时间予以叠加而成。2020年峨边站总入流(实测)最大1，3，7，15 d洪量地区组成计算结果见表1。

从峨边站洪量组成看，瀑布沟水库出库流量最大1，3，7，15 d洪量占峨边站相应统计时段来水比例的76.51%～86.80%。考虑到其控制面积占峨边站控制面积的91.33%，瀑布沟水库出库流量占比偏小。岩润站最大1，3，7，15 d洪量占峨边站相应统计时段来水比例的4.65%～7.83%，考虑到其控制面积占峨边站控制面积的4.4%，尼日河来水偏大。区间最大1，3，7，15 d洪量占峨边站相应统计时段来水比例的7.81%～15.66%，考虑到其控制面积占峨边站控制面积的4.27%，区间来水明显偏大。

综上，从峨边站洪量组成看，瀑布沟水库出库流量占绝对主导地位，区间来水次之，尼日河来水占比最小。但基于各来水组成的面积比考虑，瀑布沟水电站出库流量占比相对偏小，且各统计时段偏小幅度为4.53%～14.82%；区间来水明显偏大，且各统计时段偏大幅度为3.54%～11.39%。

2 洪水调度过程

2.1 水库防洪调度方式

瀑布沟水电站的防洪任务[1-3]是确保枢纽自身防洪安全；遇水库上游来水为主的洪水时，提高水库下游成昆铁路沙坪段防洪标准至100 a一遇；必要时减轻乐山市城区和下游重要城镇防洪压力；分担川渝河段防洪任务；配合三峡水库分担长江中下游地区防洪任务。瀑布沟水库11.00 亿m3的防洪库容划分为两部分[4]，5.00 亿m3(库水位844.00～850.00 m)用于大渡河流域本身防洪，主要为确保成昆铁路沙坪段遇100 a一遇洪水安全通行，尽量提高下游河心洲防洪标准，减轻乐山洪灾损失；6.00 亿m3(库水位836.20～844.00 m)为中下游防洪，必要时配合金沙江梯级水库减轻川江防洪压力。为本流域防洪时，采取削峰、错峰补偿的调度方式；为长江中下游防洪时，采用拦蓄洪量的方式；当本流域和长江中下游均有防洪需求时，应协调好本流域防洪与长江中下游防洪两者关系，在满足所在本流域防洪要求的前提条件下，根据需要分担长江中下游防洪任务。

龚嘴水库[5]在进行防洪调度时，当预报入库流量大于5 000 m3/s时，应在预见期内，将库水位降至下限运行；洪水入库后，坝前水位维持低水位运行，并作好下游铜街子水库迎战大洪水的准备。

铜街子水库[6]在进行防洪调度时，在保证电站自身安全有保障的情况下，尽量控制铜街子下泄流量不超过下游河道防洪能力。

2.2 水库洪水调度过程

针对暴雨洪水发展的不同阶段，瀑布沟水电站采取了不同的调度方式，本章主要讨论分析3次拦洪错峰调度过程。瀑布沟、龚嘴、铜街子水电站调度过程如图3～5所示。

图3 瀑布沟水电站2020年8月调度过程Fig.3 The Pubugou Reservoir operating process in August，2020

2.2.1“8·18”洪水调度过程

考虑到8月12～18日大渡河流域有持续性较强降雨，为应对即将来临的洪水过程，提高瀑布沟水库及其下游龚嘴、铜街子水库的拦洪能力，3库于8月16日前完成预泄腾库。其中，瀑布沟水库水位逐步降低至839.38 m运行，龚嘴、铜街子水库分别逐步降至低水位运行。

为迎接8月17日夜间洪水来临，瀑布沟水库全关泄洪洞，只保留发电流量，出库流量按照2 400～2 800 m3/s控制。18日，为缓解乐山地区汛情，瀑布沟水库通过减产控泄方式逐步降低出库流量至1 400 m3/s左右，最大削峰率超过80%。最终下游龚嘴、铜街子电站的最大入库流量分别仅为7 810 m3/s(18日06：00)，7 430 m3/s(18日09：00)。

表1 2020年8月峨边站洪水组成Tab.1 The flood volume composition of the flood in Ebian Station in August，2020

图4 龚嘴水电站2020年8月调度过程Fig.4 The Gongzui Reservoir operating process in August，2020

图5 铜街子水电站2020年8月调度过程Fig.5 The Tongjiezi Reservoir operating process in August，2020

为减轻下游防洪压力，龚嘴与铜街子水库同样启动了相应的拦洪错峰措施。其中，龚嘴水库最高调洪水位达到525.28 m，最大下泄6 740 m3/s，削峰率近14%；铜街子水库最高水位达到472.28 m，最大下泄6 560 m3/s，削峰率11.5%。“8·18”洪水期间各水库拦蓄洪水情况如表2所示。

完成错峰任务后，为放缓水位上涨速度，避免库水位突破对川渝河段调洪的最高水位(845.00 m)，瀑布沟水库逐步加大出库流量至4 300～4 800 m3/s继续拦洪。至19日13：45，瀑布沟水位涨至本轮最高调洪水位845.12 m，而后瀑布沟水位开始逐步消退。本轮洪水期间，瀑布沟水库合计拦蓄洪量4.53 亿m3。

表2 “8·18”洪水各水库拦蓄洪水统计Tab.2 The flood control operation of three reservoirs in “8·18”

2.2.2“8·23”洪水调度过程

考虑预见期降雨过程，为减轻下游防洪压力，瀑布沟水库采取错峰拦蓄的调度措施：8月23日晚，全关泄洪洞，出库流量按1 500～2 500 m3/s控制，库水位从841.99 m逐步上涨；8月24日晚，瀑布沟出库流量调整为按日均2 500 m3/s控泄，库水位最高涨至843.48 m。由于瀑布沟水库的拦蓄作用，瀑布沟水库下游峨边县城的洪水降为普通洪水，大大减轻了下游电站及沿河峨边、乐山城镇的防洪压力。本轮洪水过程中，瀑布沟水库削减洪峰约2 500 m3/s，合计拦蓄水量1.19 亿m3。

2.2.3“8·31”洪水调度过程

面对即将到来的洪水过程，瀑布沟水库从27日起加快消落水位至842.00 m以下，为后续拦蓄腾库。为尽最大可能拦洪错峰，30日22：00至31日07：00，瀑布沟水库全关泄洪洞、调减发电出力，出库流量按1 000 m3/s控制。本轮洪水过程中，由于瀑布沟水库的削峰错峰作用，削减洪峰2 700 m3/s左右，削峰率73.5%，最高调洪水位843.54 m，合计拦蓄水量1.36 亿m3；同时，使得下游区间来水峰值与上游来水峰值完美错开，最终下游龚嘴、铜街子电站的最大入库流量分别为5 260 m3/s(31日05：00)，4 960 m3/s(31日05：00)。

为配合瀑布沟水库拦洪错峰，龚嘴与铜街子水库同样减小下泄流量，其中，龚嘴水库最大下泄4 570 m3/s，削峰率13.1%；铜街子水库最大下泄4 590 m3/s，削峰率7.5%。

3 防洪作用分析

3.1 还原分析

综合考虑大渡河流域水库的防洪库容大小及2020年实际调度情况，确定纳入还原分析的水库主要为瀑布沟水库。还原对象聚焦峨边、铜街子、五通桥和高场站。按建库不拦蓄的情况，取实况来水过程，采用分段马斯京根法、合成流量法等河道汇流模型方案[7-10]，进行沿程叠加演算，得到峨边、铜街子、五通桥、高场还原流量过程。“20·8”洪水峨边、五通桥和高场站还原与实况洪水过程见图6～8。还原后的各站时段最大洪量及重现期分析成果见表3。

由实况报汛资料分析可知：峨边站实况最大洪峰流量为6 060 m3/s，重现期约5 a；铜街子最大洪峰流量为7 430 m3/s，重现期约5 a；五通桥站最大洪峰流量为38 000 m3/s，重现期约40 a；高场站最大洪峰流量为37500 m3/s，重现期约25 a。

由还原计算结果可知：峨边站最大洪峰流量为10 600 m3/s，重现期约105 a；铜街子最大洪峰流量为13 300 m3/s，重现期超100 a；五通桥站最大洪峰流量为38 900 m3/s，重现期约45 a；高场站还原后的最大洪峰流量为39 800 m3/s，重现期约30 a。

若除大渡河外，还考虑岷江干流主要水库的拦蓄情况，还原后五通桥站最大洪峰流量为40 400 m3/s，重现期约60 a；高场站还原后的最大洪峰流量为41 500 m3/s，重现期约40 a。

图6 2020年8月大渡河峨边站实际流量与还原流量对比Fig.6 The actual and natural flow of Ebian Station of Dadu River in “20·8”

图7 2020年8月岷江五通桥站实际流量与还原流量对比Fig.7 The actual and natural flow of Wutongqiao Station of Dadu River in “20·8”

图8 2020年8月岷江高场站实际流量与还原流量对比Fig.8 The actual and natural flow of Gaochang Station of Dadu River in “20·8”

表3 各站还原洪峰流量及其重现期统计Tab.3 The natural flood peak and its return period of four stations

3.2 防洪作用

3.2.1对大渡河流域的作用

就峨边站而言，瀑布沟水库的拦洪运用，将峨边站约105 a一遇的洪水削减为5 a一遇，将洪峰流量由10 600 m3/s削减为6 060 m3/s(减小洪峰流量约4 540 m3/s)，确保了成昆铁路沙坪段的防洪安全。

就铜街子而言，瀑布沟水库的拦洪运用，将该断面超100 a一遇特大洪水削减为一般洪水，减小洪峰流量约5 870 m3/s。

3.2.2对岷江中下游的作用

就五通桥站而言，瀑布沟水库的拦洪运用，将五通桥站约45 a一遇的洪水削减为40 a一遇，减小洪峰流量约900 m3/s；若考虑五通桥站以上主要水库的拦洪运用，将五通桥站约60 a一遇的洪水削减为40 a一遇，减小洪峰流量约2 400 m3/s。

就高场站而言，瀑布沟水库的拦洪运用，将高场站约30 a一遇的洪水削减为25 a一遇，减小洪峰流量约2 300 m3/s；若考虑高场站以上主要水库的拦洪运用，将高场站约40 a一遇的洪水削减为25 a一遇，减小洪峰流量约4 000 m3/s。

总体而言，2020年8月洪水期间，瀑布沟水库拦洪7.08 亿m3，占岷江流域水库拦蓄总量的65.4%，占寸滩站以上水库拦蓄总量的8.4%，成功削减下游峨边、铜街子等断面的洪峰量级，为成昆铁路沙坪段、乐山市城区以及川渝河段减轻了防洪压力。据初步分析，岷江水库群调度共减少岷江及宜宾中心城区河段受灾人口将达到15.3 万人，瀑布沟水库发挥了超60%的作用。

4 结 论

2020年8月大渡河流域发生集中性强降雨，导致大渡河干流多站多次发生超警戒及以上洪水过程，瀑布沟水库出现建库以来最大入库流量6 990 m3/s，瀑布沟水库以下区间来水达到历史极值。通过以瀑布沟水库为核心的水库群联合拦洪错峰调度措施，有效缓 解了大渡河下游川渝河段不同地区和城市的防洪压力。

(1) 大渡河“20·8”降雨主要集中在大渡河泸定以下区域，且具有降雨集中、极端性强的特点。

(2) 大渡河“20·8”洪水主要具有3个方面的特征，即洪水过程多、洪峰量级大；干支流来水遭遇、流量涨势猛；干流来水大、区间洪水更为突出。

(3) “20·8”洪水期间，以瀑布沟水库为核心的水库群通过实施预报预泄、拦洪削峰、错峰补偿等，发挥了显著的防洪作用，在区间来水极大的不利条件下，成功将大渡河中下游峨边(沙坪)、铜街子等断面超百年一遇特大洪水削减为一般洪水，保障了成昆铁路、乐山城区和岷江下游的防洪安全，其中，瀑布沟水库最大削峰率达80%以上、拦蓄洪量7.08亿m3，占岷江流域水库拦蓄总量的65.4%，削减高场站洪峰流量约2 300 m3/s。

(4) “20·8”洪水期间，瀑布沟水库在为本流域拦洪削峰的同时，兼顾川渝河段的防洪需求，拦蓄洪量占川渝河段(寸滩站以上)水库拦蓄总量的8.4%，有效缓解了川渝河段的防洪压力。

说 明

本文2020年水文要素的统计分析源自报汛数据。