2020年江垭水库防洪调度实践与思考

刘 常，王 毅，杨开华，肖 罛，王凌峰，李 嘉

（江垭水电站，湖南 张家界 427221）

1 流域概况

1.1 自然概况

江垭水利枢纽工程[1]位于溇水干流，溇水为澧水[2]最大的一级支流，地处湖南西北部，跨湘、鄂两省的鹤峰、五峰、桑植、石门、慈利5县。江垭水库流域属副热带季风气候，暖湿多雨，为湖南省最大的暴雨区之一，多年平均降雨量1 650 mm，溇水雨季一般自4月开始，9月底结束，雨量年内分配不均。暴雨主要发生于4—8月，尤以6、7月份暴雨最大，4—8月平均降雨量占年降雨量的69%[3]。主要暴雨类型为梅雨，强度大，历时长，雨区广。江垭站多年平均流量132 m3/s，相应年径量41.6亿m3。其中4—8月多年径流量达29.8亿m3，占多年平均年径流量的72%，丰水年更为集中。江垭水库洪水主要发生在5—8月，6月、7月尤为频繁。

1.2 枢纽建筑物

江垭水利枢纽工程位于湖南省慈利县境内，澧水支流溇水中游，下距慈利县城57 km，是以防洪为主，结合发电，兼有灌溉、供水、航运、旅游等综合效益的大（Ⅰ）型水利工程[4～5]。枢纽工程主要由大坝、引水发电系统、通航过坝和灌溉取水等建筑物组成。大坝坝顶长368 m，坝顶高程245 m，最大坝高131 m，坝址以上控制流域面积3711km2。枢纽工程主要建筑物（大坝）按500年一遇洪水标准设计，5 000年一遇洪水标准校核；厂房按50年一遇洪水标准设计，500年一遇洪水标准校核。水库正常蓄水位EL236.0 m，相应库容15.75亿m3，防洪限制水位EL210.6 m，正常蓄水位下预留防洪库容7.4亿m3。为了防范长江流域全流域性超标准洪水，在7.4亿m3防洪库容基础上，增高3 m坝高，增加超蓄库容1.15亿m3，作为遇超标准洪水的防洪紧急备用库容。

2 2020 年雨水情信息

2.1 雨情信息

江垭水库2020年累计降雨量2 416.2 mm，较设计多年平均降雨量1 650 mm偏多46.44%，汛期（4月1日—9月30日）累计降雨量1 764 mm，占全年降雨量的73.01%，较设计多年汛期平均降雨量(1 155 mm)偏多52.73%。其中，主汛期6—7月受梅雨锋雨带影响，澧水流域发生连续性强降雨过程，江垭库区共发生7次强降雨过程，6—7月共累计降雨量为1 262.4 mm，比设计多年6—7月平均降雨量（556.3 mm）偏多126.93%，居建库以来历史同期第一位。2020年6—7月共降雨52天，其中最长连续降雨16天，降雨量达到334 mm。流域最大日降雨量是6月27日101.9 mm，最大3日降雨量是7月5—7日255.4 mm；单站最大日降雨量为6月28日中营站263 mm，超历史最大日降雨量249.3 mm（1980年5月31日）。见图1。

图1 2020年江垭水库降雨量统计表

2.2 水情信息

江垭水库2020年累计来水量50.98亿m3，较设计多年来水量(41.6亿m3)偏多22.55%，汛期（4月1日—9月30日）累计来水量41.24亿m3，占全年来水量的80.90%，较设计多年来水量（32.88亿m3）偏多25.43%。2020年江垭水库来水量较为集中，7月来水量26.70亿m3，占汛期来水的64.74%，占全年来水的52.37%，比设计多年月平均来水量（8.28亿m3）偏多222.46%。最大入库流量为7月2日14时的5 100 m3/s。见图2。

图2 2020年江垭水库来水量统计表

受连续强降雨影响，澧水流域发生了流域性较大洪水，洪水过程历时长达44天。主要特点是:

1）洪峰小，洪量大,由于长时间降雨，径流系数高，洪峰过程线扁平，单次洪水洪量偏大。

2）洪峰连续叠加：6月13日至7月26日共发生7次洪水过程，其中6月28日至7月6日3次洪水连续叠加，洪量共达11.43亿m3，超过50年一遇3天洪量10.6亿m3。

3）来水量大且集中，受持续强降雨影响，加之间隔时间短，土壤含水率高，江垭水库6—7月来水量为34.057 7亿m3，较设计多年月平均来水量偏多121.46%，居建库以来第一位。

3 2020 年江垭水库调度

3.1 主要洪水过程及调度情况

江垭水库2020年总计来洪7次，分别是0613号、0622号、0628号洪水、0702号洪水、0706号洪水、0719号洪水、0726号洪水。流域平均降雨量分别为115.3 mm、145.5 mm、139.5 mm、113 mm、281.6 mm、191.1 mm、62.8 mm；洪峰分别为445m3/s、1601m3/s、1258m3/s、5100m3/s、3 800 m3/s、2 700 m3/s、1 201 m3/s。其中，0613号洪水因上游江坪河水电站拦蓄洪量1.4496亿m3，故洪峰偏小。

2020年江垭水库非常成功地完成了防洪的重大使命，在7次洪水中分别削峰445m3/s、1219m3/s、846m3/s、4 494 m3/s、2 095 m3/s、2 700 m3/s、501 m3/s；分别拦蓄洪量0.527 2亿m3、1.222 6亿m3、1.356 6亿m3、1.240 9亿m3、1.486 1亿m3、2.955 1亿m3、0.939 7亿m3，削峰率分别为100%、76.1%、64.2%，88.1%、55.1%、100%、41.7%。7次洪水过程共计为下游拦洪9.728 2亿m3，有效减轻了澧水下游的防洪压力；联合皂市水库，最大降低洞庭湖水位1 m左右，极大减轻了洞庭湖水位上涨的压力。见表1、表2。

表1 主要洪水过程特征值统计表（一）

表2 主要洪水过程调度特征值统计表（二）

根据湖南省防汛抗旱指挥部（以下简称省防指）下达的《关于下达2020年大型水库汛期控制运用方案的通知》，江垭水库2020年汛期运用方案维持不变[6～8]，具体汛期控制运用方案见表3。

表3 江垭水库汛期控制运用方案

2020年江垭水库汛期调度过程大致分为6个阶段：

1）由于前期降雨较少，上游江坪河电站提前蓄水，再加上为湖南省电网调峰调频和保证生态基流，江垭库水位较往年同期偏低，在保障生态流量的前提下，一直低负荷运行。

2）从6月初开始，降雨明显增多，水库入库流量逐步增大。6月20日，江垭库水位197.49 m，低于汛限动态控制水位（224 m）26.51 m，日均入库流量330 m3/s，在结合澧水流域专业气象预报结果的前提下，秉着以防洪为主，兼顾发电、灌溉、航运供水等综合效益，江垭水电站加大负荷，出库流量从74 m3/s增至280 m3/s，再增至满发420 m3/s，将库水位控制在汛限水位（210.6m）以下。

3）为迎战后期超强降雨，据气象预报结果显示，7月3—7日预计未来5天还有93mm降雨量，7月3日江垭库水位216.37 m，超汛限动态控制水位（215 m）1.37 m，考虑为下游支流拦洪错峰，江垭水库于7月3日15时开始开闸泄洪，水库出库流量（含发电流量）逐渐从1000 m3/s增至1 700m3/s、2400 m3/s，控制水位不超过汛限水位215 m，后根据来水情况以及天气预报结果，将出库流量降至1 400 m3/s、700 m3/s，后又根据实时来水情况以及天气预报情况，多次调整下泄流量，将江垭水库7月中旬库水位控制在215 m左右。

4）机组全停阶段：由于长时间的强降雨过程，在洞庭湖全面超警戒水位时，为保证涔水不超保证水位、石门控制站不超12 000 m3/s，7月18日16时起，江垭水库闸门、机组全关，全力为洞庭湖拦洪，累计停机时长112 h，有效减轻了澧水下游的防洪压力。

5）7月23日江垭水库库水位227.92 m，超汛限动态控制水位（215 m）12.92 m，根据专业气象预报结果，澧水流域未来5天还有70 mm降雨量，在下游防洪压力进一步减小的情况下，江垭水库再次开闸泄洪，水库出库流量（含发电流量）700 m3/s，尽可能将水位控制在236 m以下。

6）退水段调度，7月26日洪峰已出现了，入库流量逐渐减小，且江垭水库采取汛期动态水位控制，8月为后汛期，根据江垭水库汛期控制运用方案，库水位可逐步蓄至236 m的正常高水位。为缓解下游防汛压力，江垭水电站于7月27日23时再次闸门、机组全关，全力为洞庭湖拦洪，累计停机84 h。江垭水电站动态调度控制线见图3。

图3 2020年江垭水库动态调度过程线

江垭水库严格服从省防指的调度指令，自7月3日15时开始泄洪，先后进行了14次泄洪量调整，腾出足够库容迎接可能的新一轮降雨，在主汛期通过预泄方式，总共调节泄洪水量为13.19亿m3，为防范可能发生的超标型洪水预留防洪库容。详细调度工程如表4所示。

表4 2020年江垭水库调度过程

3.2 典型洪水案例分析（0702号洪水）

3.2.1 雨 情

受副高摆动及中低层切变的共同影响，江垭水库流域于7月2日2时开始降雨，7月4日22时基本结束。流域平均降雨量为113 mm，降雨较为集中，最大单站累计降雨量为人潮溪站128.5 mm，最大日降雨量为56.6 mm，单站最大单小时降雨量为氽湖的71.5 mm，单站最大24 h降雨量为人潮溪的128.5 mm。见表5、图4。

图4 降雨过程线

表5 0702号洪水降雨统计表

3.2.2 洪水特点

本次降雨区域比较集中，降雨强度大，洪水涨落速度快。于2日14时出现了最大洪峰流量5 100 m3/s。造成本次洪水的原因分析如下：

降雨强度大，降雨比较集中；因前期连续强降雨，土壤含水率较高，所以本次洪水产流率较高，并且因上游江坪河电站超汛限水位开闸泄洪，最大泄量为950 m3/s，导致江垭电站洪峰较大，来水较多。

3.2.3 洪水调度

本次洪水自7月2日2时开始起涨，起调水位212.21 m，初始入库流量876 m3/s，于7月2日14时出现洪峰5 100 m3/s，1日洪量1.582 7亿m3，3日洪量3.827 9亿m3，最高库水位为218.11 m，上游水位涨幅达5.90 m。本次洪水过程中，江垭水电站坚决服从省防指的调度，于7月3日15时开闸泄洪，总出库流量（含发电流量）1 000 m3/s控制。并在7月4日12时加大泄量，总出库流量（含发电流量）1 700 m3/s控制。在此次洪水调度过程中，江垭水电站为下游共拦蓄水量1.356 7亿m3。本次洪水过程削峰2715 m3/s，削峰率为81.75%，在下游慈利县发生强降雨的情况下保证了下游的安全。见表6、图5。

表6 0702号洪水过程特征值

图5 洪水调度过程线

3.2.4 洪水调度小结

在0702号洪水过程中，江垭水库迎来5 100 m3/s的洪峰，此时，下游澧水石门站已出现6 000 m3/s的洪峰，如果江垭水库不拦洪错峰，石门站流量将叠加至12 000 m3/s，石门县城可能进水受淹。在这紧急时刻，江垭水库服从省防指调度令，和皂市水库联合削减上游洪峰流量7 000 m3/s，保石门县城安然无恙。直到下游险情缓和后，在省防指的统一调度下，江垭水电站于7月3日15时开启闸门，按下泄流量1 000 m3/s进行控制。

3.3 水库调度成效

1）与其他防洪水库一起，保洞庭湖区波澜不惊。2020年汛期多轮强降雨轮番席卷三湘，尤其是澧水流域降雨量为近年来之最。洞庭湖区连续超警戒水位，尤其是城陵矶站，连续60天处于警戒水位32.5 m以上，防汛形势一度非常紧张。在下游压力最大的时候，江垭水库服从省防指的调令，在已超汛限水位的情况下，从大局出发，服从整体利益，分别于2020年7月18日17时、7月28日0时关闸停机，为下游错峰，停机时长达196 h。

2）保石门县城不超警戒水位。6月中旬至7月上旬，江垭水库7次为下游拦洪错峰，与皂市水库联合调度，极大削减了三江口洪峰流量，避免了下游石门站流量超12000 m3/s以上。见图6。

图6 江垭站拦蓄与否与石门水文站流量对比图

3）超蓄保水供电。截止8月1日江垭水库拦蓄尾洪8.08亿m3，可为湖南电网迎峰度夏提供优质电能9 700万kW·h，并为后期抗旱工作和生态用水提供有力的保障。

4 经验及建议

1）服从防洪整体利益。在下游洞庭湖全面告警时，已超汛限水位，顶住上游洪水压力，服从省防指统一调度，减小甚至无出库，使洞庭湖区平稳渡洪。

2）积极与电力系统沟通协调。为充分利用水量，根据气象台的预报，与电力公司积极沟通，通过加大出力的方式在主汛期到来之前提前腾库。在洪水来临时，电力公司给与了大力支持，保证在洪水期间机组退出AGC，稳定带基荷满发运行长达33天（其余时间为洞庭湖错峰，0出库），既保证了尽快将水位削落下去，又提供了优质电能。

3）充分利用气象预报手段。与气象部门建立了长期服务关系，汛期由气象部门对水库流域范围提供准确的短期、中长期天气预报，对指导水库科学调度提供重要科学依据。在2021年主汛期遇有较大洪水过程时，与气象台沟通联系，提前腾库。在下游遇到洪峰时，根据气象预报，适时为下游削减洪峰。

4）联合调度成效突出。江垭水库的防洪任务主要是提高澧水下游慈利、石门、临澧、澧县、津市、安乡、松澧平原等地区的防洪标准，其次是代替洞庭湖区部分蓄洪垦殖区的蓄洪任务，江垭水库单库的防洪目标是将建库前澧水尾闾地区4～7年一遇的防洪标准，提高到17～20年一遇。与皂市水库联合运行，防洪能力达到30年一遇[9]。2021年汛期，与皂市水库联合调度最大削峰7 000 m3/s，削峰率54%，防洪效益显著。根据澧水流域规划，若再加上宜冲桥水库，可将防洪能力提高到50年一遇。

5）江垭水库上游江坪河水库坝址以上控制流域面积2 140 km2，占溇水流域总面积的39.6%，占江垭坝址以上流域面积的57.7%，江垭水库一半以上的入库水量来自江坪河电站的出库水量。现今，上游江坪河水电站已建成蓄水发电，江垭原有的防洪因素发生了很大的变化，应加强与上游水库联系，建立联合调度关系，尤其是预报后期有明显洪水过程的情况下及时与上游沟通，增强本站洪水预报的准确性。同时，建议对江垭电站进行分期洪水分析研究，进一步细分主汛期控制水位，可考虑提高汛限水位，争取枢纽工程效益最大化。