2021年丹江口水库防洪与蓄水

2022-03-24陈桂亚

中国水利 2022年5期

陈桂亚，郑静，张潇

（1.水利部长江水利委员会，430010，武汉；2.水利部长江水利委员会水旱灾害防御局，430010，武汉；3.水利部长江水利委员会水文局，430010，武汉）

2021年秋季，汉江流域发生超20年一遇大洪水，期间降水过程频繁，洪水峰高、量大、持续时间长。水利部长江水利委员会强化 “四预”措施，主动担当作为，会同陕西、湖北、河南等有关省份科学调度汉江干支流水库群，成功应对了汉江超长超强秋汛，并于10月10 日14 时实现了丹江口水库首次蓄水至正常蓄水位170 m，夺取了秋汛防御与汛后蓄水双胜利，为保障南水北调中线工程和汉江中下游供水打下了坚实的基础，也为丹江口枢纽工程整体竣工验收创造了有利条件。

一、2021年汉江秋汛雨情、水情特点

1.雨情特点

2021年汉江秋雨开始时间早、雨量异常偏多、雨区重叠度高、过程频繁且极端性强。此次秋雨开始时间较常年（9月9 日）明显偏早。8月下旬—10月上旬，汉江上游雨量536 mm，较常年偏多1.7 倍，列1960年以来历史同期第1 位。2021年秋汛期，汉江流域51 天共发生9 次降雨过程，累计雨量超过300 mm 的面积近10 万km2。

2.水情特点

洪水持续时间长、洪量大、过程多；洪水组成以上游来水为主，支流白河鸭河口水库发生超历史洪水。秋汛期间，汉江上游丹江口水库连续发生7 次入库流量超过10000 m3/s 的较大洪水过程，其中3 次入库洪峰流量超过20000 m3/s，最大入库洪峰流量达24900 m3/s，为2013年丹江口大坝加高以来之最；秋汛期间（8月21日—10月10 日）入库水量344.7 亿m3，为1969年建库以来历史同期第1 位。上游来水占中游控制站皇庄站洪水的75%。9月25 日中游支流白河上游鸭河口水库发生了入库洪峰18500 m3/s的超历史洪水。经过汉江上中游丹江口等水库拦洪削峰错峰后，中下游干流主要控制站仍发生超警洪水，各站洪峰水位列有实测记录以来同期最高水位第5～7 位，累计超警时长9～26 天。

二、丹江口水库防洪与蓄水保障措施

1.积极开展调度演练

汛前，水利部组织长江委开展了2021年长江流域防洪调度演练，以汉江“83·10”洪水为背景，结合汉江流域防洪工程体系现状，充分演练了汉江“83·10”洪水调度过程中的关键决策过程，包括汉江流域控制性水库群联合调度、中下游河道堤防防守、蓄滞洪区和分洪民垸分蓄洪运用等，涵盖预报、调度、会商、协调、决策、指挥等各个环节，检验了汉江流域水库群、分蓄洪措施联合调度运用的协同效果，达到了检验方案、查找问题、锻炼队伍、提高防洪调度和决策指挥能力的目的。

2.优化调度方案预案

为充分挖掘丹江口水库综合利用效益，进一步提升南水北调中线工程供水保障率，按照水利部总体部署和工作要求，长江委自2020年汛前起组织开展了丹江口水利枢纽优化调度方案研究工作，《丹江口水库优化调度方案（2020年度）》和《丹江口水库优化调度方案（2021年度）》（简称《方案》）均获水利部批复。《方案》科学论证了丹江口水库汛前水位消落、汛期运行水位动态控制和汛末提前蓄水等不同时段水位优化控制策略，提出了较为协调衔接的全汛期运行水位动态控制方案，并在2021年汉江秋汛洪水防御中得到了有效应用。汛末，在确保流域防洪安全的前提下，统筹兴利与除害，科学论证蓄水风险，编制了《丹江口水库2021年度提前蓄水计划》并报水利部同意，结合蓄水期来水预测提出了9月末控蓄水位的不同方案。

3.强化监测预报预警

秋汛期间，为全面掌握洪水时空变化过程，保护库区和中下游临水地带人民生命财产安全，长江委持续强化洪水监测预报预警工作，及时加密沿线水面线观测断面，实现丹江口库尾及中下游高洪水面线全过程监测；统筹安排汉江沿线委属测站施测1000 余次，发送水雨情数据30 万余条；滚动发布汉江预报55 期、各类分析材料72 期、洪水预警21 次，及时推送水雨情实况、预报预警等各类短信1.8 万余条。从7 次洪水过程的预报情况来看，总体提前10～12 天掌握降雨过程，提前5～10 天较准确地预报出降雨落区、过程雨量，初步给定洪水量级，提前1～3 天较为准确预测洪峰量级及洪水过程，其中24～48小时洪峰预报相对误差均值在10%左右。

4.科学精准实施调度

2021年主汛期，长江委统筹考虑汉江上下游防洪需求，结合预测预报情况，以优化调度方案为技术支撑，科学精准调度丹江口水库拦洪削峰错峰，7月末至10月上旬共下达调度指令53 次，有效应对汉江秋汛多次较大洪水过程。主汛前，水库于6月14 日消落至最低水位159.09 m；7月中旬至8月中旬实施汛期运行水位动态控制，水库持续维持161.5 m 左右水位运行；8月下旬开始，多场秋季洪水过程连续发生，长江委坚持滚动会商，秋汛防御期间共召开防汛会商会议97 次，汛情紧张时每日3 次，精准研判流域汛情发展态势，持续优化以丹江口为核心的汉江流域水工程联合调度方案，及时发出科学调度指令，有力保障了汉江秋汛防御及丹江口水库蓄水安全。

5.加强工程安全监测

为做好丹江口水库蓄水工作，长江委会同湖北省、河南省水利厅协调地方政府完成丹江口水库库区清理和防洪安全管理工作，组织委属水库管理单位持续做好库区岸坡稳定安全监测巡查，落实地质灾害防治安全责任制。9月7 日起统筹安排委属单位3800 余人次每日开展大坝安全监测巡查、水质监测、库区巡查监测，编报《丹江口水库安全监测巡查日报》，并组织专家在后方每日进行安全评估。监测巡查和评估结果表明，大坝整体稳定，坝体应力及变形可控，新老混凝土接合良好，左右岸土石坝工作性态正常，库区地质灾害监测未发现重大异常情况，库区土地征收线下人员全部搬出；汛期水质监测指标总体符合Ⅱ类及以上水质标准。

三、丹江口水库的调度过程与效益

丹江口水库大坝加高后，后期规模水库正常蓄水位为170 m，作为多年调节水库，丹江口水库多年平均蓄满率约为11%，在丹江口大坝加高工程通过蓄水验收之后，仅2017年最高蓄水至167 m。研究表明，若要实现丹江口水库蓄满，需在控制防洪风险的前提下，抓住汛末来水时机，充分利用洪水资源，这对实时调度提出了更高的要求。

1.调度过程分析

2021年8月6 日至10月10 日，根据洪水发展过程，整个调度过程可分为七个阶段（图1）：

图1 丹江口水库2021年秋汛期间调度过程

第一阶段（8月6 日—8月18 日），丹江口水库最大入库流量7320 m3/s（8月13 日），出库流量维持在1800 m3/s左右，削峰率75%，库水位逐步向秋汛期汛限水位163.5 m 过渡。

第二阶段（8月19 日—8月25日），汉江上游多条支流发生超警戒及以上洪水，汉江下游发生超警戒洪水。丹江口水库最大入库流量14400 m3/s（8月23 日），以中游控制性水文站皇庄站流量在9000 m3/s 左右为目标进行补偿调度，削峰率46%，调洪高水位164.09 m（8月25 日）。

第三阶段（8月26 日—9月7 日），丹江口水库连续发生3 次超10000 m3/s涨水过程，最大入库洪峰23400 m3/s（8月30 日）。本阶段丹江口水库以皇庄站流量不超12000 m3/s 为目标实施补偿调度，出库流量由5800 m3/s（8月29 日）逐步加大至约10100 m3/s（9月7 日），9月8 日调洪高水位167.46 m，突破了2017年历史最高水位167.00 m。汉江中游丹皇区间发生4500 m3/s 左右涨水，受上游及区间来水影响，中下游干流水位在上一阶段的基础上继续上涨，主要控制站水位相继超警。

第四阶段（9月8 日—9月12 日），汉江流域降雨间歇，中下游主要控制站水位陆续退出警戒，丹江口水库水位退至167.2 m 左右后，于9月12 日15 时关闭泄洪闸门。

第五阶段（9月13 日—9月22 日），汉江上游2 次强降雨过程引发多条支流洪水，丹江口水库入库洪峰22800 m3/s（9月19 日），期间丹江口水库逐级加大出库流量至7800 m3/s 左右，皇庄站流量在9000 m3/s 左右，9月20 日出现调洪高水位168.25 m，中下游干流主要控制站水位返涨并接近警戒水位。

第六阶段（9月23 日—10月2 日），汉江再次发生强降雨过程，过程累计雨量超100 mm 的面积达5.7 万km2，丹江口水库出现大坝加高以来最大入库洪峰流量24900 m3/s（9月29 日），控制最大出库流量11100 m3/s，削峰率55%，最高调洪水位169.63 m（9月30日），中下游主要站水位复涨并再次超警；鸭河口水库发生超历史特大洪水，9月25 日，最大入库流量18200 m3/s（历史最大入库流量为1975年8月的11700 m3/s），最大出库流量5000 m3/s，最高库水位179.91 m （设计洪水位179.84 m）。

第七阶段（10月3 日—10月10日），受移动性降雨过程影响，丹江口水库再次发生10000 m3/s 量级洪水过程，库水位回落至168.99 m 后开始拦洪，10月10 日14 时库水位蓄至正常蓄水位170 m，为2013年大坝加高后首次蓄满；受水库拦蓄影响，10月4日，汉江中下游主要站点水位全部退至警戒水位以下。至此，汉江秋汛防御和丹江口水库汛后蓄水取得双胜利。

2.调度效益分析

2021年秋汛期间，丹江口水库在防洪、供水、发电、生态等方面发挥了巨大综合效益。丹江口水库蓄水至正常蓄水位170 m，对于全面发挥丹江口水利枢纽的综合利用效益具有十分重要的意义。

（1）防洪效益

丹江口水库的核心骨干防洪作用得到充分体现。通过对7 次10000 m3/s以上量级洪水的调度，丹江口水库累计拦蓄洪水近100 亿m3，前6 次洪水（入库洪峰流量14400～24900 m3/s）削峰率达46%～71%，有效降低汉江中下游干流水位1.5～3.5 m，避免了皇庄站以下河段超保证水位和杜家台蓄滞洪区运用，取得了巨大防洪减灾效益。

（2）供水效益

南水北调中线工程输水、供水及汉江中下游供水得到了充分保障。2020—2021 供水年度，陶岔渠首供水90.54 亿m3（含生态补水19.83 亿m3），创南水北调中线工程通水以来新高，完成年度计划的112%，有效发挥了南水北调中线一期工程的社会效益、经济效益、生态效益。清泉沟渠首供水11.87 亿m3，完成年度计划的135%。丹江口水库实现170 m 满蓄，为南水北调中线工程首次实现多年平均调水95 亿m3的目标提供坚实基础，有力提高京津冀豫地区供水保证率，同时也有效增加汉江中下游供水量，有力保障河道内外用水。

（3）发电效益

丹江口水利枢纽发电效益得到了显著提升。2021年，丹江口水利枢纽电厂累计发电57.48 亿kWh，创下自1968年首台机组投产发电以来的历史新高。据统计，自投产发电以来，丹江口水利枢纽累计发电1903.4 亿kWh，相当于节约标煤5853 万t，减少二氧化碳排放15819 万t，为实现“双碳”目标、保卫蓝天碧水作出了重要贡献。

（4）生态效益

丹江口水利枢纽发挥了重要的生态效益。2021年，丹江口水利枢纽相继实施了应对汉江中下游水华应急调度、丹江口—王甫洲库区生态调度试验，有效保障了沿线近40 万人的供水安全，改善了汉江中下游水生态环境；2020—2021年度，南水北调中线工程向北方50 余条河流生态补水19.89 亿m3，是水利部下达计划（5.8 亿m3）的3 倍多。沿线地区特别是华北地区的洼、淀、河、渠、湿地等生态环境得到有效改善。丹江口水库蓄水至170 m，可有效增加下年度的生态补水量，这对改善汉江中下游水生态环境、维护受水区河流健康生命、满足人民群众对优质水源和优美生态环境需要具有重要作用。

四、经验与启示

1.坚强的组织领导是做好防洪与蓄水的基本前提

党中央、国务院高度重视水旱灾害防御工作，水利部多次召开专题会商会部署安排丹江口水利枢纽防洪与蓄水工作。在水利部的坚强领导下，在水利部门、电力部门、水库管理单位和流域各地的大力支持下，长江委统筹考虑防洪、供水、蓄水需求，在保障防洪安全的前提下，迅速抓住汛末来水的有利时机，充分利用洪水资源，科学精细精准调度丹江口水库蓄至正常蓄水位170 m。

2.强化“四预”措施是做好防洪与蓄水的重要支撑

坚持防住为王、“预” 字当先、“实”字托底，锚定“四不”目标，强化“四预”措施，贯通“四情”防御，以流域为单元，统筹做好防洪与蓄水。加强测站自动监测系统的管理，完善汉江流域报汛站网，密切监视流域水雨情变化；加强多方会商分析研判，滚动预报，不断提升预报精度、延长预见期；完善洪水预警发布机制，及时发布洪水预警，拓展预警发布渠道，提升预警时效性和影响力；选取汉江 “83·10” 洪水为背景开展防洪调度演练，组织开展委管水库防洪应急抢险演练；编制完成《长江流域2021年度水工程联合调度计划》《丹江口水库优化调度方案（2021年度）》并获水利部批复。落实“四预”措施，为防洪与蓄水提供了重要的技术支撑。

3.加强水工程联合调度是做好防洪与蓄水的关键手段

强化水工程联合调度，实现协同作战、集团作战，做到联调联控、共同发力，科学、精细调控洪水。2021年秋汛期间，在7 次超10000 m3/s 量级洪水过程中，通过联合调度汉江上中游丹江口、石泉、安康、潘口、黄龙滩、鸭河口等水库，累计拦蓄洪量145 亿m3，其中丹江口水库拦洪近100 亿m3，有效控制汉江中下游水位不超保证水位，避免了杜家台蓄滞洪区及部分分洪民垸运用，缩短超警天数8～14 天，极大减轻了中下游防洪压力，防洪效益十分显著。同时，汛末汉江流域水库群均接近满库，为后续有效发挥供水、发电、航运、生态综合效益，特别是为南水北调中线供水提供了更加坚实有力的保障。

4.完善流域工程体系是做好防洪与蓄水的有效保障

秋汛防御期间丹江口水库泄洪胡文波摄

目前，汉江流域基本形成以堤防为基础，丹江口水库为骨干，其他干支流水库、杜家台蓄滞洪区、中游分蓄洪民垸、河道整治工程相配套的防洪工程体系，同时已初步形成以调蓄水库和引提水工程为主体的流域水资源配置体系。2021年，工程体系发挥了重要的防洪作用，有效保障了汉江中下游防洪安全。通过洪水资源化，加大供水力度，南水北调中线工程向北方供水量再创新高，充分发挥了中线工程的综合效益。