2018年汛期黄河水沙调度实践
2019-10-21魏军任伟杨会颖孔纯胜
魏军 任伟 杨会颖 孔纯胜
摘要：2018年汛期黄河流域暴雨过程频繁，中雨以上降水过程出现21次，上游出现3次编号洪水，洪水水量大、持续时间长，中下游干流也发生较长时间大流量过程。面对洪水，黄河上中游水库进行联合防洪调度和水沙调控，充分发挥拦洪削峰错峰作用，合理利用水库河道排沙输沙，取得了显著的防洪减灾减淤成效和洪水资源利用效果。对2018年汛期雨水情、洪水调度、水库河道冲淤和调度效果等进行了分析，取得的主要认识有：①扎实准备、超前部署、精准预报、科学决策、团结协作，为本次防汛提供了保证;②水沙调控理论和实践得到了丰富和发展，首次实现了全河层面的水沙联合调控;③黄河水沙调控体系亟待完善，建议加快黄河中游古贤水库上马步伐，实现黄河水沙资源综合利用，確保黄河防洪安全。
关键词：实践;水沙调度;汛期;黄河;2018年
中图分类号：TV697.I;TV882.1
文献标志码：A
doi：10. 3969/j .issn. 1000- 1379.2019.05.001
2018年汛期（7-10月），黄河流域暴雨过程频繁，强降雨落区重叠度高、极端性强，黄河上中游洪水齐发，上、中、下游河道洪水洪量较大，持续时间较长，防汛抗洪形势一度全线紧张。面对严峻复杂的汛情，黄河防总办公室积极主动应对，科学实施水库联合防洪调度和水沙调控，夺取了防汛抗洪胜利，并取得了显著的减淤成效和洪水资源利用效益。本文对2018年汛期水沙特点和水沙调度实践进行了总结，以期深化对黄河水沙规律的认识。
1 天气及降雨情况
2018年6月中旬至9月，西风带巴尔喀什湖到贝加尔湖之间多西风槽活动，西太平洋副热带高压（简称副高）异常偏强，脊线偏北、西伸脊点异常偏西，低纬地区印缅槽活跃，在西风槽、副高及印缅槽等天气系统的共同作用下，偏南暖湿气流与西风带冷空气在黄河上中游地区频繁遭遇，造成黄河上游唐乃亥以上持续降水及上中游降水量较常年同期均值偏大。
2018年汛期黄河流域暴雨过程频繁，平均降水量为385.2 mm，较常年平均值（310.6 mm）偏大24%，中雨以上降水过程共21次。各区间与常年相比，强降雨落区重叠度高、极端性强，上游降水量显著偏大，其中兰州以上与兰托区间（兰州一托克托区间）分别偏大50%、100%;中游以山陕区间北部偏大56%最为明显，泾渭洛河及山陕区间南部偏大20%左右。全流域平均降水量呈现前期偏大、后期偏小的特点，其中7-9月降水量均偏大，特别以7月偏大56%最为明显。2洪水
2018年汛期黄河上游来水明显偏大，共出现3次编号洪水，兰托区间多条支流出现建站以来最大流量。黄河中游山陕区间、泾渭河及黄河下游大汶河也发生洪水。为应对渭河洪水和上游来水，三门峡、小浪底水库实施防洪运用，在黄河下游形成明显的水沙过程。主要洪水过程如下。
（1）黄河2018年第1号洪水。受6月12日-7月11日持续降雨影响，黄河河源区干支流持续涨水.7月8日11时唐乃亥站流量涨至2 500 m3/s.形成黄河2018年第1号洪水。本次洪水，唐乃亥站次洪水量为74.8亿m3.洪峰流量为3 440 m3/s，与2012年最大值持平，同为1989年以来最大流量，列1955年建站以来第6位。受上游水库拦蓄和河道引水影响，洪水演进至宁蒙河段时洪峰流量为2 000 m3/s左右。上游主要站洪水过程见图1。
（2）黄河2018年第2号洪水。受7月22-23日刘兰区间（刘家峡一兰州区间）强降雨影响，区间来水量猛增，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。本次洪水兰州站次洪水量为3.05亿m3。上游主要站洪水过程见图1。
（3）黄河2018年第3号洪水。由于河源区持续来水及龙刘区间（龙羊峡一刘家峡区间）、刘兰区间加水较多.9月20日2时18分兰州站流量为3 200 m3/s.形成黄河2018年第3号洪水，26日23时洪峰流量为3 590 m3/s。本次洪水历时87 d，兰州站总水量为191亿m3。洪水向下游演进，兰托区间出现了人汛以来最大洪水过程。其中：下河沿站洪峰流量为3 540 m3/s，为1989年以来最大流量;石嘴山、巴彦高勒、三湖河口站最大流量分别为3 500、3 020、3 060m3/s，均为1985年以来最大洪水：包头站最大流量为3 140 m3/s.头道拐站最大流量为2 900 m3/s，为该两站2012年以来最大洪水。上游主要站洪水过程见图2。
（4）渭河7月中旬洪水。受7月10-11日强降雨影响，泾渭河流域干支流普遍涨水。渭河林家村水文站11日14时30分洪峰流量为2 390 m3/s.支流千河千阳站洪峰流量为1 340 m3/s。干支流洪水汇合后，渭河魏家堡站11日18时洪峰流量为4 290 m3/s;咸阳站12日10时42分洪峰流量为4 210 m3/s.为2003年以来最大流量。泾、渭河洪水汇合后，渭河临潼站12日23时洪峰流量为4 500 m3/s，经漫滩削减后，华县站14日2时洪峰流量为3 400 m3/s.本次洪水华县站总水量为7. 89亿m3。渭河洪水与黄河北干流、北洛河等来水汇合后，黄河潼关站14日17时出现流量为4 620 m3/s的洪峰，为该站2018年最大流量。本次洪水主要站流量过程线见图3。
（5）黄河下游干流洪水。为应对渭河洪水和上游来水，三门峡、小浪底两库进行防洪运用，黄河下游形成明显的水沙过程。本次防洪运用洪水持续104 d，花园口站最大流量为4 360 m3/s.最大含沙量为83.6 kg/ m3;孙口站最大流量为3 810 m3/s，最大含沙量为49.2 kg/ m3;利津站最大流量为3 650 m3/s，最大含沙量为47.7 kg/ m3。
3 径流输沙
2018年黄河流域主要来水区（站）来水594.0亿m3，较多年均值偏大28%，为1989年以来最大水量。其中，7-10月黃河流域来水375.8亿m3，占全年来水的63%.较多年均值偏大36%.为1983年以来汛期最大水量。
2018年汛期，上游干流各站实测水沙量与多年均值相比均偏大。唐乃亥站汛期径流量为188.4亿m3（见表1），较多年均值偏大57%，为1989年以来最大水量;输沙量为0.18亿t，较多年均值偏大96.4%。兰州站径流量为250.5亿m3，较多年均值偏大49%，为1981年以来最大水量;输沙量为0.91亿t，较多年均值偏大49.4%。整个汛期，唐乃亥站流量在2 000 m3/s以上天数达47 d：兰州站流量在3 000 m3/s以上天数达30 d.流量在2 000 m3/s以上天数达84 d：头道拐站流量在2 000 m3/s以上天数达63 d。
中游干流各站实测来水量较多年均值偏大，吴堡站以下河段来沙量较多年均值偏小。黄河潼关站径流量为265.7亿m3，较多年均值偏大48.10%.为1984年以来最大水量;输沙量为3.42亿t，较多年均值偏小55%。渭河华县站径流量为43.7亿m3，较多年均值偏小3.6%;输沙量为0.90亿t，较多年均值偏小69.3%。
受黄河上游来水及三门峡、小浪底两库防洪运用影响.2018年汛期黄河下游各站径流量均较多年均值偏大，来沙量均偏小。花园口站径流量为232.9亿m3、较多年均值偏大15.3%，输沙量为3.33亿t、较多年均值偏小53.0%;利津站径流量为203.4亿m3、较多年均值偏大13.1%，输沙量为2.63亿t、较多年均值偏小54.4%。花园口、高村和利津3站流量在3 000 m3/s以上天数分别为39、31、21 d，流量在2 000 m3/s以上天数分别为64、60、54 d。
4 水库河道冲淤
4.1 水库冲淤
2018年汛期，万家寨水库发生了全程冲刷，累计出库沙量为1.91亿t，库区冲刷量为1.52亿t，排沙比为492%，水库冲刷部位主体位于距坝40 km以下;龙口水库出库沙量为2.41亿t.库区冲刷量为0.50亿t，排沙比为126%。
三门峡水库2018年汛期进出库泥沙分别为2.42亿t（潼关站）、4.84亿t，潼关以下汛期冲刷泥沙1.42亿t，排沙比为141%。三门峡水库冲刷主要集中在7月，冲刷量为1.09亿t，排沙比为263%。
小浪底水库2018年汛期累计进出库沙量分别为4.84亿、4.66亿t，水库总体微淤，淤积0.18亿t（断面法计算的淤积量为1.56亿m3）。其中：7月冲刷2.42亿t，8-10月淤积2.61亿t。出库含沙量为历年最大，其中排沙洞含沙量为857.2 kg/m3，过机含沙量为70.5kg/m3，小浪底水文站断面含沙量为369 kg/m3。库区淤积三角洲顶点由汛前的距坝16.39 km向坝前推进了8.65 km，三角洲顶点高程降低了8.49 m。小浪底水库汛期纵剖面变化见图4。
4.2 河道冲淤情况
（1）黄河上游。考虑干流来沙及引水引沙（引沙量按河道水量和上下水文站平均含沙量匡算，未考虑支流及区间来沙、水库排沙、风沙的影响）进行河道冲淤计算，受海勃湾水库运用影响，2018年汛期宁蒙河道总体淤积泥沙0.31亿t。青铜峡一巴彦高勒河段有所淤积（主要是海勃湾水库库区淤积），其余河段总体冲刷。其中：青铜峡一巴彦高勒河段淤积1.00亿t;下河沿一青铜峡、巴彦高勒一三湖河口、三湖河口一包头河段分别冲刷0.23亿、0.46亿、0.15亿t。内蒙古河段干流各控制站洪水前后流量为2 000 m3/s时的同流量水位均表现为下降，下降较多的巴彦高勒、三湖河口站分别下降0.71、0.47 m。宁夏河段基本没有变化。
（2）黄河中游。中游府谷河段在龙口水库排沙期间发生淤积，排沙结束后开始冲刷恢复，总体变化不大;吴堡河段河道断面形态较为稳定，相比汛前有所淤积;龙门河段呈现冲刷，龙门站断面最大冲刷深度为2.49 m;小北干流河段汛期淤积0.15亿m3。
（3）黄河下游。按输沙率法计算，2018年汛期进入下游的沙量为4. 66亿t（小浪底站），人海沙量为2.63亿t（利津站）。考虑区间引沙量（0.39亿t），小浪底一利津河段总体淤积1.64亿t[l]。淤积主要集中在花园口以上和花园口一夹河滩河段，分别为1. 33亿、0.43亿t。根据断面法计算成果，黄河下游总体发生冲刷（与输沙率法测验指标和方法不同，两者结果差别较大），冲刷量为0.21亿m3。从冲淤量的沿程分布看，夹河滩以上发生淤积，夹河滩以下发生冲刷。夹河滩以下河段冲刷相对均匀，其中夹河滩一高村河段冲刷量最大，为0.21亿m3。黄河下游河道主槽最低过流能力得到维持。
5 水沙调度过程
2018年汛期，黄河干支流多次发生洪水，上游先后发生3次编号洪水。面对日趋严峻的汛情，黄河防总综合考虑黄河流域汛情和未来天气形势发展，明确“一高一低”洪水防御水库调度运用思路，以“统筹兼顾，泄蓄兼筹，科学调度，全力防控，确保安全”为原则，最大限度兼顾河道安全和水库河道减淤，首次实施了上中游水库群联合防洪和全河层面的水沙联合调控。黄河防总有效利用龙羊峡水库防洪库容大的优势，实施龙羊峡、刘家峡水库联合拦洪蓄洪削峰，控制库水位分阶段逐步抬高，两水库最大下泄流量分别为1 500、1 800 m3/s.确保水库下游河道安全：小浪底水库在洪水到来前，提前于7月4日降低水位预泄排沙，腾库迎洪，拦洪削峰错峰，期间最大下泄流量为3 800m3/s，洪水过后保持低水位运行，尽可能多排沙多输沙，并为应对大洪水预留更多防洪库容。三门峡水库于7月4日起提前敞泄，海勃湾、万家寨水库根据水情变化，配合预泄调洪排沙，确保下游河道防洪安全，并接力补水，为小浪底异重流排沙提供动力，实现了水库河道减淤。
进入9月，上游及区间来水量持续偏大，龙羊峡和刘家峡水库均超汛限水位，防洪库容剩余不多，区间水库水电站调节库容有限，保水库兼顾河道安全压力骤增。黄河防总办公室统筹考虑，滚动分析，果断决策，蓄泄兼筹，精准调度，逐步把龙羊峡和刘家峡水库下泄流量分别加大至2 000、2 900 m3/s.控制了两库水位上涨速度。9月20日，黄河2018年第3号洪水形成，防洪压力再增，且距黄河凌汛已不足两个月，防洪防凌调度面临艰难决择。黄河防总组织现场查勘，会商研究，科学决策，及时加大刘家峡水库下泄流量至3 100 m3/s.有效降低了刘家峡水库水位，为上游防洪打开了局面。万家寨水库于9月实施了第2次排沙运用，三门峡、小浪底水库按汛期正常运用。
10月，随着来水量逐渐减少，根据年度防凌预案确定的封河流量，结合防凌要求，刘家峡水库逐步降低库水位向防凌调度运用过渡。其他水库按批复的汛期调度运用计划，逐步减小下泄流量向水库正常蓄水位过渡，为后期储备了充足的水源。
6 调度效益
（1）拦洪蓄洪。上游龙羊峡、刘家峡水库联合防洪运用拦洪蓄洪，将唐乃亥水文站3 440 m3/s的洪峰流量削减为出库流量1 500 m3/s.削峰率为56%。刘家峡水库拦洪削峰，将入库洪峰流量4 190 m3/s削减为出库流量1 800 m3/s，削峰率为57%，使洪水流量在青海、甘肃、宁夏、内蒙古河段均未超过河道安全过洪流量。
中游经小浪底、西霞院水库防洪运用（期间三门峡水库泄空后按进出库平衡运用）.将潼关站洪峰流量4 620 m3/s削减为小浪底站最大流量2 800 m3/s，削峰率为39%。下游花园口站流量基本控制在4 000m3/s左右，使下游各河段流量均未超过河道最小漫滩流量，确保了河道行洪安全和下游滩区安全。
（2）洪水资源利用。面对2018年黄河上游持续来水偏大的特殊汛情，在确保防洪安全的前提下，充分利用龙羊峡、刘家峡水库防洪库容，适度承担风险，分阶段、有计划拦洪蓄洪，最大限度储备水资源。龙羊峡、刘家峡、小浪底等干支流10座大型水库汛末总蓄水量为353.01亿m3，较汛初多蓄106.77亿m3，其中龙羊峡水库自1986年建成投运以来首次达到正常蓄水位2 600 m（ll月5日9时），为沿黄工农业用水、引黄调水和生态用水储备了充足水源。
（3）枢纽发电。在防洪调度过程中，统筹干流水库发电泄流能力，在确保防洪安全和水资源安全的前提下，通过延长上游龙羊峡、刘家峡水库泄洪时间，适时调整万家寨、三门峡、小浪底、西霞院等水库运用水位，为水库发电创造有利条件，支持流域经济社会发展。据统计，2018年1-12月，龙羊峡、刘家峡、万家寨（含龙口）、三门峡、小浪底（含西霞院）水库累计发电323.1亿kW.h.为历年同期发电量均值的1.6倍，其中龙羊峡、刘家峡、三门峡水库发电量均创历史新高。
7 主要认识
（1）扎实准备、超前部署、精准预报、科学决策、团结协作，为防汛成功提供了保证。在2018年汛前准备中，黄河防总办公室除开展56项常规防汛准备工作外，还打造了16项防汛准备工作加强版，为成功应对2018年洪水打下了坚实基础。汛期黄委領导靠前指挥、超前部署、科学决策，黄河防总办公室精心组织、滚动分析情报、实时调度，水文部门全程跟踪洪水演进、滚动预测、准确预报;防总办公室各成员单位强化应急值守，加强工程巡查防守，全力做好险情抢护;沿黄各省（区）防指各司其职、各负其责、通力合作、主动协调，为确保防汛成功提供了根本保证。
（2）水沙调控理论和实践得到丰富发展。2018年是多年不遇的丰水年，在水文情势分析预判的基础上，黄委党组准确进行战略谋划，抓住有利时机，果断科学决策，通过上游龙羊峡、刘家峡、海勃湾水库以及中游万家寨、三门峡、小浪底水库等水库群的科学调度，首次实现了全河层面的水沙联合调控，进一步丰富和发展了黄河调水调沙理论，为今后全河水沙联合调控积累了宝贵经验[1]。
（3）黄河水沙调控体系亟待完善。当前黄河中下游水沙调控骨干工程仅有三门峡、小浪底等少数工程，中游缺乏关键性调控工程，水库及下游联合水沙调控无法提前谋划、主动实施，也无法与上游水库群实现水沙有机衔接。建议加快黄河中游古贤水库上马步伐，完善黄河中游水沙调控体系，实现黄河水沙资源综合利用，确保黄河防洪安全。
参考文献：
[1] 黄河防汛抗旱总指挥部办公室.2018年汛期黄河洪水技术总结[R].郑州：黄河防汛抗旱总指挥部办公室，2018：1-140.
【责任编辑翟戌亮】
