庞树森，孟庆社，杨雁飞，徐 涛，王由武

(1.三峡水利枢纽梯级调度通信中心，湖北 宜昌 443002； 2.智慧长江与水电科学湖北省重点实验室，湖北 宜昌 443002； 3.长江水利委员会 水文局，湖北 武汉 430010)

0 引 言

嘉陵江是长江流域面积最大的支流，嘉陵江、涪江、渠江扇形分布，流域降雨主要集中在5～10月，干支流洪水过程具有陡涨陡落的特点[1]。2021年长江上游发生明显的“秋汛”过程[2]，2021年10月3～6日，四川盆地东部发生持续性强降雨过程，降雨中心主要位于嘉陵江流域，涪江、嘉陵江干流普降大到暴雨，局地大暴雨。受其影响，重庆市境内嘉陵江、长江出现较大涨水过程，涪江小河坝站、嘉陵江磁器口站最高水位超警戒水位，形成2021年嘉陵江第3号编号洪水[3]。

此次降雨过程具有发生时间晚、来水量大、雨量充沛、分布集中的特点；洪水具有历时短、洪峰高、变幅大的特点。嘉陵江来水能够较快地传播至三峡库区。因洪水发生在10月上旬，三峡水库库水位已蓄水至168.5 m左右，水库高水位叠加寸滩为主的洪水，极易造成淹没库区土地征用线[4]，影响库区居民生活、生产安全。长江水利委员会(以下简称“长江委”)采取调度金沙江下游溪洛渡、向家坝水库拦洪，嘉陵江水库群联合运用，配合三峡水库加大出库流量等措施，有效避免了出现三峡库区土地淹没问题，防洪效益显著。

1 暴雨洪水概况

1.1 降雨概述

高原槽东移和西北太平洋副热带高压(简称“副高”)西伸北抬的共同作用影响，导致本轮降雨过程的发生。由于“副高”偏强、偏西且位置相对稳定，其西部和北部边缘源源不断输送的暖湿气流与高原槽东移带来的冷空气相交汇于华北黄淮一带，造成华西、华北、黄淮地区出现多次强降雨过程。2021年10月3日，嘉陵江干流上游出现大到暴雨；10月4日，岷江、沱江中到大雨，局部暴雨，涪江、嘉陵江干流大到暴雨，局部大暴雨；10月5日，嘉陵江干流大到暴雨，涪江、渠江小到中雨；10月6日，嘉陵江干流中到大雨，渠江大到暴雨。2021年10月3～6日各流域日面平均雨量见表1，累积降雨量分布见图1。

图1 长江上游累积降雨分布Fig.1 Distribution of accumulated rainfall in the upper reaches of Yangtze River

表1 嘉陵江流域各区间逐日面平均雨量统计Tab.1 Statistics of daily average rainfall in Jialing River Basin

1.2 洪水分析

1.2.1 洪水发展过程

2021年10月3～4日，涪江、嘉陵江干流发生明显涨水过程。10月5日09∶00，涪江小河坝站流量涨至4 220 m3/s；嘉陵江干流武胜站水位涨至218.61 m；北碚站水位涨至181.41 m。长江干流寸滩站流量18 100 m3/s，水位172.00 m，长江委发布嘉陵江干流武胜河段洪水橙色预警。

2021年10月5日17∶00涪江小河坝站水位涨至238.34 m，流量8 440 m3/s，达到嘉陵江洪水编号标准[5]，形成嘉陵江3号洪水。

涪江小河坝站2021年10月5日21∶25洪峰水位239.24 m(相应流量13 000 m3/s)，超警戒水位1.24 m；渠江罗渡溪站10月8日11∶00洪峰水位213.36 m(相应流量7 550 m3/s)；嘉陵江干流部分站点出现超警戒水位洪水，其中，武胜站10月6日22∶00 洪峰水位226.24 m(相应流量18 800 m3/s)，超警戒水位1.74 m，为1981年以来最大洪水；北碚站10月7日05∶00洪峰水位193.12 m(相应流量 24 700 m3/s)低于警戒水位1.38 m；磁器口站10月7日09∶20 洪峰水位181.46 m，超警戒水位0.46 m。

受嘉陵江来水影响，长江上游干流寸滩站水位于2021年10月5日12∶00开始上涨；10月8日15∶50，寸滩站洪峰水位178.17 m(相应流量 32 700 m3/s)，低于警戒水位2.33 m。主要控制站洪水洪峰要素见表2。

1.2.2 洪水组成

“嘉陵江2021年第3号洪水”形成与发展期间，嘉陵江流域出口控制站北碚站洪峰流量24 700 m3/s，本次洪水过程约为4 d。

嘉陵江流域出口控制站北碚站本次洪水次洪总量73.66亿m3，嘉陵江干流武胜站次洪总量为42.69亿m3，占北碚次洪总量的58.0%；涪江小河坝站、渠江罗渡溪站次洪总量分别为14.49亿，10.73亿m3，分别占北碚次洪总量的19.7%,14.5%；区间产流量为5.75亿m3，占比7.8%。由此可见，嘉陵江3号洪水中，以嘉陵江干流来水为主，而涪江、渠江来水次之。“嘉陵江2021年第3号洪水”洪量占比见表3。

表3 “嘉陵江2021年第3号洪水”洪量组成Tab.3 Flood volume composition of “No.3 Flood of Jialing River in 2021”

2 洪水调度过程

经长江委统筹协调，向家坝水库出库流量自2021年10月5日14∶00起由6 000 m3/s减至 4 000 m3/s(图2)，溪洛渡水库配合向家坝水库同步拦蓄洪水，减小向家坝入库水量(图3)；亭子口水库10月5日14∶00起将出库流量从15 000 m3/s逐步减至12 000 m3/s(图4)，宝珠寺等水库配合亭子口拦蓄，减小亭子口入库流量；三峡水库加大下泄流量，自10月5日14∶00起将出库流量由日均 22 500 m3/s增加至26 500 m3/s(含机组发电流量)，进一步降低三峡运行水位(图5)。考虑到下游沿嘉陵江江城区防洪压力，草街航电枢纽降低运行水位后，按保持出入库平衡直至敞泄方式运行，尽量降低沿嘉陵江城区洪水位。通过梯级水库群的联合调度，有效降低了重庆入境洪峰，避免了三峡库区出现土地淹没问题。

图2 向家坝水库调度运行过程Fig.2 Dispatch process of Xiangjiaba Reservoir

图3 溪洛渡水库调度运行过程Fig.3 Dispatch process of Xiluodu Reservoir

图4 亭子口水库调度运行过程Fig.4 Dispatch process of Tingzikou Reservoir

图5 三峡水库调度运行过程Fig.5 Dispatch process of Three Gorges Reservoir

3 防洪作用分析

3.1 还原分析

根据实际调度情况，岷江、沱江、乌江来水稳定，确定纳入还原分析的水库主要为金沙江下游溪洛渡水库、向家坝水库，嘉陵江宝珠寺水库、碧口水库、亭子口水库和草街水库。还原对象聚焦北碚、寸滩、三峡水库入库。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，进行沿程叠加演算[6-7]，得到北碚、寸滩、三峡水库入库还原流量过程。2021年10月1～10日北碚、寸滩、三峡水库还原与实况洪水过程对比见图6～8。

图6 嘉陵江北碚站实际流量与还原流量对比Fig.6 Comparison of actual flow and restoration flow in Beibei Station of Jialing River

图7 长江寸滩站实际流量与还原流量对比Fig.7 Comparison of actual flow and restoration flow in Cuntan Station of Yangtze River

图8 三峡水库入库实际流量 与还原流量对比Fig.8 Comparison of actual flow and restoration flow of Three Gorges Reservoir

在2021年嘉陵江第3号洪水防御过程中，长江、嘉陵江梯级水库群发挥了重要的防洪作用。溪洛渡、向家坝、亭子口及时降低出库流量，拦洪削峰错峰，降低洪峰流量[8-10]。草街水库、三峡水库加大出库流量提前预泄，降低运行水位，配合上游水库进一步降低了重庆主城段洪水位和三峡水库水位。通过联合调度宝珠寺、碧口、亭子口、草街等水库，合计拦蓄洪量约6.5亿m3，会同嘉陵江、涪江沿线航电枢纽滞蓄洪水，削减嘉陵江重庆段洪峰流量约3 000 m3/s；联合调度金沙江下游梯级溪洛渡、向家坝，合计拦蓄洪量约4.9亿m3，进一步减少上游来水；同时调度三峡水库加大出库流量提前预泄，降低运行水位。多种措施作用下削减寸滩江段洪峰流量约4 000 m3/s，降低寸滩洪峰水位约1.4 m，避免寸滩站超警戒水位。降低三峡水库入库洪峰流量约4 000 m3/s，实况三峡坝前水位较还原后的水位降低约0.4～0.5 m。

3.2 库尾淹没分析

避免三峡库区库尾淹没主要措施包括：减小寸滩来水流量；降低三峡水库库水位。嘉陵江3号洪水发生期间，三峡水库已于2021年10月9～10日开始逐步蓄水，蓄水水位已达168.5 m左右，此时由于嘉陵江来水增加，导致三峡水库入库洪量快速增加，极有可能出现库区土地征收线淹没问题。利用MIKE11模型[11-12]，建立以还原后的寸滩来水及实况武隆来水流量为输入，模拟三峡库区的水动力学洪水演进。结果显示，在天然来水、三峡水库不增大出库流量的情况下，出现库区土地征用线淹没情况可能性较大。

通过上游金沙江和嘉陵江流域梯级水库协同调度，有效拦蓄洪水，减少寸滩来水对三峡水库的影响，同时减少三峡水库入库洪量，降低三峡水库库水位。加大三峡水库下泄流量，进一步降低三峡水库库水位。通过以上措施，降低可能受淹没区域水位0.5～1.0 m，有效避免了三峡库区水面线超过淹没线的问题。

4 结论与建议

2021年10月上旬嘉陵江流域发生集中性强降雨，导致三峡水库来水增加，三峡水库最大入库流量38 000 m3/s。通过以三峡水库为核心的水库群联合拦洪错峰调度措施，有效缓解了嘉陵江沿江地区防洪压力，避免了三峡库区出现水位超土地征用线。

4.1 结 论

(1) 分析时段的嘉陵江降雨主要集中在嘉陵江干流亭子口水库以上、涪江、渠江上段区域，且降雨过程具有集中性强、极端性强的特点。

(2) 嘉陵江3号洪水主要具有发生时间晚、历时短、洪峰高、变幅大4个方面的特征，同时嘉陵江干支流来水遭遇、洪水汇流快、流量涨势猛。

(3) 洪水期间，以三峡水库为核心的水库群实施了预报预泄、拦洪削峰等措施。其中，亭子口水库最大削峰率达63.8%、最大拦蓄流量达2 410 m3/s；三峡水库最大削峰率达36%、最大拦蓄流量13 700 m3/s。通过上游水库群联合运用，有效减小了三峡水库入库洪量，降低了三峡水库运行水位。

(4) 还原分析表明，金沙江下游、嘉陵江、三峡水库联合运行，减少了寸滩来水，避免寸滩站超警戒水位，减少了三峡水库入库洪量，降低了三峡水库运行水位，防洪效益显著。利用MIKE11模拟三峡库区在上游水库群不拦蓄、三峡水库不增加下泄的情况，可能会出现土地征用线淹没。水库群联合调度降低库区水面线0.5～1.0 m，避免出现三峡库区土地征用线淹没问题。

4.2 建 议

(1) 2021年汛期长江上游出现“先枯后丰”的来水形势，给水库群联合调度带来不利影响，需在总结经验基础上，加强未来降雨及长期来水形势分析研判，为水工程联合调度提供决策依据。

(2) 以三峡水库为核心的水库群联合调度防洪效益显著。随着金沙江苏洼龙、两河口、乌东德、白鹤滩等水电站的逐步投运，水库群调节能力进一步增强。加强长江上游水工程联合调度研究，实现防洪、航运、发电、生态等综合效益，是推动长江经济带稳定发展的重要手段。

(3) 极端降水过程频发是预报防洪的难点，特别是长江上游山区性河流汇流快、流量变幅大。需要气象水文部门严密配合，加强研究提升预报精度，配合水库群联合调度，以减少人员财产损失。