田 锐，舒卫民，阮燕云，冯志洲

(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)

0 引 言

2021年6月28日，白鹤滩水电站首批机组投产发电，标志着白鹤滩水库正式并入金沙江下游梯级(以下简称“金下梯级”)水库调度序列，金下梯级四库调度格局已经形成，从上游至下游依次为乌东德水库、白鹤滩水库、溪洛渡水库和向家坝水库。

金下梯级位于金沙江下游和长江上游干流(以下简称“长上干”)的交界点，作为承担长江流域开发及治理的骨干工程之一，具有防洪、发电、航运、补水等综合效益。近年来，随着乌东德水电站、白鹤滩水电站陆续投产发电，金下梯级水库蓄水形势发生改变。前期研究大都集中于溪洛渡水库和向家坝水库(以下简称“溪向”)梯级水库蓄水过程，针对梯级四库蓄水期运行方式的研究尚且不足。2021年金下梯级水库蓄水调度实践表明：在四库联合调度的新形势下，基于中长期来水预报，合理控制梯级水库水位控制节点，在兼顾金下梯级水库蓄满的同时，保障梯级电站综合效益，是研究金下梯级水库蓄水期控制的主要目标。本文对2021年金下梯级水库蓄水实践进行分析，探究满足蓄水需求和综合效益的水位控制策略，为实时调度水位控制和计划编制提供参考[1]。

1 蓄水影响因素

1.1 上游水库群调蓄

金下梯级径流主要受金沙江上中游梯级水库和雅砻江梯级影响，其中，已经建成的大型水库有梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩、锦一、二滩等水库[2]；正在建设的水库有苏洼龙、杨房沟、两河口等水库。雅砻江水库及金沙江中游梯级水库调蓄特征值见表1。考虑上述在建水库正常运行，按照流域防洪统一调度安排，金中梯级和雅砻江梯级集中于8～10月蓄水，总待蓄库容55.98亿m3，其中雅砻江梯级待蓄水量40.9亿m3，占比约73%；8月份待蓄水量40.07亿m3，占比约72%。

表1 雅砻江及金沙江中游梯级水库调蓄特征值Tab.1 Characteristic values of regulation and storage of cascade reservoirs of Yalong River and middle Jinsha River

1.2 梯级水库蓄水形势变化

近年来，随着乌东德电站、白鹤滩电站建成投产，金下梯级水库蓄水形势愈发复杂，与上游水库蓄水期的重叠将显著减少金下梯级来水，形成与上游水库争水的事实。同时，8～9月仍处于洪水多发期，金下梯级水库在蓄水的同时，需兼顾下游荆江河段防洪需求。因此，需要进一步研究防洪库容的科学释放。目前，乌东德水库、白鹤滩水库集中于8月蓄水，总待蓄库容99.42亿m3，其中，乌东德待蓄库容24.43亿m3，白鹤滩待蓄库容74.99亿m3；溪洛渡水库集中于8～9月份蓄水，总待续库容46.51亿m3；向家坝水库集中于9月蓄水，待蓄库容9.03亿m3。表2为金下梯级水库蓄水特征值。

表2 金下梯级水库蓄水特征值Tab.2 Storage characteristic values of cascade reservoirs in the lower reaches of Jinsha River

2 2021年蓄水实践

2.1 实况来水

(1) 降雨。2021年金下梯级水库蓄水期间，金沙江降雨阶段性特征明显。图1为2021年金沙江流域8～10月降水量距平图。从时间上看，8～10月金沙江流域降雨偏少，金沙江流域降水在8月中旬、9月中旬分别经历了“由少转多”“由多转少”的迅速转换。从空间上看，降雨偏丰区域集中于金沙江上游和雅砻江上游。流域降雨呈时空分布不均、秋季连阴雨的特征。

图1 2021年金沙江流域8～10月降水量距平图Fig.1 Precipitation anomaly map of Jinsha River Basin from August to October 2021

(2) 来水。以金下梯级的龙头水库乌东德水库为例(下同)，2021年8月乌东德水库平均入库流量6 660 m3/s，相应来水频率70.3%；9月乌东德水库平均入库流量8 850 m3/s，相应来水频率42.2%。8月、9月来水偏丰时段集中于8月下旬至9月中旬，其中，8月乌东德水库入库流量偏少，年均值偏枯20%，8月上中旬偏枯明显，下旬受华西秋雨影响，枯丰转换迅猛，下旬流量逐步加大至与多年均值持平；9月上中旬乌东德入库流量较多年均值偏丰10%～20%，下旬丰枯急转，入库流量退至较多年均值偏枯20%。表3为2021年金下梯级蓄水期乌东德水库分旬来水统计。

表3 2021年蓄水期乌东德水库分旬来水统计Tab.3 Statistics of inflow from Wudongde Reservoir in 10 days during the storage period in 2021

2.2 预报精度

2021年8月1日至9月30日，乌东德水库12，24，36，48，60，72，84，96，108 h平均误差和最大误差如图2所示。随着预见期的延长，预报精度逐步降低。评价上述预见期内所有预报点预报精度，可为金下梯级的日计划滚动编制、水位精准控制提供技术保障。

图2 2021年8～10月乌东德水库入库流量预报误差统计Fig.2 Error of predicted inflow of Wudongde Reservoir from August to October，2021

乌东德水库建成后，由于上游水库到乌东德洪水传播时间大幅缩短[3]，入库预报精度受上游水库调蓄影响极大，12 h最大预报误差达 25.71%。以乌东德水库蓄水期平均入库6 660 m3/s测算，由预报误差引起的单日水位偏差达1.5 m。

2.3 蓄水进程

金下梯级水库起蓄时间自2021年8月1日起，至10月10日溪洛渡水库蓄满为止，历时71 d，累计蓄水量135.16亿m3。金下梯级水库蓄水特征指标见表4。金下梯级蓄水过程见图3。8月底乌东德水库迎来首轮12 000 m3/s量级的涨水过程，为配合下游防洪，逐步拦蓄至 965.00 m以上，于9月上旬蓄至最高水位974.51 m；9月上旬末，乌东德水库迎来第二轮12 000 m3/s量级的涨水过程。由于此时乌东德水库已无调蓄能力，以白鹤滩水库拦蓄为主，且延伸期预报长江上游流域后续无明显涨水过程，9月14日，白鹤滩水库启用800.00 m以上库容拦蓄洪水尾巴，于9月30日蓄至816.00 m左右后维持。乌东德水库利用965.00 m以上库容拦蓄弃水11亿m3，白鹤滩水库利用800.00 m以上库容拦蓄弃水32亿m3，乌东德水库、白鹤滩水库(以下简称“乌白水库”)共拦蓄弃水达43亿m3。

图3 蓄水期金下梯级调度过程Fig.3 Dispatch process of cascade reservoirs in the lower reaches of Jinsha River during impoundment period

表4 梯级水库蓄水关键指标Tab.4 Key indicators of cascade reservoir in impoundment period in 2021

通过对金沙江下游遭遇的两场洪水拦蓄，证明了乌白水库防洪库容潜力有进一步挖掘空间。

2.4 调度评价

汛前、蓄水前来水预测见图4，由于8月长江上游流域来水整体偏枯，8月中旬上游水库待蓄水量高达480亿m3，上游水库群蓄满压力大，且各单位蓄水前对蓄水期来水预测均偏枯。为保证三峡水库完成175 m年度蓄水任务，8月1日至10月10日金下梯级水库蓄水期间，长江水利委员会(以下简称“长江委”)下达4次调度意见，要求加快金下梯级水库蓄水进度。按调令要求，8月底金下梯级水库预留防洪库容30亿m3。蓄水期间调令执行情况见图5，金下梯级8月底预留防洪库容40亿m3，向家坝水库下泄流量均为发电流量。

图4 长期预报评定Fig.4 Long-term forecast assessment

图5 蓄水期间调令执行情况Fig.5 Implementation of dispatch order during the impoundment period

2021年8月下旬，中期预报后续来水情况较蓄水前预报偏丰，金下梯级需预留充足防洪库容，避免因前期减少出库造成“前蓄后弃”的风险。通过调整计划，8月底预留防洪库容40亿m3，较调度意见多预留10亿m3，有效减少9月中旬弃水量。9月乌东德水库实际入库流量8 850 m3/s，与多年均值持平；乌东德水库入库流量直至9月底仍在6 000 m3/s以上。由于金下梯级水库已基本蓄满，造成9月中下旬溪向梯级存在弃水情况。

3 启示与思考

3.1 蓄水期间来水特性分析

受上游水库群调蓄影响，金下梯级水库入库流量在7～8月有所减少、枯水期1～5月流量则有所增大。以二滩水库建成前(1959～1998年)金下梯级入库流量作为天然情况下来水资料，并与多年均值(1959～2013年)及近10 a均值(2012～2021年)比较(表5)。由表5可以看出，近10 a均值较天然来水系列及多年均值系列8月流量降幅分别达16.5%和16.7%，而9月流量则与天然来水系列及多年均值系列基本持平，主要原因为金中梯级及雅砻江梯级水库集中蓄水期为8月，9月蓄水占比少。

表5 蓄水期乌东德水库不同历史时段来水情况Tab.5 Inflow from Wudongde Reservoir in different historical periods during impoundment period m3/s

3.2 优化剩余防洪库容分配

考虑上游两河口水库建成后8～9月均匀蓄水影响，金下梯级8～9月月均入库流量分别减少1 500 m3/s和540 m3/s。以此对天然系列(1959～1998年)还现处理后，得到乌东德水库8～9月月均入库流量分别为7 030 m3/s和7 740 m3/s，对应月均水量分别为188.29亿m3和200.62亿m3。

规程要求考虑金下梯级7月均按汛限水位左右运行，按乌白梯级集中于8月蓄水、溪向梯级集中于9月蓄水考虑：乌白梯级8月待蓄水量99.42亿m3，多年平均流量下来水量为205.4亿m3(考虑乌白区间8月多年平均流量为640 m3/s)，乌白梯级蓄满条件下向家坝出库流量5 010 m3/s(考虑白溪区间8月多年平均流量为1 050 m3/s)，金下梯级预留防洪库容55.54亿m3。溪向梯级9月待蓄水量55.54亿m3，多年平均流量下来水量为244.9亿m3(考虑乌溪区间9月多年平均流量为1 710 m3/s)，溪向梯级蓄满条件下向家坝出库流量7 310 m3/s。此时会出现“前蓄后弃”的情况，对梯级水库综合效益及防洪安全产生不利影响。

将金下梯级作为整体考虑：金下梯级水库8～9月总待蓄库容达154.96亿m3，8～9月总来水量478.5亿m3(考虑乌溪区间8，9月多年平均流量分别为1 690 m3/s和1 710 m3/s)，金下梯级水库蓄满情况下，出口断面(向家坝水电站)8～9月平均出库流量6 140 m3/s，与向家坝电站满发流量基本一致，在8月底预留充足防洪库容的同时能有效减小弃水(表6)。

表6 金下梯级水库防洪库容释放方案对比Tab.6 Comparison of flood control capacity release schemes of cascade reservoirs on the Lower Jinsha River

4 结 论

(1) 在2021年金下梯级水库蓄水调度过程中，以中期滚动预报指导计划编制的模式，能兼顾下游蓄水及防洪需求，确保梯级水库完成蓄水任务，为充分发挥梯级水库综合效益提供保障。

(2) 上游水库的陆续建成影响了乌东德水库短期入库的预报精度，进而影响日内水位控制精度；中长期预报对未来金下梯级水库蓄水调度过程影响进一步加大；后期调度过程中，应进一步加强金下梯级来水预报。

(3) 上游水库群调蓄对金下梯级水库来水的影响以雅砻江梯级为主，主要集中于8月。通过对金下梯级水库蓄水过程分析，整体考虑梯级水库蓄水调度，蓄水期均匀释放防洪库容，在预留充足防洪库容的同时，可充分发挥梯级水库综合效益。