呂小帥，沈小勤

(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引 言

白鶴灘水電站是金沙江下游4個(gè)梯級(jí)水電站之一，控制金沙江流域面積91%，占長(zhǎng)江宜昌以上流域面積42.8%，其庫(kù)容在金沙江下游4個(gè)梯級(jí)中最大，具有控制洪水比重大、庫(kù)容大的特點(diǎn)。該水電站防洪庫(kù)容75.0億m3，承擔(dān)兩方面的任務(wù)[1]：一是與金沙江下游烏東德、溪洛渡和向家壩梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用，使川江沿岸的宜賓、瀘州、重慶等城市的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高；二是減少三峽水庫(kù)入庫(kù)洪水，配合三峽水庫(kù)運(yùn)用，承擔(dān)長(zhǎng)江中下游的防洪任務(wù)，有效減少長(zhǎng)江中下游地區(qū)的成災(zāi)洪水和分洪損失。其涉及的防洪對(duì)象眾多，地區(qū)洪水組成復(fù)雜。對(duì)于洪水組成的研究，多采用統(tǒng)計(jì)分析方法[2-4]。目前，對(duì)于金沙江、長(zhǎng)江干支流的洪水組成規(guī)律，眾多學(xué)者開(kāi)展過(guò)相關(guān)分析研究。肖天國(guó)[5]通過(guò)對(duì)金沙江屏山站、李莊站、岷江高場(chǎng)站的年最大洪峰、時(shí)段洪量統(tǒng)計(jì)計(jì)算，分析了兩江洪水遭遇、洪水組成。熊瑩[6]分析了金沙江與岷江、長(zhǎng)江與岷江的洪水遭遇概率和遭遇洪水量級(jí)。鄭靜等[7]基于攀枝花站和長(zhǎng)江中游螺山、城陵磯、宜昌站的洪量和洪水過(guò)程并考慮泄水傳播時(shí)間及區(qū)間來(lái)水過(guò)程，分析金沙江中游洪水與長(zhǎng)江中下游洪水的遭遇規(guī)律。張新田等[8]采用小得石站、李莊站、寸灘站實(shí)測(cè)資料，分析雅礱江洪水與川江洪水地區(qū)組成遭遇規(guī)律。

本文主要圍繞白鶴灘水電站洪水進(jìn)行分析，基于渡口、小得石、巧家(華彈)、屏山、李莊、朱沱、高場(chǎng)等控制性水文站的水文資料，詳細(xì)分析白鶴灘壩址洪水以及其在川江洪水組成中特性。這對(duì)合理運(yùn)用白鶴灘水庫(kù)防洪庫(kù)容，配合對(duì)川江和長(zhǎng)江中下游的防洪調(diào)度方式，有效發(fā)揮白鶴灘水庫(kù)防洪作用具有重要意義。

1 流域概況及測(cè)站

金沙江是長(zhǎng)江的上游河段，石鼓水文站至攀枝花為金沙江中游段，攀枝花至宜賓為金沙江下游段。雅礱江是金沙江最大支流，在攀枝花自左岸匯入金沙江。

白鶴灘水電站為金沙江下游4個(gè)梯級(jí)中的第2個(gè)梯級(jí)，上接烏東德水電站，下鄰溪洛渡水電站，溪洛渡下游為向家壩水電站。白鶴灘水電站壩址集水面積43.03萬(wàn)km2，占金沙江流域的91%，防洪庫(kù)容75.0億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容104.36億m3，是金沙江下游4座梯級(jí)中庫(kù)容最大的一個(gè)，具有年調(diào)節(jié)性能。白鶴灘水電站壩址上游約42 km(河道距離)有巧家(華彈)水文站(1939年～2014年開(kāi)展測(cè)驗(yàn))，控制流域面積42.59萬(wàn)km2，壩址下游約4 km有白鶴灘水文站(2015年～至今開(kāi)展測(cè)驗(yàn))，流域面積與壩址相同，白鶴灘壩址洪水以巧家(華彈)站、白鶴灘站作為代表站。金沙江干流中游控制性水文站為渡口站(集水面積25.923萬(wàn)km2)，雅礱江控制性水文站有小得石站(集水面積11.65萬(wàn)km2)。金沙江下游控制性水文站為屏山站(集水面積45.86萬(wàn)km2)，為溪洛渡、向家壩水電站壩址洪水的代表站。

岷江在宜賓匯入長(zhǎng)江，控制性水文站為高場(chǎng)水文站，流域面積13.54萬(wàn)km2。金沙江與岷江匯合以后始稱(chēng)長(zhǎng)江，長(zhǎng)江上游川江河段自上而下有宜賓、瀘洲、重慶等重要城市。宜賓市位于金沙江與岷江匯合口，距離白鶴灘壩址(河道距離)約380 km，控制集水面積60.90萬(wàn)km2，宜賓下游17 km處設(shè)有李莊水位(水文)站，控制集水面積61.24萬(wàn)km2。瀘州市位于長(zhǎng)江與沱江的交匯處、位于長(zhǎng)江左岸，城區(qū)(含沱江)以上控制集水面積67.37萬(wàn)km2。其中，沱江控制性水文站為李家灣水文站，流域面積2.35萬(wàn)km2。瀘洲市下游約104 km處有朱沱水文站，集水面積69.47萬(wàn) km2。重慶市位于長(zhǎng)江與嘉陵江的交匯處，下游有寸灘水文站，集水面積86.66萬(wàn) km2。長(zhǎng)江上游流域水系、金沙江下游梯級(jí)水電站及有關(guān)水文測(cè)站示意見(jiàn)圖1。

圖1 金沙江、長(zhǎng)江上游流域示意

2 白鶴灘壩址洪水特性

金沙江中、下游屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，年內(nèi)干、濕季的交替變化極其明顯。冬半年晴朗干燥，降雨稀少；夏半年水汽相對(duì)豐沛，降水較為頻繁、集中，5月份降水較前期降水顯著加大，6月～9月的降水最多。金沙江干流中、下游各站洪水的形成是大范圍、長(zhǎng)歷時(shí)降水的結(jié)果。白鶴灘壩址洪水以巧家(華彈)站為代表站，整個(gè)汛期洪水過(guò)程基本上表現(xiàn)為不斷疊加的復(fù)式峰型，前一次洪水過(guò)程尚未退盡，后一場(chǎng)洪水又接著開(kāi)始起漲，一般7月份起漲，10月份退水；從年內(nèi)最大場(chǎng)次洪水過(guò)程來(lái)看，過(guò)程一般歷時(shí)30～60 d，下游較上游持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)[9]。

根據(jù)1939年～2018年洪水資料統(tǒng)計(jì)，白鶴灘年最大洪峰的發(fā)生時(shí)間主要集中在7月、8月、9月3個(gè)月，約占總數(shù)的95%以上；其余5%可發(fā)生在6月下旬和10月上、中旬，統(tǒng)計(jì)成果見(jiàn)表1。

表1 白鶴灘巧家(華彈)站年最大洪峰出現(xiàn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)

白鶴灘實(shí)測(cè)年最大洪峰最早發(fā)生在1994年6月22日，最晚發(fā)生在1989年10月12日；歷年實(shí)測(cè)最大洪峰25 800 m3/s(1966年9月1日)，最小洪峰8 570m3/s(1967年7月28日)，最大與最小洪峰的比值約為3倍。

白鶴灘巧家(華彈)多年平均、歷年最大、歷年最小各時(shí)段洪量見(jiàn)表2。15 d以下各歷時(shí)最大洪量均發(fā)生在1966年8月(24 h在9月1日)、30 d最大洪量發(fā)生在1998年8月。

表2 白鶴灘巧家(華彈)站年最大洪量特性 108m3

白鶴灘洪水一方面受上游洪水推進(jìn)影響；另一方面受區(qū)間大范圍降水造洪與上游洪水疊加作用。其洪水組成可表現(xiàn)為3種類(lèi)型[10]：第一類(lèi)，以金沙江中游來(lái)水為主，雅礱江為一般洪水。如1966年8月、1993年8月，分別為金沙江中游控制水文站渡口站實(shí)測(cè)系列之首、第2位；疊加雅礱江一般洪水，白鶴灘(巧家站)實(shí)測(cè)洪峰分別為25 800 m3/s(1966年9月1日)、23 600 m3/s(1993年8月31日)，列實(shí)測(cè)洪峰之首、第2位。第二類(lèi)，以雅礱江來(lái)水為主，金沙江中游為一般洪水。如1965年8月洪水，雅礱江控制性水文站小得石站洪峰列實(shí)測(cè)系列之首；疊加金沙江中游洪水，致使白鶴灘巧家站洪峰達(dá)21 800m3/s，列實(shí)測(cè)系列的第5位。第三類(lèi)，金沙江中游、雅礱江均為一般性洪水，兩江洪水疊加形成白鶴灘巧家站大洪水。如1974年9月洪水，白鶴灘巧家站洪峰22 300 m3/s，列實(shí)測(cè)系列的第4位。

根據(jù)實(shí)測(cè)洪水資料，統(tǒng)計(jì)白鶴灘巧家站多年平均年最大洪水中各歷時(shí)洪量組成，統(tǒng)計(jì)成果見(jiàn)表3。

表3 巧家站多年平均各時(shí)段年最大洪量地區(qū)組成

金沙江中游渡口站集水面積約占巧家站的60.8%，其洪量約占巧家站洪量的44%，洪量所占比例遠(yuǎn)小于集水面積所占比例；雅礱江小得石集水面積僅占巧家站的27.5%，但其洪量約占巧家站洪量的43%，洪量占比大于其集水面積所占比例，這與雅礱江流域暴雨范圍廣、強(qiáng)度相對(duì)較大的暴雨特性相一致[11]。金沙江中游、雅礱江洪水合計(jì)，在白鶴灘洪水組成中占比超過(guò)85%。

3 長(zhǎng)江上游李莊站、朱沱站洪水組成中的白鶴灘洪水

長(zhǎng)江上游李莊站、朱沱站洪水是岷江洪水與金沙江洪水組合疊加的結(jié)果。白鶴灘巧家站集水面積分別占李莊站、朱沱站集水面積的69.5%、61.3%；巧家站與岷江高場(chǎng)站集水面積之和，分別占李莊站、朱沱站集水面積的91.7%、80.8%。

李莊站、朱沱站、岷江高場(chǎng)站年最大洪峰各月出現(xiàn)概率見(jiàn)表4。

表4 李莊、朱沱站年最大洪峰各月出現(xiàn)概率 %

從表4可以看到，3站年最大洪峰均集中出現(xiàn)在6月～9月，李莊站、朱沱站在7月、8月出現(xiàn)年最大洪峰的概率約80%，高場(chǎng)站在80%以上。對(duì)照金沙江白鶴灘年最大洪峰發(fā)生月份及概率，長(zhǎng)江上游及岷江年最大洪峰發(fā)生的時(shí)段更為集中，長(zhǎng)江上游與岷江洪峰的同時(shí)性更明顯。

長(zhǎng)江上游金沙江區(qū)域、岷江區(qū)域，暴雨天氣系統(tǒng)有所不同，導(dǎo)致各流域暴雨發(fā)生時(shí)間、范圍、強(qiáng)度有所不同，加之各流域洪水匯流時(shí)間長(zhǎng)、短不一，洪水特性差異明顯。金沙江干流下游洪水的形成是大范圍、長(zhǎng)歷時(shí)降水的結(jié)果，洪水過(guò)程具有歷時(shí)較長(zhǎng)的特點(diǎn)。岷江洪水由暴雨形成，流域內(nèi)有著名的青衣江暴雨區(qū)和麓頭山暴雨區(qū)，汛期暴雨頻繁、劇烈[12]，流域暴雨走向多為自西北向東南，與河流流向一致，常造成岷江洪水陡漲降落[13]，高場(chǎng)站洪水過(guò)程中峰頭部分的持續(xù)時(shí)間約在數(shù)小時(shí)，至多十幾個(gè)小時(shí)，相比金沙江下游洪水過(guò)程，岷江洪水過(guò)程持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短。

1939年～1987年、2003年～2018年的65 a間，白鶴灘巧家站與岷江高場(chǎng)站年最大洪峰在3 d之內(nèi)先、后出現(xiàn)的年份僅有1950年、1952年、1953年、1959年、1966年、1971年等6 a，占總數(shù)的9.2%，兩江流域同時(shí)(相隔不足3 d)出現(xiàn)年最大洪峰的概率很??；考慮金沙江下游洪水過(guò)程歷時(shí)較長(zhǎng)，倘若以?xún)烧灸曜畲蠛榉逶? d內(nèi)先、后出現(xiàn)作為洪水遭遇的判別標(biāo)準(zhǔn)，則一共有11 a，占總數(shù)的16.9%，說(shuō)明金沙江年最大洪水的漲水段或退水段與岷江高場(chǎng)站年最大洪水遭遇具有一定的概率。

分析白鶴灘巧家站年最大洪峰與李莊站年最大洪峰遭遇情況，兩站洪峰相隔不超過(guò)3 d的年份約占總數(shù)的25%，兩站洪峰相隔不超過(guò)7 d的年份約占總數(shù)的31%。按照李莊站年最大洪水3、7、15、30 d洪量對(duì)應(yīng)時(shí)段，統(tǒng)計(jì)白鶴灘巧家站相應(yīng)洪量，巧家站相應(yīng)洪量分別占李莊站的43.4%、50.7%、52.7%、52.9%?？梢?jiàn)，白鶴灘巧家站與長(zhǎng)江李莊站年最大洪峰遭遇的年份不足總數(shù)的1/3，李莊7 d以上各歷時(shí)年最大洪量中，一半以上的洪量來(lái)源于白鶴灘巧家站。

多年統(tǒng)計(jì)情況下，雖然白鶴灘與李莊站年最大洪水遭遇的概率不足1/3；但由于白鶴灘巧家站集水面積在李莊站集水面積中的占比達(dá)69.5%，李莊站7 d以上長(zhǎng)歷時(shí)洪量1/2來(lái)源于白鶴灘巧家站，加之金沙江洪水過(guò)程歷時(shí)長(zhǎng)、漲落相對(duì)緩慢，白鶴灘洪水在李莊站洪水組成中有著重要的“墊底”、“總體增大”作用。

分析岷江高場(chǎng)站與長(zhǎng)江李莊站年最大洪峰遭遇情況，兩站峰現(xiàn)時(shí)間對(duì)應(yīng)的年份占總數(shù)的68.2%，李莊站年最大洪峰受岷江來(lái)水影響顯著，岷江來(lái)水對(duì)李莊站洪水有較大的“造峰”作用。

李莊—朱沱的長(zhǎng)江上游，主要支流有沱江、赤水河，李莊—朱沱區(qū)間集水面積占朱沱的11.8%。約有75.0%的年份，李莊、朱沱兩站年最大洪峰在時(shí)間上相應(yīng)，約有80%的年份，兩站年最大洪量時(shí)段相應(yīng)。白鶴灘洪水在朱沱站洪水組成中的特性，與白鶴灘洪水在李莊站洪水組成中的特性具有類(lèi)似特性；但是，隨著白鶴灘集水面積在朱沱站集水面積占比的減小，其來(lái)水在朱沱站占比也隨之減小。

4 長(zhǎng)江上游典型年洪水組成

金沙江下游巧家站、屏山站、岷江高場(chǎng)站、長(zhǎng)江李莊站、朱沱站年最大洪峰系列中排位前三位的洪峰及其發(fā)生時(shí)間如表5所示。

表5 巧家、屏山、李莊站前三位年最大洪峰排位及發(fā)生時(shí)間

長(zhǎng)江上游李莊站、朱沱站實(shí)測(cè)洪水系列首大洪峰均為1966年洪水，與金沙江巧家站、屏山站實(shí)測(cè)首大洪峰相應(yīng)；而岷江高場(chǎng)站1966年實(shí)測(cè)洪峰未能列入前三，僅為一般性洪水。但是，岷江洪峰與金沙江洪峰遭遇疊加，就將形成長(zhǎng)江上游李莊站、朱沱站大洪水。

李莊站1955年洪峰列實(shí)測(cè)第二位，與岷江高場(chǎng)站洪峰時(shí)間相應(yīng)，朱沱站1955年尚未開(kāi)展洪水測(cè)驗(yàn)，缺少洪水資料；而金沙江巧家站、屏山站1955年洪水未在前三之列。

1974年洪水，金沙江屏山站、巧家站洪峰分別位列各自實(shí)測(cè)系列的第三、第四，岷江高場(chǎng)為小洪水，兩者疊加形成李莊站、朱沱站洪水變化與金沙江洪水過(guò)程基本一致。

1961年洪水過(guò)程中，岷江高場(chǎng)站洪峰突出，為1939年實(shí)測(cè)以來(lái)的最大，與金沙江洪峰未發(fā)生遭遇，金沙江為一般性洪水，金沙江洪水的作用在于“總體抬升”、與岷江洪水疊加，形成李莊站、朱沱站洪水變化與岷江洪水過(guò)程基本一致。

1966年、1974年、1961年各站洪峰及相應(yīng)于朱沱站最大洪量統(tǒng)計(jì)時(shí)段的各站30 d洪量見(jiàn)表6，實(shí)測(cè)洪水過(guò)程見(jiàn)圖2～4。

表6 朱沱站以上測(cè)站典型年洪水特征

圖2 朱沱以上測(cè)站1966年8月24日～9月25日實(shí)測(cè)洪水過(guò)程

圖3 朱沱以上測(cè)站1974年8月17日～9月27日實(shí)測(cè)洪水過(guò)程

圖4 朱沱以上測(cè)站1961年6月25日～7月31日實(shí)測(cè)洪水過(guò)程

5 結(jié) 論

白鶴灘洪水是長(zhǎng)江上游川江洪水重要的組成部分。本文采用渡口、小得石、巧家(華彈)、屏山、李莊、朱沱、高場(chǎng)等控制性水文站1939年～2018年水文資料，分析白鶴灘洪水以及其在川江洪水組成的特性，得到以下結(jié)論：

(1)多年統(tǒng)計(jì)情況下，白鶴灘最大洪峰一般出現(xiàn)在6月～10月，主要集中在7月、8月、9月，約占總數(shù)的95%以上。白鶴灘洪水組成中，金沙江中游渡口站洪水占比44%小于面積比60.8%，雅礱江小得石洪水占比43%大于面積比27.5%；從而說(shuō)明雅礱江流域暴雨洪水強(qiáng)度大于金沙江中游地區(qū)。

(2)雖然白鶴灘與長(zhǎng)江李莊站年最大洪水遭遇的概率不足總數(shù)的1/3，但由于白鶴灘巧家站集水面積在李莊站集水面積中的占比達(dá)69.5%，李莊站7 d以上長(zhǎng)歷時(shí)洪量一半來(lái)源于白鶴灘，白鶴灘洪水在李莊站洪水組成中有著重要的“墊底”、“總體增大”作用。岷江高場(chǎng)站與長(zhǎng)江李莊站年最大洪峰遭遇對(duì)應(yīng)的年份占總數(shù)的68.2%，李莊站年最大洪峰受岷江來(lái)水影響顯著，岷江來(lái)水對(duì)李莊站洪水有較大的“造峰”作用。

(3)選取1961年、1966年、1974年典型年洪水過(guò)程，說(shuō)明李莊洪水組成的兩種類(lèi)型。第一類(lèi)，以金沙江來(lái)水為主，岷江為一般洪水，如1966年、1974年；第二類(lèi)，以岷江來(lái)水為主，金沙江為一般洪水，如1961年。

白鶴灘水電站是金沙江下游庫(kù)容最大、調(diào)蓄能力最強(qiáng)的水電站。本文就白鶴灘洪水在川江洪水組成中的分析研究，對(duì)于合理運(yùn)用金沙江下游梯級(jí)水庫(kù)群的防洪庫(kù)容，充分發(fā)揮白鶴灘水庫(kù)在聯(lián)合防洪調(diào)度中的骨干作用具有重要意義?，F(xiàn)在隨著白鶴灘水電站的投產(chǎn)運(yùn)行，長(zhǎng)江防洪體系的調(diào)蓄能力得到了進(jìn)一步的提高。