洞庭湖防御98型洪水對策分析

周柏林 謝 石 劉曉群（湖南省水利廳 長沙市 410007）

洞庭湖防御98型洪水對策分析

周柏林 謝 石 劉曉群
（湖南省水利廳 長沙市 410007）

文章分析了1998年洪水的基本特點及災害造成的影響，對1998大洪水過后的環(huán)境變化，包括工情變化、水情變化進行了闡述，為當前的防汛抗災提供了思路和對策。

洞庭湖 98型洪水 對策 分析

1 98型洪水基本特點

1.1 洪水特征

1998年夏季長江流域降水量超過500 mm，主要集中在6月12～27日、7月21～31日，出現(xiàn)了歷史上比較少見的兩次梅雨活躍期。一般6月過后，我國主雨帶會往長江以北的地區(qū)移動，長江流域進入高溫伏旱天氣；然而1998年，6月梅雨過后，雨帶并沒有向北移動，7月下旬梅雨又再度重來，形成了歷史上罕見的高強度“二度梅”，長江水位迅速上漲。8月長江上游降水頻繁，較常年同期偏多50%～100%，局部地區(qū)偏多200%。持續(xù)的強降水使得長江干、支流和沿江湖泊水位猛漲，繼鄱陽湖水系五河、洞庭湖水系沅江、澧水和湘江大洪水后，長江上、中游干支流又相繼發(fā)生了較大洪水，宜昌出現(xiàn)流量超過50 000 m3/s的洪峰8次，8月7～16日10天中，連續(xù)3次洪峰流量均超過60 000 m3/s，8月份流量大于50 000 m3/s的時間長達24 d，并與中下游洪水遭遇，形成20世紀僅次于1954年的第二位全流域大洪水。

（1）洪水量極大。1998年長江洪水與1954年洪水相比（表1），上游宜昌最大30天、60天洪量分別為1 380億m3、2 545億m3，比1954年的1 387億m3、2 448億 m3相差-7億 m3、97億 m3， 相對差0.5%、4.0%，基本相當，重現(xiàn)期約80～100年一遇。

長江中游城陵磯附近湘資沅澧四水區(qū)間洪水特別是澧水洪水出現(xiàn)1949年以來最大洪水進入洞庭湖，1998年螺山大30天、60天洪量分別為1 603億m3、3 089億m3，比1954年的1 927億m3、3 585億m3相差-324億m3、-494億m3，相對差-16.8%、-13.8%。

表1 1998年與1954年長江洪水特征對照表

由于洞庭湖湖泊及洪道水面面積超過4 000 km2，調蓄量巨大，導致湖區(qū)全面洪災的洪水以最大30 d洪量為主。

（2）洪峰水位高。城陵磯附近由洞庭湖出口七里山水文站和長江蓮花塘水位站。1998年洪水七里山最高水位35.94 m，比1954年34.55 m高1.39 m，而長江干流蓮花塘站則由1954年33.95 m抬高到35.80 m，抬高了1.85 m，洞庭湖區(qū)1998年7月6日，城陵磯出現(xiàn)第一次洪峰，與宜昌第一次洪峰53 500 m3/s碰頭，洪峰水位達到34.52 m，僅差1954年最高水位0.03 m。7月27日，城陵磯出現(xiàn)第二次洪峰，與宜昌第二次洪峰56 400 m3/s及第三次洪峰52 000 m3相碰，城陵磯水位35.48 m，超歷史最高1996年水位0.17 m，超1954年最高水位0.93 m。8月1日，城陵磯出現(xiàn)第三次洪峰，洪峰水位35.53 m，超歷史最高水位0.22 m，超1954年最高水位0.98 m。8月9日，城陵磯出現(xiàn)第四次洪峰，與宜昌第四次洪峰61 500 m3/s相碰，洪峰水位35.57 m，超歷史最高水位0.26 m，超1954年最高水位1.02 m。8月20日16時，城陵磯出現(xiàn)第五次洪峰，與宜昌第六次洪峰63 600 m3/s相碰，洪峰水位達到35.94 m，超歷史最高水位0.62 m，超1954年最高水位1.39 m。

（3）高水位持續(xù)時間長，退水緩慢。1998年洪水，長江中游大部分江段超警戒水位兩個多月，超歷史最高水位1個多月。從6月中旬起，長江干支流水位先后超過警戒水位。長江干流沙市、監(jiān)利、螺山、漢口、九江水位超過警戒水位的時間分別長達57 d、82 d、81 d、84 d和94 d，監(jiān)利-螺山、武穴-九江河段超過歷史最高水位的時間長達40多天。

由于受長江洪水頂托及螺山卡口河段約束，洞庭湖出流能力下降。8月20日城陵磯出現(xiàn)39.54 m最高水位時，出湖流量僅為28 800 m3/s，而1954年最高水位34.55 m時，出湖流量有43 400 m3。螺山1954年最大下泄量為78 800 m3/s，這年最大下泄量僅為68 600 m3/s，巨大的水量滯蓄在洞庭湖，湖泊水位不斷上升，高出堤垸一般地面高程 （30 m左右）（6～10）m，洞庭湖成為一座懸湖。

1.2 災害影響

當年為洞庭湖及長江干堤湖南段防洪保安，共投入了230多萬人、官兵36 000多人，兩岸堤頂加修子堤1 471 km子堤，開挖了11萬多條導浸溝，處理了31 000多處險情，移動了500多萬土石方。但外洪內(nèi)澇，長江中下游各省潰垸數(shù)量之多，災情之重，為1954年大水后僅見。在潰垸中，湖北省絕大部分是長江干流上的洲灘民垸。湖南省垸內(nèi)漫潰或潰決的內(nèi)湖有21處，如大通湖最高水位30.17 m，超歷史最高水位0.19 m；黃蓋湖最高水位30.22 m，超歷史最高水位0.16 m。

由于長江洪水滯蓄在洞庭湖抬高了下游水位并形成頂托，澧水發(fā)生了建國以來最大的洪水，7月24日8時，津市洪峰水位45.01 m，超歷史最高水位1 m；石龜山41.89 m，超歷史最高水位1.07 m；安鄉(xiāng)40.44 m，超歷史最高水位0.72 m，導致澧南垸、西官垸、安造垸等一批堤垸潰決，其中安造垸為縣城所在。潰垸導致人員傷亡，經(jīng)濟損失巨大。

2 1998年大水后的環(huán)境變化

2.1 工情變化

（1）三峽及其上游梯級水庫運用。2008年長江三峽水庫投入試驗性蓄水運行，控制長江集水面積100萬km2，汛限水位145 m到正常蓄水位175 m，防洪調節(jié)容積221.5億m3，分別對城陵磯地區(qū)進行防洪補償調度庫容（56.5億m3）、對荊江河段進行防洪補償調度庫容（125.8億m3）和防御特大洪水的庫容（39.2億m3）三部分，如遇“1 000年一遇”或類似1870年特大洪水，經(jīng)三峽水庫調蓄后，枝城洪峰流量可以從110 000 m3/s下降到（71 700～77 000）m3/s，配合運用荊江分洪工程和其它分蓄洪區(qū)，控制沙市水位不超過45 m，使荊江南北兩岸、洞庭湖區(qū)和江漢平原避免發(fā)生毀滅性災害。使荊江河段防洪標準從“10年一遇”提高到“100年一遇”，即遇到不大于“100年一遇”或者1954年型洪水時，經(jīng)三峽水庫調蓄后，可控制枝城流量不超過56 700 m3/s，沙市水位不超過44.5 m，不啟用荊江分洪區(qū)和其它分蓄洪區(qū)。

2014年9月起長江上游金沙江溪洛渡水電站及向家壩水電站開始正常運行。溪洛渡水庫集水面積45.44萬km2，占金沙江流域面積的96%，正常蓄水位600 m，死水位540 m，總庫容126.7億m3，防洪庫容46.5億m3，庫長200 km，壩址流域面積45.88萬km2，占金沙江流域面積的97%，水庫正常蓄水位380 m，死水位370 m，總庫容51.63億m3，防洪庫容9.03億m3，庫長156.6 km。

通過三峽水庫或者三庫聯(lián)調，可改變1954年、1998年型洪水的流量過程（表2），宜昌15 d最大洪量由原來的（728～785）億m3減少到（690～705）億m3，減少下游洪峰段水量（23～95）億m3；30 d最大洪量由原來的1380億m3左右減少到 （1259～1353）億m3，減少下游洪峰段水量（27～128）億m3。由于長江洪水洪量巨大，三峽及其上游水庫的調節(jié)，特別是15 d以內(nèi)洪峰段的削峰和 60 d以內(nèi)長時段洪量滯蓄，對下游荊江和城陵磯附近的防洪控制作用巨大。

表2 長江三峽及其上游梯級水庫對1998/1954宜昌洪水的調節(jié)影響

（2）洞庭湖治理。1998年大水后，洞庭湖11個重點垸堤防按照蓮花塘34.4 m標準進行了除險加固，洞庭湖區(qū)大型排澇電排按照10年一遇排澇標準完成了更新改造；目前湖區(qū)24個蓄洪垸堤防加固除險工程基本接近尾聲，錢糧湖等3大垸安全區(qū)、安全臺、分洪閘以及移民遷建等分蓄洪安全建設工程全面展開，加上已經(jīng)完成的平垸行洪、退田還湖等，洞庭湖區(qū)防洪蓄洪模式已經(jīng)發(fā)生了很大改變，已由較單一的四水水庫調度加堤防擋水的防洪方式，改變?yōu)槿龒{水庫補償調度、堤防擋水及蓄洪運用等多手段調控，初步具備了洪水管理能力。

2.2 水情變化

三峽及其上游梯級運用后，對泥沙攔截作用巨大，一是清水下泄長程沖刷的效應長時期存在，三口分流減少和洞庭湖出流加快不可避免；二是長江徑流年內(nèi)變化幅度會進一步減少，2025年各個梯級全面投入運用后，特別是利用中小洪水調度抬高水頭以擴大發(fā)電效益的實踐，以宜昌多年平均流量14 300 m3/s粗略分析，一般情景下長江流量可控制在（5 500～31 500）m3/s以內(nèi)，隨著攔沙和沖刷作用進一步發(fā)展，三口分流或斷流進一步加劇將常態(tài)化，洞庭湖年內(nèi)自三口分泄長江洪水的機會和時間減少，洞庭湖調蓄長江中小洪水機會減少甚至消失、調蓄洪量時間縮短；三是在遭遇流域性干旱年或者大水年，梯級群蓄泄需求將導致中下游枯水更枯、洪水水位更高，特別是加劇洞庭湖區(qū)極端洪枯事件災害風險；四是過去在四口河系及洞庭湖的泥沙淤積量超過50億m3，對河道、湖盆地形的改造和抬高洪水水位的影響已發(fā)生，對應于洪峰型洪水的抬高作用仍然存在。

3 98型洪水分蓄洪情景模擬分析

為研究洞庭湖出口七里山為代表的防洪水位以及通過分蓄洪控制城陵磯附近防洪水位的情景，水利部2013年在公益性科研專項中給予了專項經(jīng)費資助，由湖南省洞庭湖水利工程管理局聯(lián)合南京水科院和武漢大學共同承擔 “變化環(huán)境下七里山水域高洪水位研究（20130108）”，目前該項目已完成預驗收。該項目采用現(xiàn)場測量、實測資料分析、數(shù)學模型計算等手段，建立了七里山水域二維水沙數(shù)值模型，通過河勢變化、主要控制站水位流量關系和江湖蓄泄關系變化，以及三峽及其上游水庫群運用后城陵磯不同控制水位、不同蓄洪方案條件下城陵磯附近超額洪量時空分布與最高洪水位的情景模擬，系統(tǒng)地提出了洞庭湖區(qū)防洪技術方案。

對于近期1998年型以及小于1998年的洪水，相對于1998年地形條件，洞庭湖區(qū)面臨的防洪壓力已顯著減輕（表3）?？刂瞥橇甏壣徎ㄌ磷罡咚徊怀^34.4 m時，1998年城陵磯附近超額洪量為46億m3，而抬高城陵磯附近水位不到34.9 m即可不分洪。因長江和洞庭湖四水常遇中小洪水同期遭遇形成了洞庭湖1999年洪水，蓮花塘水位為歷史次高值，三峽水庫主要調節(jié)長江洪水，而四水區(qū)間來水仍然導致蓮花塘34.4 m以上的分洪量大于1998年的。但無論是1996年洞庭湖區(qū)間洪水為主、還是1998年長江洪水為主、或者是1999年同頻率遭遇，在三峽水庫的調節(jié)作用下，抬高城陵磯防洪控制水位（0.5～34.90）m時，既可以不需要分蓄洪，也不會影響長江上下游荊江和武漢河段的防洪，能夠減少分蓄洪帶來的一系列后果。

表3 1998年型洪水再現(xiàn)城陵磯附近最高水位和分蓄洪情景

4 小 結

1998年以后，長江和洞庭湖區(qū)堤防進行了全面除險加固，三峽工程已建成具備對城陵磯補償調度條件，洞庭湖蓄滯洪安全建設已具備一定分蓄洪能力，洞庭湖防洪蓄洪管理模式已經(jīng)發(fā)生了很大改變，已由較單一的四水水庫調度加堤防擋水防洪管理模式，改變?yōu)槿龒{水庫補償調度、堤防擋水及蓄洪運用等多手段調控，初步具備了洪水管理能力。

在三峽水庫對城陵磯補償調度為56.5億m3調度條件下，對于蓮花塘34.4 m防洪控制水位，不同洪水類型城陵磯附近分蓄洪量超過（24～48）億m3，存在巨大的防洪壓力，但充分發(fā)揮已建防洪工程和洞庭湖調蓄作用，適當抬高防洪控制水位0.5 m時，當河水不超過1998年洪水量級，洞庭湖區(qū)以及長江中下游均不需要分蓄洪。當加強三峽入庫洪水信息、下泄預報及洞庭湖流域雨水情收集，通過數(shù)字技術模擬，科學預判組合洪水水情，可為運用多手段綜合調控洞庭湖洪水、爭取防洪主動、創(chuàng)新洞庭湖防洪蓄洪方式打下基礎。根據(jù)防汛系統(tǒng)中長期預報，洞庭湖區(qū)尤應關注洪水類型，以及時爭取三峽補償調度。

研究表明，遇1996年、1998年、1999年洪水不分洪，洞庭湖堤防水位均會低于歷史最高值，但會超目前的設防水位運行，因此加強堤防防守，湖區(qū)防洪整體局面可控。洞庭湖區(qū)防守重點為，一是重點垸堤防有約600 km堤防透水地基，初步判斷提高水位運行時，近280 km粉細砂層的堤防須重點防守；二是四口河系地區(qū)受清水沖刷影響，易出現(xiàn)垮坡；三是未經(jīng)洪水考驗的蓄洪垸除險加固堤防；四是還沒有經(jīng)過系統(tǒng)整治的一般垸堤防。

考慮氣候變化、洪水組合和實時調度等的不確定性因素，防御1996年、1998年、1999年洪水，也應做好錢糧湖等三大垸及已建成具備運行條件的澧南、西官、圍堤湖三小垸蓄洪運用準備；對于湘資沅澧洪峰型超標準洪水，尾閭蓄洪區(qū)應隨時準備蓄洪運用。

★本文得到水利部公益性行業(yè)科研專項“變化環(huán)境下七里山水域高洪水位研究（20130108）”資助。

2016-06-20）

周柏林（1964-），男，湖南桃江人，研究員級高級工程師，水利部公益性行業(yè)科研專項“變化環(huán)境下七里山水域高洪水位研究（20130108）”項目負責人。