郑 静，张 虎
(长江水利委员会 水旱灾害防御局，湖北 武汉 430010)
长江流域水资源丰富，一般来说，汛期暴雨洪水频繁，旱情发生频率相对较低。但是受全球气候变化的影响，近几十年以来长江流域旱情发生的频率、强度都有增强的趋势[1-3]，如近20 a就发生了2006年的夏季干旱、2011年的冬春连旱、2013年的夏季干旱和2019年的秋季干旱等旱情。
干旱是一种自然现象，抗旱的目的不是消除干旱，而是减少干旱损失。一般来说，抗旱措施主要有工程措施和非工程措施[4]。工程措施旨在提高应对抗旱能力，如建设水库等水源工程、引调水等水资源配置(水网)工程以及小水窖、小水池、小泵站、小塘坝、小水渠等山区“五小”水利工程等；
非工程措施旨在减少干旱损失，如监测预报预警、水库联合调度、抗旱应急管理或救灾等。其中，实施水库群进行联合抗旱补水调度是一项重要的措施，能够充分发挥水库工程抗旱应对能力，在抗旱关键时刻发挥关键性作用。本文以2022年长江流域水库群抗旱补水调度为研究对象，概括2022年长江流域旱情基本情况，分析长江流域水库群抗旱补水调度方案及成效，并总结提出存在的问题和建议，对今后提升长江流域抗旱应对能力、开展抗旱补水调度提供相关经验参考。
2022年7月以来，长江流域出现历史罕见的极端气象、水文干旱。7～10月，长江流域累计面雨量291 mm，为1961年以来历史同期最少，较30 a均值偏少39%(长江流域7～10月降雨距平百分率见图1)，其中，7～8月长江流域累计面雨量174.8 mm，排历史同期最少，较30 a均值偏少44%，且较历史同期第2低年份明显偏少38.4 mm[5-6]。
图1 长江流域2022年7～10月降雨距平百分率Fig.1 Anomaly percentage of rainfall in the Yangtze River basin from July to October 2022
受降雨偏少影响，2022年7月以来，长江流域发生流域性严重枯水，其中中下游干流8月出现超100 a一遇枯水，月最低水位为有实测记录以来历史同期最低[7]。7～10月中旬，长江流域总来水量(大通站)2 220亿m3，较30 a同期均值偏少近50%。其中8～9月洞庭湖“四水”、鄱阳湖“五河”合成来水分别位居历史同期有实测记录以来倒数第2位、第5位，近40 a以来倒数第1位；
洞庭湖水位8月4日低于枯水位24.50 m，为1971年以来最早进入枯水期；
鄱阳湖水位8月6日低于枯水位12.00 m，提前100 d进入枯水期。6～9月，长江中下游主要站水位总体呈前期底水高、汛期丰枯转换剧烈、水位退势猛、各站水位相继退至历史同期最低值并持续下降的特点；
7月开始，长江中下游主要控制站水位由较多年同期偏高转为偏低，且偏低幅度逐渐加大，7月末，月最低水位均在历年同期月最低水位倒数前列。8月份，中下游水位持续消退，中下游干流主要站及两湖出口控制站最低水位较历史同期最小值偏低0.90～2.10 m。
受汛期反枯、长江中下游干流水位持续走低影响，沿江部分农业灌溉的涵闸泵站和个别城乡供水工程水位条件无法满足，不能正常取水。据统计，2022年8月25日旱情高峰时，长江流域耕地受旱面积442.13万hm2，有499万人、92万头大牲畜因旱供水受到影响，主要集中在重庆、四川、湖北、湖南、江西、安徽、河南、贵州、陕西、江苏10省(直辖市)。
以三峡水库为核心的长江流域水库群是目前世界上最大规模的巨型水库群。经过十多年来的研究与实践，长江流域水库群在防洪、供水、生态、发电、航运等方面取得了巨大的效益[8]。利用水库实施补水调度是抗旱的一项重要措施。三峡水库分别在2009年秋和2011年夏实施抗旱补水调度[9]，在防御长江中下游旱情中发挥了重要作用。
水利部高度重视2022年长江流域抗旱工作，及时启动干旱防御应急响应，以“确保旱区群众饮水安全、保障大牲畜饮水、保障秋粮作物灌溉用水”为目标，精准范围(针对长江中下游、鄱阳湖流域、洞庭湖流域旱区)、精准对象(旱区范围内群众饮水安全、大牲畜饮水需求和秋粮作物时令灌溉用水需求)、精准措施(科学精准调度水利工程)，实施长江流域水库群抗旱保供水联合调度专项行动。长江流域水库群抗旱补水调度示意见图2。
图2 长江流域水库群抗旱补水调度示意Fig.2 Schematic diagram of drought relief joint operation of muti-reservoirs in the Yangtze River Basin
2.1 第一次抗旱补水调度
(1) 用水需求分析。2022年8月上旬，长江中下游湖北、湖南、江西、安徽、江苏等省的大中型灌区的灌溉水源可基本保障，受旱耕地主要是分布在灌区末端和尚无灌溉设施的“望天田”，农作物受旱面积48.5万hm2；
21万人和1.5万头大牲畜出现人畜饮水困难，主要分布于以小型水库或山泉、溪流作为水源的地区，各级水利部门实施了延伸管网、新辟水源和拉水送水等综合措施，可基本满足用水需求。但是8月中下旬是长江中下游水稻等秋粮作物生长关键期，灌溉用水需求较大，枯水、旱情持续发展将影响部分沿江(湖)灌区农业灌溉取水，进而影响水稻等秋粮作物丰收。
(2) 前期水库群蓄水及调度情况。前期长江上游水库群为供水和发电均未蓄水。8月1～15日，长江上游控制性水库群向中下游地区补水53.0亿m3，其中上游水库群补水36.6亿m3，中游水库群补水16.4亿m3。截至8月15日，长江流域纳入联合调度的水库群蓄水量406亿m3，可用水量较2021年同期偏少10%，其中长江上游控制性水库蓄水量155.00亿m3、洞庭湖水系控制性水库蓄水量126.50亿m3、鄱阳湖水系控制性水库蓄水量41.46亿m3。
(3) 来水预测分析。根据当时预测分析，8月15～21日，长江上游西部、汉江有局地小雨或中雨，长江流域其余地区无明显降雨过程。8月下旬，嘉陵江岷江流域、汉江上游有一次中等强度的降雨过程。预计三峡水库未来一周来水波动缓退，8月中旬平均入库流量在12 000 m3/s左右，8月下旬平均入库流量在11 000 m3/s左右。未来一周长江流域控制性水库仍基本按保供水和供电要求控制出库流量。预计9～10月，长江流域降水偏少，其中，长江上游正常偏少，中下游偏少。
(4) 补水调度方案。8月15日00：00，三峡水库水位146.97 m。考虑三峡水库水位降至145.00 m后将不能满足电网保供电日内调峰调度需求，向中下游补水按最多补至145.50 m考虑，兼顾电网调峰调度需求。经多方案比选，拟定三峡水库逐步向下游补水至146.00 m运行，出库流量按11 900～12 500 m3/s控制，21日末三峡水库库水位146.00 m左右，三峡水库共补水4.8亿m3，金沙江乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水库接续向三峡水库补水3.5亿m3，长江上游水库群将向下游补水8.3亿m3。
同时，会同湖南省水利厅调度双牌、涔天河、欧阳海、水府庙、江垭、皂市等洞庭湖“四水”骨干大型水库，为下游灌区和城镇补水，保障农业灌溉和城乡居民生活用水安全；
会同江西省水利厅调度鄱阳湖水系的廖坊、大塅水库向下游补水，保障农作物生长关键期用水需求。
2.2 第二次抗旱补水调度
(1) 用水需求分析。根据长江中下游地区农业灌溉需求初步调查，2022年9月底前，湖北、湖南、江西、安徽、江苏5省“一江两湖”(长江中下游、洞庭湖、鄱阳湖)地区大中型灌区的灌溉用水高峰期集中在9月中旬，其中鄱阳湖区灌溉需求相对旺盛、洞庭湖区次之，长江干流引水的灌区当前基本可以满足灌溉需求。
其中，引长江干流水的大中灌区灌溉需求主要以湖北省10万多hm2(160多万亩)晚稻、6万多hm2(100多万亩)虾稻，江苏省33万多hm2(500多万亩)中稻为主，初步估算，9月12～18日湖北、安徽、江苏3省从长江干流取水的大中型灌区灌溉需水量约3.1亿m3。处于洞庭湖水系的湖南省大中型灌区，中稻已基本完成收割，晚稻处于抽穗扬花至乳熟期，初步估算，9月12～18日，洞庭湖区12万多hm2(180多万亩)晚稻灌溉需水量约1.03亿m3。处于鄱阳湖水系的江西省大中型灌区，现有中稻12.7万多hm2(190多万亩)，其中4万多hm2(60多万亩)即将收割不再灌溉，其余8.7万多hm2(130多万亩)处于灌浆期，另有8.7万多hm2(280多万亩)晚稻处于拔节孕穗至抽穗扬花的关键时期，初步估算，9月12～18日，灌溉需水量约2.05亿m3。
(2) 前期水库群蓄水情况。9月11日，长江流域纳入联合调度的水库群蓄水量418亿m3，可用水量较2021年同期偏少50%，其中长江上游控制性水库蓄水量205亿m3、洞庭湖水系控制性水库蓄水量101亿m3、鄱阳湖水系控制性水库蓄水量38亿m3。三峡水库9月上旬来水波动缓退，9月11日08：00三峡水库水位退至147.82 m。
(3) 来水预测分析。根据当时预测分析，9月中下旬长江上游及中下游降水量仍偏少，其中，除金沙江正常偏多外，嘉陵江、岷沱江及乌江均偏少。综合考虑未来降雨预测、前期土壤含水量、江河底水与中小型水库蓄水量明显偏低等情况，预计三峡水库9月中下旬天然来水较多年均值偏少40%，其中9月中旬平均入库流量约7 800 m3/s；
洞庭湖“四水”合成流量在15 00 m3/s左右，较多年同期均值偏少近60%；
鄱阳湖“五河”合成流量在850 m3/s左右，较多年同期均值偏少70%。
为保障长江干流航运安全和中下游供水安全，2023年4月前三峡水库水位应不低于155.00 m，且三峡水库出库流量最低在7 000 m3/s左右，按11月底长江上游水库群蓄水量、来水量预测和消落计划，较长江中下游供水安全和干流航运安全的用水需求仍存一定缺口。因此，长江上游水库群宜在满足中下游用水需求的基础上，尽量多拦蓄水量，以保障枯水期用水需求，做好抗长旱、抗大旱的水源储备。
(4) 补水调度方案。9月上旬三峡水库已向中下游补水约3.5亿m3。针对长江中下游地区农业灌溉需求，经多方案比选，拟定三峡水库出库流量9月12～13日按8 000 m3/s下泄，14～16日加大至9 000 m3/s下泄，预计共补水5.0亿m3以上，以减缓中下游干流水位的快速退水态势。
同时，会同湖南省水利厅调度东江、涔天河、双牌、欧阳海、柘溪、五强溪、凤滩、托口、江垭、皂市等“四水”干支流大型和中型水库，加大出库流量，计划向下游补水6.0亿m3；
会同江西省水利厅调度鄱阳湖水系35座大中型水库加大出库流量，计划向下游补水6.8亿m3，以保障“五河”及鄱阳湖沿线可能受影响乡镇生活用水和灌区用水需求。
3.1 第一次抗旱补水调度
(1) 调度过程。长江水利委员会(以下简称“长江委”)下发调度令调度三峡水库向长江中下游补水，同时调度雅砻江和金沙江下游梯级水库接续向三峡水库补水。截至2022年8月21日，长江上游控制性水库群共补水8.3亿m3，其中三峡水库共补水4.8亿m3，雅砻江和金沙江下游梯级水库接续补水3.5亿m3。湖南省调度湘资沅澧四水干支流骨干大中型水库群，累计补水18.5亿m3。江西省调度万安、峡江等鄱阳湖水系水库共补水8.9亿m3，累计增加入湖水量2.25亿m3。第一次抗旱补水调度期间三峡水库调度过程见图3。
图3 第一次抗旱补水调度期间三峡水库调度过程Fig.3 Operation hydrograph of Three Gorges Reservoir in the first drought relief joint operation of muti-reservoirs
第一次抗旱补水调度专项行动期间共补水35.7亿m3，其中长江上游梯级、洞庭湖“四水”、鄱阳湖“五河”水库群分别补水8.3亿，18.5亿，8.9亿m3。
(2) 补水成效。长江中下游沙市、城陵矶、汉口、湖口站较不补水情况下分别抬高0.40～0.10 m左右，维持了中下游沿江取水口的取水条件。2022年8月21日24：00，沙市、城陵矶、汉口、湖口站水位分别为32.51，23.22，16.74，9.54 m，比旱警水位分别高2.01，3.22，3.44，2.04 m，比枯水期最低水位分别高2.84，6.19，6.66，3.64 m。
据有关省份初步统计，在本次专项行动开展的农业灌溉关键期内，长江中下游沿线湖北、湖南、江西、安徽、江苏等5省共引水超过26亿m3，农村供水受益人口1 385万人，保障了353处大中型灌区灌溉农田190.4万hm2(2 856万亩)用水需求。
3.2 第二次抗旱补水调度
(1)调度过程。长江委下发调度令调度三峡水库出库流量2022年9月12～13日按8 000 m3/s下泄，14～16日加大至9 000 m3/s下泄，共补水6.8亿m3。湖南省调度湘资沅澧四水干支流骨干大中型水库群，累计补水11.0亿m3。江西省调度万安、峡江等鄱阳湖水系水库共补水8.1亿m3。第二次抗旱补水调度期间三峡水库调度过程如图4所示。
图4 第二次抗旱补水调度期间三峡水库调度过程Fig.4 Operation hydrograph of Three Gorges Reservoir in the second drought relief joint operation of muti-reservoirs
第二次抗旱补水调度专项行动期间共补水25.9亿m3，其中三峡水库、洞庭湖“四水”、鄱阳湖“五河”水库群分别补水6.8亿，11.0亿，8.1亿m3。
(2)补水成效。长江中下游沙市、城陵矶、汉口、湖口站较不补水情况下分别抬高1.00～0.30 m左右，维持了中下游沿江取水口的取水条件。沙市、城陵矶、汉口、湖口站受补水影响最大时水位分别为31.20，20.30，13.60，7.57 m，较不补水情况下抬高1.10，0.60，0.50，0.20 m，重点保障了长江中下游97万hm2(1 460万亩)秋粮作物灌溉用水需求。
4.1 存在的问题
(1) 干旱预报能力有待提升。干旱预报以中长期尺度预报为主，但目前存在预见期不够长、预报精度不够高的问题。在2022年旱情预测工作中，虽然7月份就提前预测了8月份开始长江流域降水将持续偏少，并提醒防范夏秋连旱风险，为旱情应对提供了有力支撑参考，但旱情已经开始发展，且已进入长江流域主汛期，流域水库群早已消落到位并在防洪限制水位附近运行，水库群存蓄水量已经不足，在一定程度上制约了后期抗旱补水调度。
(2) 旱区用水需求掌握不够精准。对沿江和洞庭湖、鄱阳湖分布灌区的基本情况、农业种植模式、不同时期灌溉用水指标等用水需求信息掌握不全面，对干支流取用水、引调水工程供水范围、对象、规模和取水口运行情况等信息了解不足，实施抗旱补水调度前均需要临时进行调查了解。
(3) 抗旱补水调度规则体系有待建立。目前长江流域抗旱补水调度相关规程方案还较为原则，即使三峡水库也基本是以对蓄水期和供水期的下泄流量作出相关要求，对当长江中下游发生较重干旱或出现供水困难时，只有“需实施水资源应急调度”的原则性要求，尚无明确的、可操作性强的流域层面抗旱应急调度体系。同时，由于水库抗旱补水调度对航运、电网稳定运行和后期发电等有一定影响[10]，抗旱作为调度目标之一的多目标联合调度相关研究还有待深入。
(4) 抗旱调度基础研究有待深入。目前支撑抗旱调度的连续干旱情况下的降雨-径流关系，枯水条件下长江干流主要控制站水位流量关系、径流传播时间，特枯水年、偏枯水年长江上游水库群联合蓄水调度方式，应对不同时间、不同区域、不同程度旱情的抗旱补水调度等基础研究也还较为薄弱，对抗旱工作支撑不足。
4.2 有关建议
(1) 强化旱情监测手段，建立健全流域全覆盖的降水、蒸发、河湖水情、土壤墒情的旱情感知体系，加强天气动力物理机制和旱情预报模型和方法研究，提高干旱预见期和预报精度；
加强流域供水、灌溉基础信息收集，强化气象干旱、水文干旱、农业干旱、社会经济干旱之间响应机制和信息需求分析。
(2) 加强长江中下游沿江(沿湖)城市水厂取水信息、主要引调水工程运行信息、灌区需水信息等收集分析与信息共享，并根据流域水利工程建设、河道河势变化等情况，开展沿江(沿湖)工程取水条件与用水需求的适应性分析。
(3) 建立健全抗旱补水调度规则体系，开展长江流域枯水和江河湖库旱情等级划分及预警体系研究，明晰汛前、汛期、汛末和蓄水期、供水期等不同时间以及长江上中下游等不同区域旱情下实施的抗旱补水调度策略，设定合理的抗旱补水调度条件，深入开展基于抗旱用水需求的水库群多目标联合调度相关研究与实践，努力实现抗旱调度成本最小化和综合效益最优化。
(4) 加强2022年旱灾和抗旱工作的总结，开展长江流域防御特大干旱对策与措施研究，指导地方加强沿江灌溉、供水取水口的改造；
开展连续干旱情况下的降雨-径流关系，枯水条件下长江干流沙市、螺山、汉口、大通等主要控制站水位流量关系和径流传播时间，提升枯水条件下预报调度一体化水平；
开展长江上游水库群联合蓄水调度研究，提出长江上游水库群联合蓄水次序、蓄水时机、蓄水进程等联合调度方案。
2022年，在水利部坚强领导下，长江委和流域各省(市)水利部门积极主动作为，充分利用水利工程抗旱保供作用，精细调度水库，科学应对旱情，有效保障了居民饮水安全和农业灌溉用水需求，实现了“大旱之年无大灾”的胜利。由于水库往往具有防洪、供水、生态、发电、航运等多项任务，其调度涉及多目标的协调，因此实施抗旱补水调度要统筹考虑水库多目标任务，且设定一定条件，要在下游需水的关键时期，适时实施抗旱补水调度，精细合理利用拦蓄水量，确保供水、灌溉等民生用水需求。同时，受旱地区也要采取提水、调水、打井、筑堰、延伸管网、组织社会力量拉水送水、节水等综合措施，精打细算、统筹配置当地水资源，不过度依赖水库抗旱调度补水。
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