抗洪日记·系列三：当天幕撕裂：从水利体系再评洪水现状与影响.pdf

证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 未经许可，禁止转载 证 券 研 究 报 告 【 宏观专题 】 当天幕撕裂：从水利体系再评洪水现状与影响 抗洪日记系列三 前言 7 月即将进入下旬，而洪水仍在泛滥 ， 17 日“长江 2020 年第 2 号洪水”形成，湖北灾情加重，安徽、江西、太湖 流域 也继续发布洪水红色预警。当下降雨和洪灾情况究竟如何？我国过去 20 年的水利系统建设到底有多大发展 ？特别是三峡工程在本次防洪中究竟是如何运作，起到了多大作用？未来洪灾是会缓和还是更为严峻？这是我们在本篇抗洪日记系列三中尝试深入解答的问题，知其所以然，方能知其然。 水利系统究竟如何防洪 在遭遇洪水的关键时期，最重要的三大水利法宝是 堤防、水库、蓄滞洪区 。 堤防是首要和初道防线， 各个水文、水位站的水位是 观察堤防抗洪是否接近到了能力边界 的关键。 水库削峰填谷为二道防线， 面对时间、空间、防洪和兴利间的调蓄需求， 水库特征水位 是 权衡 水库调度的关键。 蓄滞洪区分洪 消化 则 是最后的选择。 三峡 作为长江中游最重要的水库，有能力抗击“万年一遇”洪水，我们特别分析了其在汛期前后、以及汛期下面对不同洪水量级的调度方案。 中国水利系统的发展 （一） 建国以来，中国水利系统的历史发展大致经历了五个阶段： 第 1 阶段 (1944-1977)，水利建设快速起步期； 第 2 阶段 (1978-1987)，水利建设相对停滞期； 第 3阶段 (1988-1997)，水利发展矛盾凸显期； 第 4阶段 (1998-2010)，水利改革发展转型期 ； 第 5 阶段 (2011-2020)：水利加快发展黄金期。 （二） 期间中国水利系统的防洪抗旱减灾能力发生了质的转变： 1、 江河堤防 对比 1978 年，长度翻倍，保护人口增加 50%；对比 1998 年，长度增长 35%，保护人口增加 35%。 2、水库水容 ：对比 1998 年，水库总座数虽然只增长了 16%，但总库容却提升了 81%。 3、蓄滞洪区 ：整体增长有限，但长江流域蓄洪能力提升。 4、江河治理： 1998 年以来，除了加快水库工程体系建设，地方也同时加速推进中小河流治理、病险水库除险加固等项目建设。 当下防洪形势和影响如何？ （一） 6 月至今洪水形势变化经历了三个阶段 第 1 阶段， 6 月 12 日 -7 月 1日，降雨增加，长江流域出现洪水，但干流水位尚未超警 ，受灾情况接近 2016年 。 第 2 阶段， 7 月 02 日 -7 月 13 日， 受灾情况进一步严重。 长江中下游持续降雨，干流水位全线超警， “长江 2020 年第 1 号洪水”形成， 江西、安徽受灾严重，三峡开始蓄水调度保护城陵矶地区。 第 3 阶段， 7 月 14 日至今，雨带 部分北移，下游降雨缓解但上游降雨持续，“长江 2020 年第 2 号洪水” 形成，湖北灾情加重，但下游的安徽、江西和太湖流域灾情也未能缓和 。 （二） 预计直至 8 月初，我国洪水形势都会比较严峻 从当下可得的资料和预测数据看，伴随我国进入“七 下 八 上 ”时期（ 即指每年的 7 月下旬到 8月上旬，我国华北、东北地区进入一年降水最为集中的一段时期） ，三大风险点（上游降雨持续 及北方进入雨季 、三峡水位快速上行、中下游江河堤防长期临水）显示今年有一定概率再发生全流域大洪水的情景。 江苏淮河及太湖流域受灾严重就已经呈现这一状况。预计直至 8 月初，我国洪水形势都会比较严峻，但得益于水利系统防洪能力增强，受灾严重程度应明显小于 1998 年。 （三） 洪水持续对经济的影响 对于经济基本面， 预计单月 固投 7 月增速小幅 升 至 4%-4.5%左 右，主要的回落项来自基建和地产 ， GDP 三季度增速 或较 基准情形下行 0.07%左右，影响较小。 对于通胀 ， CPI 方面，综合考虑洪水对蔬菜和猪肉价格的冲击，预计 7 月份 CPI 将二次摸高或将上行至 2.8%附近 。PPI 方面，三季度 PPI 跌幅还会继续小幅收窄。 对于水利建设 ， 未来国家或可能加强蓄滞洪区建设、河道崩岸治理、中小水库除险加固的水利项目建设，特别是在安徽、江西、江苏等地。 风险提示： 7 月底降雨量变化超出预期 证券分析师：张瑜 电话： 010-66500918 邮箱： zhangyu3hcyjs 执业编号： S0360518090001 联系人：杨轶婷 电话： 010-66500905 邮箱： yangyitinghcyjs 【华创宏观】显微镜下的经济复苏 2020 年中期策略 2020-06-24 【华创宏观】中美国债市场波动率比较及影响因素 大类资产配置框架系列七 2020-06-29 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图看设防水位、警戒水位、保证水位关系 . 5 图表 2 长江流域联合调度范围的 40 座控制性水库 . 6 图表 3 图看 水库特征水位关系 . 6 图表 4 水库工程建筑物的防洪标准 . 7 图表 5 图看三峡水库的关键水位和防洪库容 . 8 图表 6 三峡工程优化调度方案下的库容配置图示 . 8 图表 7 长江中下游干流关键水文站一览 . 9 图表 8 不同阶段三峡水库 不同调度方案下的水位变化情况 . 10 图表 9 长江流域蓄滞红区布局图 . 10 图表 10 1978 年以来我国江河堤防长度变化 . 12 图表 11 1978 年以来我国水库水容增长情况 . 12 图表 12 中国历年水利建设投资防洪工程完成额 . 12 图表 13 全国中小河流累计治理项目数量情况 . 12 图表 14 1988-1998 的 10 年，是我国洪涝灾害发生最频繁、受灾面积最广的时期 . 13 图表 15 6 月以来我国洪灾经历了 3 个阶段，汉口、九江水位在第 2 阶段快速上行，三峡水位在第 3 阶段快速抬升. 13 图表 16 2020 年 6 月下旬以来我国降水量的变化，以及与 2016 年对比来看，长江下游降雨量持续超于季节性 . 14 图表 17 长江中下游干流关键水文站一览 . 14 图表 18 7 月 17 日 -7 月 26 日的累积降水量预测 . 15 图表 19 7 月 27 日 -8 月 5 日的累积降水量预测 . 15 图表 20 7 月 18 日开始，三峡水库上游水位快速上涨 . 16 图表 21 汉口水位已经持续超警 2 周 . 16 宏观专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 5 一、水利系统究竟如何防洪 说到抗洪 工程 ，投资者们的第一反应就是水库大坝，但水利系统抗洪实际上涉及到河道堤防、水库、水闸、蓄滞洪区、排水系统等一系列工程。其中在遭遇洪水的关键时期，最重要的 三大水利法宝 是堤防、水库、蓄滞洪区 ，堤防是首要和初道防线、水库削峰填谷为二道防线，蓄滞洪区分洪消化是最后的选择。 下面我们就具体聊聊三大法宝是如何调洪的。 （一） 堤防：约束洪水 暴雨和洪水来临初期，河道作为水流宣泄的第一渠道，水位会出现快速上涨。要提高调洪抗洪能力，修筑河道堤防来增加河道泄洪量是必要举措。通过加固加高堤防，约束水流、加快大水量下泄、 抵抗风浪海潮。一般来说，堤防加固工程 还 会结合河道治理工程同步进行，包括疏浚河道、裁弯取直、改建退建等。 如何观察堤防抗洪是否接近到了能力边界？ 各个水文 、 水位站的水位观测起到了重要作用。堤防作为抗洪的 初道防线，结合 气象部门的降水预测，是水利部门决定水库如何蓄洪调度、乃至蓄滞洪区是否使用的关键。 河道水位有三条线：设防线、警戒线、保证线 。 按洪水严重程度 从低到高 ，具体排序说明如下： 1）设防线， 是 汛期江水漫滩或到堤脚时的水位。到此水位管理单位要做好防汛准备，开始在堤上布设巡堤查险人员，从日常的管理工作进入防汛岗位 ； 2）警戒线， 是 根据堤防质量、渗流现象以及历年防汛情况， 认为 有可能开始出现险情的水位。到达该水位，要进行防汛动员，加大人力、物力投入，实行昼夜巡堤查险 。也是多数水位站判定是否出现编号洪水的标准 ； 3） 保证线， 汛期堤防及附属工程能保证运行的上限洪水位，又称防汛保证水位和设计水位。接近或到达该水位时，堤防随时可能出险， 防汛进入全面紧急状态， 堤防临水时间已长，堤身土体可能达饱和状态 。这时要密切巡查，全力以赴，确保堤防安全。 图表 1 图看 设防水位、 警戒水位、 保证水位 关系 资料来源： 中国防汛抗旱 公众号 （二） 水库：调蓄洪水 我国水资源时空分布不均衡，不少江河常年都受到洪水威胁，因此面对洪水，仅仅有堤防显然不够，需要修建水库调蓄水量。 但水库的调控实际非常复杂，在时间上 ， 需要平衡一年中的枯水期、丰水期乃至 做到 短期降雨 错峰的调宏观专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 6 节； 在空间上 ， 需要平衡上游下游的调度需求， 考虑上游的工农业生产库内蓄水需要加以控制，考虑下游河道安全则泄洪量不能过大； 在功能上 ， 需要平衡抗洪和兴利的职能，抗洪要求水库在洪水来临前腾挪足够库容，兴利则要求水库要保持一定蓄水量。 图表 2 长江流域联合调度范围的 40 座控制性水库 资料来源： 水利部 为了在多重平衡间设定一个客观的调度标准，水库都会根据自身情况设定 一个 调度方案做参考。何时蓄水，何时泄洪，关键要看各种 水库特征水位 ： 图表 3 图看 水库特征水位 关系 资料来源： 中国防汛抗旱 公众号 1）死水位： 死水位 是 水库在正常运用情况下，允许消落的最低水位，又称设计低水位。 日调节水库在枯水季节水位变化较大，每 24 小时内将有一次消落到死水位。年调节水库一般在设计枯水年供水期末才消落到死水位。多年调节水库只在多年的枯水段末才消落到死水位。水库正常蓄水位与死水位之间的变幅称 水库消落深度 。 宏观专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 7 对应有 死库容 ， 指死水位以下的水库容积，又称垫底库容。一般用于容纳淤沙、抬高坝前水位和库区水深。 在正常运用中不调节径流，也不放空。只有因特殊原因，如排沙、检修和战备等，才考虑泄放这部分容积。 2）正常蓄水位 （兴利水位） ： 正常蓄水位是水库在正常运用情况下，为满足兴利要求应在开始供水时蓄到的高水位，又称正常高水位，兴利水位。对应有兴利库容 ，即调节库容。正常蓄水位至死水位之间的水库容积 ， 用以调节径流，提供水库的供水量或水电站的出力。 3）防洪限制水位（汛期限制水位）：汛期限制水位指水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位 ， 在常规防洪调度中是设计调洪计算的起始水位。 汛期限制水位是根据水库综合效益、洪水特性、防洪要求和调度原则，在保证工程安全的前提下经分析计算确定的。 简单的理解，水库虽然要为了兴利蓄水，但在汛期为了给未来可能发生的洪水预留空间，水位不可以高出防洪限制水位 ， 会 低于非汛期的正常蓄水位。 4）防洪高水位： 防洪高水位是水库遇到下游防护对象的设计标准洪水时，在坝前达到的最高水位。 只有当水库承担下游防洪任务时，才需确定这一水位。 简单的理解，从防洪限制水位到防洪高水位的空间，意味着一个水库在应对下游防洪需求时可以蓄洪的部分，这 一部分就是 防洪 库容 。在两个水位之间，蓄洪和泄洪节奏，取决于下游洪水的程度。 5） 设计洪水位： 设计洪水位是当水库遇到大坝的设计洪水时，在坝前达到的最高水位。它是水库在正常运用情况下允许达到的最高水位。 6）校核洪水位： 水库的校核洪水位是水库遇到大坝的校核洪水时，在坝前达到的最高水位，它是水库在非常运用情况下，允许临时达到的最高洪水位，是确定大坝顶高及进行 大坝安全校核的主要依据。 校核洪水位和防洪限制水位间的空间是一个水库在汛期洪水时能调蓄的最大水量，成为 调洪库容。 一旦越过校核洪水位，水库大坝本身有巨大危险。 注：设计洪水 是水工建筑物在正常运用情况下能防御的最大洪水。 校核洪水 是水工建筑物在非常运用情况下所能防御的最大洪水 。正常运用指工程正常运行机能稳定，非常运用指工程 正常运行机能破坏，但主要建筑物必须保证安全（大坝、溢洪道）。 按照水利工程不同、建筑级别不同、所处地形不同，设计洪水和校核洪水对应的洪水标准（按重现期定义）不同。 对应的看，可以说校核洪水位是水库大坝极限的极限。 图表 4 水库工程建筑物的防洪标准 资料来源： 水利部 宏观专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 8 特别案例：三峡 1、三峡的水库特征水位 首先， 了解 三峡 的各项水库特征水位： 三峡大坝的正常蓄水位为 175m，设计洪水位也为 175m，校核洪水位为 180.4m，最大坝高 181m，坝顶高程 185，防洪库容为 221.5 亿 m 。 图表 5 图看三峡水库的关键水位和防洪库容 图表 6 三峡工程优化调度方案下的库容配置图示 资料来源： 新华网 资料来源： 新华网， 华创证券 2、三峡的防洪调度目标 其次，了解三峡 的防洪调度目标。 三峡工程 的主要防洪目标是对荆江防洪 ， 在 保证荆江安全前提下，兼顾对城陵矶地区的调度。 对“百年一遇”“千年一遇”“万年一遇”洪水的防洪 目标分别 如下： 对“百年一遇”洪水： 即当洪峰流量超过 83700 m /s，三峡通过调度可使湖北枝城流量不超过 56700 m /s，沙市水位不超过 44.5m。到此时应当还有较大的调度空间，三峡蓄水位为 166.7m，蓄滞洪水量 143.3 亿立方米低于防洪库容，且不需要启用荆江分洪区和其他分洪区。 对“千年一遇”洪水： 即当洪峰流量超过 98800 m/s，三峡通过调度依然能保证荆江大堤安全，甚至是面对 1870年大洪水（洪峰流量超过 105000 m/s），汉江平原也可避免毁灭性灾害。但是此时需要三峡和荆江等多个分蓄洪区联合调度。 对“万年一遇 +10%”洪水： 即当洪峰流量超过 124300 m/s（三峡历史上尚未发生过），三峡大坝本身仍能确保安全。 3、三峡的防洪调度方式 最后，了解三峡具体的防洪调度方式。分为汛期前、汛期期间、汛期后三个阶段 : 汛期前 ： 三峡水库视长江中下游来水情况 均匀消落水库水位，一般是自 5 月 25 日开始 从枯期消落低水位 155m，到 6 月 10 日降至防洪限制水位 145m（ 相当于 每天水位下降速率按 0.6m 控制）。 汛期 期间： 6 月进入汛期后，根据上下游情况，实时调度 ，这里又具体分为四个情景： 情景 1：没有出现洪水。 不 要求 因防洪要求拦蓄洪水时，原则上水库水位应按防洪限制水位 145m 控制运行， 为利用来水，在没有洪水风险的情况下（ 沙市水位在 41m 以下，城陵矶水位在 30.5m 以下 ，三峡水库来水流量小于 25000 m/s），运行上限可以到 146.5m。 宏观专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 9 图表 7 长江中下游干流关键水文站一览 资料来源： 水利部，华创 证券 情况 2：长江中下游发生洪水，兼顾对城陵矶地区进行防洪补偿的调度方式。 1） 前提是长江上游洪水不是很大，不需要为荆河江段防洪大量蓄水，而城陵矶（莲花塘站）水位将超过长江干流堤防设计水位，需要三峡拦洪以减轻压力。 2）如果三峡水位低于 155m， 则按控制 城陵矶水位 不高于保证水位（ 34.4m）进行补偿调节，水库当日下泄量为当日荆江河段防洪补偿的允许水库泄量和第三日城陵矶地区防洪补偿的允许水泄量二者中的较小值； 3）如果三峡 水位高于 155m， 则三峡的调度模式则需要从情景 2 切换到情景 3，不再兼顾对城 陵矶地区的防洪补偿调度。 （背后原因是荆江河段才是三峡防护的最主要江段，三峡需要给荆江河段保留蓄洪容积，而不不能一味的给城陵矶地区调洪） 情景 3：长江上游发生洪水，对荆江河段进行防洪补偿 的调度方式。 1）如果三峡水位低于 171m， 按 沙市站水位 不高于 44.5m 控制水库下泄流量； 2） 如果三峡水位在 171m-175m 之间， 控制补偿枝城流量不超过 80000 m/s， 控制沙市站水位不高于 45m； 情景 4：三峡本身水位上升到 175m，开始实施保证枢纽安全的防洪调度方式 ，不再为荆江进行防洪补偿调度。原则上按枢纽全部泄流能力泄 洪，但泄量不得超过上游来水流量 （相当于 三峡在 1775m 高水位情况下，应首先保证本身的枢纽安全，但是 也不能让水库水位下降，保留在 175m 左右的水准 ） 。 汛期后： 水库开始兴利蓄水时间不早于 9 月 15 日，具体时间 需由管理部门根据当年情况确认， 再经国家防总批准后执行。一般情况下， 9 月 25 日水位不超过 153m， 9 月 30 日水位不超过 156m， 10 月底可蓄至汛后最高蓄水位。如果蓄水期间，仍有预报沙市、城陵矶水位超警的情况，或者三峡 来 水流量达到 35000 立方米 /s，暂停蓄水兴利，按防洪要求调度。 宏观专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 10 图表 8 不同阶段三峡水库不同调度方案下的水位变化情况 资料来源： wind，长江水利网， 华创证券 （三） 蓄滞洪区：缓和洪水冲击 蓄滞洪区是防洪体系中“最后一道保险”，是国家为保护重点地区免受水患，不得已划定的“主动受灾区”，多是洼地和湖泊。 目前我国的蓄滞洪区有 98 处， 多建成于上世纪五六十年代江河缺乏大坝的时期， 用以 分担河道压力。但蓄滞洪区使用 较少 ，特别是三峡大坝建成后，三峡以下河段面对洪水时也多 依赖 三峡调控。 因此蓄滞洪区内的居民经年累月的增加，真正需要应用蓄滞洪区 时 ，调度 难度 、地方分配难度、经济损失都在增加 。 图表 9 长江流域蓄滞红区布局图 资料来源： 水利部， 华创证券