長(zhǎng)江流域水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究

陳桂亞

（水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)防汛抗旱辦公室，430010，武漢）

長(zhǎng)江流域水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究

陳桂亞

（水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)防汛抗旱辦公室，430010，武漢）

2008年三峽水庫(kù)進(jìn)入175 m試驗(yàn)蓄水期，溪洛渡、向家壩等一批控制性防洪水庫(kù)也陸續(xù)投入運(yùn)行，標(biāo)志著長(zhǎng)江流域防洪、水資源綜合利用格局發(fā)生了重大調(diào)整。水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度涉及目標(biāo)、主體多元，關(guān)系、矛盾錯(cuò)綜復(fù)雜，事關(guān)防洪安全、能源安全、航運(yùn)安全、供水安全、生態(tài)安全，如何既從根本上解除長(zhǎng)江洪澇心腹大患、高效利用水資源，又走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路，支撐長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)、造福億萬(wàn)人民，是一項(xiàng)重大課題。介紹了長(zhǎng)江流域水庫(kù)群防洪興利聯(lián)合調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究成果，可為實(shí)時(shí)調(diào)度提供科學(xué)支撐。

水庫(kù)群；聯(lián)合調(diào)度；關(guān)鍵技術(shù)，長(zhǎng)江

Abstract:In 2008,the Three Gorges Reservoir entered into the 175m test storage period.A number of regulating flood control reservoirs,such as Xiluodu and Xiangjiaba,were put into operation one after another, marking that the flood control pattern of the Yangtze River Basin saw major adjustment.The joint operation of the reservoir group involves diversified targets and subjects,as well as complicated relationships and conflicts, and is related to flood safety,energy security,shipping safety,water supply safety and ecological security.It is a major issue to completely eliminate the fatal flood from the Yangtze River and make efficient use of the water resources while taking the path of ecological and green development to support the construction of the Yangtze River Economic Zone for the benefit of hundreds of millions of people.The research result of key technologies of flood control and joint operation of the reservoir group in the Yangtze River Basin is introduced to provide scientific support for real-time operation.

Key words:reservoir group;joint operation;key technology;Yangtze River

按照國(guó)務(wù)院批復(fù)的《長(zhǎng)江流域綜合規(guī)劃》，為治理長(zhǎng)江水患、開(kāi)發(fā)利用水資源，長(zhǎng)江流域相繼建成了一批大型水庫(kù)，目前已投入使用的36座大型水庫(kù)，總庫(kù)容近1 770億m3，興利庫(kù)容約920億m3，防洪庫(kù)容約590億m3，裝機(jī)容量達(dá)8 650萬(wàn)kW，多年平均發(fā)電量可達(dá)3 450億kWh，形成了世界上規(guī)模最大的水庫(kù)群，運(yùn)行調(diào)度涉及防洪、發(fā)電、航運(yùn)、供水、生態(tài)等多個(gè)目標(biāo)，難度空前。圍繞長(zhǎng)江流域水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度中的突出問(wèn)題，長(zhǎng)江委通過(guò)理論突破，技術(shù)攻關(guān)和工程實(shí)踐，在實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)、洪水情勢(shì)分析、防洪聯(lián)合調(diào)度、水資源高效利用以及系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了諸多成果。

一、長(zhǎng)江流域控制性水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)

長(zhǎng)期以來(lái)長(zhǎng)江委依托多項(xiàng)國(guó)家研究計(jì)劃和重大工程科研課題，聯(lián)合武漢大學(xué)等科研院所和三峽集團(tuán)公司等水庫(kù)運(yùn)行管理單位，經(jīng)十余年系統(tǒng)研究、技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用實(shí)踐，創(chuàng)建了一整套水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度先進(jìn)理論與方法體系，在關(guān)鍵技術(shù)方面取得了眾多突破。長(zhǎng)期的調(diào)度效果表明，水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度有效保障了流域防洪安全，支撐了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)和生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略。

1. 水庫(kù)群實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)關(guān)鍵技術(shù)

水文預(yù)報(bào)是水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度的基礎(chǔ)。大流域?qū)崟r(shí)洪水預(yù)報(bào)的關(guān)鍵在于洪水作業(yè)預(yù)報(bào)精度及其預(yù)見(jiàn)期，而復(fù)雜產(chǎn)匯流背景場(chǎng)的變化使得與洪水預(yù)報(bào)相關(guān)的物理概念形成了新的科學(xué)認(rèn)知問(wèn)題。實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)關(guān)鍵技術(shù)有效突破了面向巨型水庫(kù)群的大江大河實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)技術(shù)瓶頸，解決了實(shí)時(shí)調(diào)度中預(yù)報(bào)精度偏低、預(yù)見(jiàn)期短的技術(shù)難題，為水庫(kù)群防洪興利調(diào)度提供高精度的基礎(chǔ)輸入。主要包括：①研究多維時(shí)空尺度水文預(yù)報(bào)技術(shù)和河道型水庫(kù)庫(kù)區(qū)水面線預(yù)報(bào)方法，解決庫(kù)區(qū)水面線精確描述、變化模擬和預(yù)報(bào)的難題；②研究洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)校正方法，進(jìn)一步提高水文預(yù)報(bào)精度；③研究大流域水文預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)，解決建庫(kù)影響下流域水文預(yù)報(bào)難題。

2. 復(fù)雜河網(wǎng)條件下洪水情勢(shì)分析技術(shù)

認(rèn)識(shí)和揭示長(zhǎng)江流域的暴雨、洪水時(shí)空分布特性及洪水遭遇規(guī)律，是實(shí)施長(zhǎng)江水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度的基礎(chǔ)工作，復(fù)雜河網(wǎng)條件下洪水情勢(shì)分析技術(shù)科學(xué)辨析了未建庫(kù)與建庫(kù)條件下洪水差異及特點(diǎn)，為水利工程脅迫下長(zhǎng)河系、多阻斷復(fù)雜河網(wǎng)防洪調(diào)度提供安全邊界。①研究建立入庫(kù)洪水、壩址洪水和峰現(xiàn)時(shí)間相關(guān)性的多變量數(shù)學(xué)函數(shù)，解決了長(zhǎng)河系、多阻斷復(fù)雜河網(wǎng)洪水精確還原的難題；②研究推求建庫(kù)后長(zhǎng)江流域上游干支流主要控制站點(diǎn)的洪水過(guò)程，定量分析了水庫(kù)群建成運(yùn)用對(duì)主要控制站洪水調(diào)節(jié)作用與水文情勢(shì)影響的累積效應(yīng)，為長(zhǎng)江防洪實(shí)時(shí)調(diào)度提供了可靠的水文基礎(chǔ)。

3. 水庫(kù)群聯(lián)合防洪調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)

防洪調(diào)度是長(zhǎng)江水庫(kù)群綜合調(diào)度的重中之重。長(zhǎng)江流域洪水峰高、量大、歷時(shí)長(zhǎng)和遭遇組成復(fù)雜，長(zhǎng)江干支流、上下游防洪關(guān)系復(fù)雜，如何統(tǒng)籌協(xié)調(diào)好流域整體防洪與區(qū)域防洪的關(guān)系是長(zhǎng)江流域水庫(kù)群防洪調(diào)度的關(guān)鍵。長(zhǎng)江水庫(kù)群聯(lián)合防洪調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)研究了面向多區(qū)域防洪目標(biāo)和基于系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論的水庫(kù)群防洪調(diào)度協(xié)調(diào)技術(shù)，解決了長(zhǎng)江整體防洪與區(qū)域防洪耦合的建模難題，實(shí)現(xiàn)面向多區(qū)域防洪目標(biāo)的水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度。①以水庫(kù)群防洪調(diào)度整體效益最優(yōu)為目標(biāo)，探索多區(qū)域協(xié)同防洪的水庫(kù)群防洪庫(kù)容分配優(yōu)化組合，研究滿足上游支流重點(diǎn)地區(qū)、川渝河段、荊江河段、城陵磯地區(qū)、武漢地區(qū)等多區(qū)域防洪要求的長(zhǎng)江上中游水庫(kù)群多區(qū)域協(xié)同防洪調(diào)度方案，突破水庫(kù)群防洪調(diào)度工程實(shí)踐面臨的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。②綜合考慮上游來(lái)水情勢(shì)、中下游防洪形勢(shì)等眾多不確定性因素，研究洪水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模擬和水庫(kù)群多區(qū)域協(xié)同防洪調(diào)度模擬模型耦合技術(shù)，建立集成復(fù)雜不確定性因素的長(zhǎng)江上游水庫(kù)群聯(lián)合防洪實(shí)時(shí)補(bǔ)償調(diào)度模擬模型，研發(fā)了重點(diǎn)區(qū)域防洪的技術(shù)仿真和效果推演平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)研究成果對(duì)防洪實(shí)時(shí)調(diào)度的決策支持。③研究水庫(kù)群防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)與效益決策評(píng)估技術(shù)，建立水庫(kù)群聯(lián)合防洪補(bǔ)償調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分析不同頻率洪水下不同防洪補(bǔ)償調(diào)度方案對(duì)重點(diǎn)區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，提出適應(yīng)長(zhǎng)江上游水庫(kù)群大規(guī)模、強(qiáng)約束、多區(qū)域的防洪調(diào)度效益評(píng)估方法，為優(yōu)化水庫(kù)聯(lián)合防洪補(bǔ)償調(diào)度方案提供技術(shù)支持。

4. 水庫(kù)群水資源綜合高效利用關(guān)鍵技術(shù)

在保證長(zhǎng)江流域防洪安全的前提下，減少汛期棄水、提高汛末蓄滿率是水庫(kù)群水資源高效利用的關(guān)鍵。水庫(kù)群水資源綜合高效利用關(guān)鍵技術(shù)在確保防洪安全，協(xié)調(diào)發(fā)電、航運(yùn)、供水、生態(tài)、泥沙淤積等多目標(biāo)調(diào)度需求的前提下，攻關(guān)水庫(kù)群汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制方法和自適應(yīng)動(dòng)態(tài)蓄水調(diào)度技術(shù)，高效利用洪水資源，有效提高了水庫(kù)的汛末蓄滿率。①以保障流域防洪安全為前提，以提高洪水資源利用率為目標(biāo)，研究建立“預(yù)報(bào)預(yù)泄”方式下滿足多區(qū)域協(xié)同防洪要求的水庫(kù)群汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)模擬模型，研究水庫(kù)群汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制優(yōu)化組合，提出提高水資源綜合效益的水庫(kù)群汛期運(yùn)行水位動(dòng)態(tài)控制方案；②研究常遇洪水下水庫(kù)群洪水資源化風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控技術(shù)，在不降低流域防洪標(biāo)準(zhǔn)前提下，減小常遇洪水時(shí)水庫(kù)下游的防洪壓力，提高水庫(kù)群洪水資源利用效率；③研究水庫(kù)群防洪庫(kù)容動(dòng)態(tài)預(yù)留方式，實(shí)現(xiàn)汛末期防洪與蓄水的有機(jī)結(jié)合；④研究水庫(kù)群聯(lián)合蓄水調(diào)度時(shí)序技術(shù)，解決汛末集中蓄水和競(jìng)爭(zhēng)蓄水可能帶來(lái)的供水、生態(tài)、航運(yùn)等用水矛盾。

5. 水庫(kù)群防洪興利綜合調(diào)度一體化系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)技術(shù)

水庫(kù)群綜合調(diào)度一體化系統(tǒng)集成是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江流域水庫(kù)群綜合調(diào)度信息化的重要手段。流域水庫(kù)群防洪興利綜合調(diào)度一體化系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)技術(shù)通過(guò)建立流域水庫(kù)群防洪興利綜合調(diào)度一體化系統(tǒng)，解決了一體化調(diào)度系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)中系統(tǒng)規(guī)模和時(shí)空尺度龐大、硬件體系結(jié)構(gòu)和軟件邏輯復(fù)雜的技術(shù)難題，為長(zhǎng)江水庫(kù)群綜合調(diào)度應(yīng)用提供決策支撐，最終實(shí)現(xiàn)水資源的安全高效利用。①研究水庫(kù)群分布式數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、融合與大數(shù)據(jù)深度挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)群信息的快速共享與分發(fā)，支撐水庫(kù)群多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度大數(shù)據(jù)智能化業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求；②研究適應(yīng)大規(guī)模水庫(kù)群信息交互、預(yù)報(bào)調(diào)度、決策支持、動(dòng)態(tài)模擬、分析評(píng)估等應(yīng)用特色一體化的云平臺(tái)構(gòu)建共性關(guān)鍵技術(shù)，提供強(qiáng)有力的會(huì)商決策支持。

二、長(zhǎng)江流域水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度存在的問(wèn)題和面臨的挑戰(zhàn)

長(zhǎng)江流域水庫(kù)群運(yùn)行體系已基本形成，但目前水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度技術(shù)水平與長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略、新常態(tài)下經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和流域管理機(jī)構(gòu)依法治水管理等方面需求仍有一定差距。水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度研究尚處于起步階段，水庫(kù)群形成和運(yùn)行的時(shí)間還不長(zhǎng)，對(duì)水庫(kù)調(diào)度帶來(lái)的影響還需要加強(qiáng)認(rèn)識(shí)，要達(dá)到使全流域防洪、供水、灌溉、抗旱、發(fā)電、航運(yùn)和生態(tài)等多目標(biāo)綜合效益最大化，還有許多技術(shù)難題和管理問(wèn)題需要研究解決。

1. 水文泥沙規(guī)律認(rèn)識(shí)及水文預(yù)報(bào)有待加強(qiáng)

隨著流域水庫(kù)群數(shù)量的增多，調(diào)節(jié)水沙能力加強(qiáng)，水文泥沙演變規(guī)律需進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與研究。中期、延伸期、長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)精度有待提高。

2. 流域?qū)用娴姆篮槁?lián)合調(diào)度有待完善

除三峽工程外，長(zhǎng)江上游其他梯級(jí)水庫(kù)共預(yù)留了約140億m3的防洪庫(kù)容。這些水庫(kù)預(yù)留的防洪庫(kù)容除滿足所在河流的防洪要求外，還需配合三峽水庫(kù)分擔(dān)長(zhǎng)江中下游防洪任務(wù)，在長(zhǎng)江防洪體系中占有重要位置。岷江、嘉陵江、烏江、漢江等主要支流的聯(lián)合調(diào)度方案研究還顯不足，上游水庫(kù)群與中下游水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度工作還剛剛起步。

3. 基于水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度的流域水資源綜合利用有待加強(qiáng)

目前，對(duì)水庫(kù)群的蓄供水協(xié)調(diào)次序、蓄供水方式等方面等研究還不深入，聯(lián)合調(diào)度方案有待完善。同時(shí)，在水資源配置矛盾的協(xié)調(diào)方面，對(duì)流域?qū)用娴恼w考慮不足。

4. 水庫(kù)工程對(duì)流域水生態(tài)環(huán)境影響及對(duì)策有待探索

目前長(zhǎng)江流域水生態(tài)水環(huán)境調(diào)度尚處于起步階段，對(duì)流域?qū)用娴乃畮?kù)群水生態(tài)調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)及水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響等方面研究剛剛開(kāi)始，亟須進(jìn)一步加強(qiáng)聯(lián)合調(diào)度研究與實(shí)踐的工作。

5. 水庫(kù)群多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度工作剛剛起步

長(zhǎng)江流域水庫(kù)群具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)、供水、水環(huán)境與水生態(tài)保護(hù)等多種綜合利用目標(biāo)，調(diào)度過(guò)程中如何協(xié)調(diào)好多水庫(kù)、多地區(qū)、多部門(mén)的綜合利用需求和關(guān)系，需要進(jìn)一步深入研究，并不斷開(kāi)展調(diào)度實(shí)踐。

三、長(zhǎng)江流域水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究未來(lái)計(jì)劃

針對(duì)長(zhǎng)江流域水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度過(guò)程中存在的突出問(wèn)題，考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的變化需求，長(zhǎng)江委從流域管理的視角，按照國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的總體要求，以“維護(hù)健康長(zhǎng)江，促進(jìn)人水和諧”為基本宗旨，以《長(zhǎng)江流域綜合規(guī)劃（2012—2030年）》及水利部相關(guān)文件為依據(jù)，提出了長(zhǎng)江流域水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度研究頂層設(shè)計(jì)，以指導(dǎo)未來(lái)10～20年左右的長(zhǎng)江流域水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度研究和工作方向，促進(jìn)流域水庫(kù)群和水量統(tǒng)一調(diào)度和管理，提高長(zhǎng)江流域水庫(kù)群科學(xué)調(diào)度能力，保障長(zhǎng)江流域防洪安全、供水安全、生態(tài)安全。

1. 水文泥沙預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及調(diào)控方面

應(yīng)用定量降雨預(yù)報(bào)、水文氣象耦合、集合預(yù)報(bào)等技術(shù)，進(jìn)一步提高水文預(yù)報(bào)的精度和預(yù)見(jiàn)期。針對(duì)水庫(kù)群建成后的流域泥沙輸移新特點(diǎn)，推進(jìn)新水沙條件下的水庫(kù)群泥沙預(yù)報(bào)調(diào)度與模擬關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐。

2. 防洪減災(zāi)方面

重點(diǎn)研究并發(fā)展水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度技術(shù)、實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)防洪調(diào)度技術(shù)和長(zhǎng)江流域水庫(kù)群預(yù)留防洪庫(kù)容優(yōu)化技術(shù)并逐步應(yīng)用，在2020年前后明確長(zhǎng)江流域水庫(kù)群預(yù)留防洪庫(kù)容分配方式，編制具體防洪目標(biāo)的防洪調(diào)度方式。在水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)水庫(kù)與蓄滯洪區(qū)協(xié)同調(diào)度優(yōu)化技術(shù)的研究，并發(fā)展相應(yīng)的防洪調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)。

3. 水資源綜合利用方面

逐步厘清水庫(kù)對(duì)干流水、沙、河道形態(tài)的影響，以沿江重要城市和洞庭湖、鄱陽(yáng)湖地區(qū)為主要對(duì)象，開(kāi)展保障供水、水生態(tài)與水環(huán)境安全的水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度技術(shù)研究，同時(shí)，考慮流域發(fā)電、航運(yùn)聯(lián)合調(diào)度需求。

4. 多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度決策方面

深入開(kāi)展流域水庫(kù)群蓄、放水優(yōu)化調(diào)度模型，不同階段防洪與蓄水、供水的協(xié)調(diào)調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)研究。根據(jù)流域內(nèi)跨流域調(diào)水工程建設(shè)運(yùn)行情況，重點(diǎn)研究滇中引水、南水北調(diào)中線等跨流域調(diào)度工程均衡調(diào)水區(qū)和受水區(qū)利益的水庫(kù)群協(xié)同調(diào)度技術(shù)、跨流域調(diào)度影響評(píng)估技術(shù)等。同時(shí)注重對(duì)防洪、發(fā)電、供水、航運(yùn)、水環(huán)境水生態(tài)等水庫(kù)群多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)決策的技術(shù)攻關(guān)?！?/p>

[1]魏山忠，等.長(zhǎng)江水庫(kù)群防洪興利綜合調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2016.

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[3]郭生練，等.梯級(jí)水庫(kù)群洪水資源調(diào)控與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2012.

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Research on key technologies of joint operation of reservoir group in the Yangtze River Basin

//Chen Guiya

TV87

B

1000-1123（2017）14-0011-03

2017-07-21

陳桂亞，副主任，教授級(jí)高級(jí)工程師。

責(zé)任編輯 李建章