長(zhǎng)江上游梯級(jí)水庫(kù)群多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度技術(shù)

仲志余

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，武漢 430010）

長(zhǎng)江上游梯級(jí)水庫(kù)群多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度技術(shù)

仲志余

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，武漢 430010）

“長(zhǎng)江上游梯級(jí)水庫(kù)群多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度技術(shù)”項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2016YFC0402200）研究于2016年啟動(dòng)，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)11 000萬(wàn)元，其中自籌經(jīng)費(fèi)8000萬(wàn)元。項(xiàng)目負(fù)責(zé)單位為長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為仲志余。本項(xiàng)目集合了長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司、中國(guó)水利水電科學(xué)研究院、長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局、南京水利科學(xué)研究院、武漢大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司、中國(guó)科學(xué)院水工程生態(tài)研究所、長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院、河海大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所、四川大學(xué)、大連理工大學(xué)、華北電力大學(xué)、湖北工業(yè)大學(xué)、長(zhǎng)江水資源保護(hù)科學(xué)研究所等一批水庫(kù)群調(diào)度領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)單位，共計(jì)19家。

長(zhǎng)江橫跨我國(guó)西部、中部和東部，溝通內(nèi)陸和沿海，幅員遼闊，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)達(dá)地區(qū)之一。長(zhǎng)江流域水系龐大，水量豐沛，年均水資源總量為9660億m3，占全國(guó)總水量的35.1%。截至2015年，長(zhǎng)江上游地區(qū)水庫(kù)總調(diào)節(jié)庫(kù)容達(dá)700多億m3，防洪庫(kù)容逾400余億m3，預(yù)計(jì)在2030年前后，總調(diào)節(jié)庫(kù)容將超過(guò)1000億m3，防洪庫(kù)容500余億m3，對(duì)流域洪水及徑流的調(diào)節(jié)作用更加顯著。目前，我國(guó)水利水電工程已從大規(guī)模建設(shè)階段進(jìn)入到綜合運(yùn)行管理的轉(zhuǎn)型關(guān)鍵期，水利水電工程運(yùn)用外部條件逐漸發(fā)生變化，同時(shí)新常態(tài)下長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)流域水利支撐能力提出了新的更高的要求，故需針對(duì)水庫(kù)調(diào)度實(shí)踐面臨的新格局、新特征、新需求、新變化，緊緊圍繞長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，以突破水庫(kù)群多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度面臨的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題理論障礙和工程應(yīng)用支撐技術(shù)瓶頸為總目標(biāo)，攻克梯級(jí)水庫(kù)群防洪、發(fā)電、供水、生態(tài)、應(yīng)急等綜合調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)，建立水庫(kù)群多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度與風(fēng)險(xiǎn)決策的理論、技術(shù)與方法體系，提升我國(guó)水資源開(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域的創(chuàng)新能力，為保障長(zhǎng)江流域水資源安全高效利用提供強(qiáng)有力的科技支撐。

長(zhǎng)江上游流域梯級(jí)水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度問(wèn)題因素眾多、情況復(fù)雜，正朝著多尺度、多層次、多目標(biāo)方向發(fā)展，其優(yōu)化運(yùn)行從單一時(shí)空尺度、單目標(biāo)最優(yōu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺儠r(shí)空尺度下防洪、供水、生態(tài)、發(fā)電及航運(yùn)綜合效益最優(yōu)，同時(shí)面臨來(lái)自水文氣象、調(diào)度模式、供需矛盾、電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等諸多方面的影響和風(fēng)險(xiǎn)。為此，本項(xiàng)目擬對(duì)以下四方面開(kāi)展系統(tǒng)性深入研究，相關(guān)研究路線如圖1所示。

（1）多阻斷大流域非一致性水文預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)

梯級(jí)水庫(kù)群建成投運(yùn)在一定程度上干擾了流域水文自然循環(huán)過(guò)程，使水文預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的精確性和有效性受到極大影響，因此，本項(xiàng)目將針對(duì)變化環(huán)境下不同物理背景水文模型的局限性，揭示長(zhǎng)江上游梯級(jí)水庫(kù)群建成運(yùn)行影響下水文循環(huán)時(shí)空演變規(guī)律，提出反映“氣—陸—庫(kù)—水”系統(tǒng)之間物質(zhì)、能量和信息反饋機(jī)制以及耦合作用機(jī)理的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法，以提高水文預(yù)報(bào)精度并延長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期。

（2）梯級(jí)水庫(kù)群防洪、供水、生態(tài)、發(fā)電四大基本調(diào)度

長(zhǎng)江上游梯級(jí)水庫(kù)群規(guī)模龐大，且存在復(fù)雜的水力、電力聯(lián)系，傳統(tǒng)基于設(shè)計(jì)運(yùn)行調(diào)度規(guī)程的單庫(kù)調(diào)度模式無(wú)法實(shí)現(xiàn)梯級(jí)水庫(kù)群防洪、供水、生態(tài)、發(fā)電效益的充分發(fā)揮，因此，本項(xiàng)目將研究水庫(kù)群防洪庫(kù)容優(yōu)化分配策略，揭示上游水庫(kù)群調(diào)度方式與中下游不同區(qū)域用水需求間的映射關(guān)系，解析庫(kù)群調(diào)度導(dǎo)致的復(fù)雜水流流態(tài)和水溫變化對(duì)江河湖庫(kù)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)宏觀和微觀過(guò)程的作用機(jī)理，探明庫(kù)群多維時(shí)空尺度調(diào)度模型的耦合途徑和方式，科學(xué)合理制定庫(kù)群防洪、供水、生態(tài)、發(fā)電調(diào)度方案。

（3）梯級(jí)水庫(kù)群聯(lián)合蓄放水調(diào)度及應(yīng)急調(diào)度兩大關(guān)注焦點(diǎn)

長(zhǎng)江上游水庫(kù)群調(diào)節(jié)庫(kù)容巨大，汛末競(jìng)爭(zhēng)蓄水將帶來(lái)欠蓄、欠發(fā)等一系列問(wèn)題，為此，本項(xiàng)目將開(kāi)展流域混聯(lián)水庫(kù)群蓄放水規(guī)律研究，闡明來(lái)水不確定影響下聯(lián)合蓄放水方案防洪風(fēng)險(xiǎn)與興利效益的量化關(guān)系，制定基于分區(qū)控制的水庫(kù)群汛末聯(lián)合蓄水方案；同時(shí)，針對(duì)應(yīng)急調(diào)度具有事故來(lái)源多樣性、時(shí)效性要求高、與常態(tài)調(diào)度協(xié)調(diào)難度大等特點(diǎn)，開(kāi)展突發(fā)水安全事件的精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、快速及協(xié)同應(yīng)急預(yù)警調(diào)度方式研究。

（4）梯級(jí)水庫(kù)群多目標(biāo)調(diào)度模型集成及應(yīng)用平臺(tái)研發(fā)

針對(duì)庫(kù)群多目標(biāo)模型集成問(wèn)題，本項(xiàng)目將研究以多主體之間競(jìng)爭(zhēng)博弈關(guān)系和嵌套關(guān)系為基礎(chǔ)的綜合調(diào)度集成方法與技術(shù)；此外，針對(duì)流域大規(guī)模水庫(kù)群多目標(biāo)調(diào)度功能業(yè)務(wù)面臨的數(shù)據(jù)多源異構(gòu)、功能業(yè)務(wù)間耦合度高的難題，研究突破傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析模式對(duì)庫(kù)群多源時(shí)空數(shù)據(jù)的應(yīng)用制約，提出混合云架構(gòu)的水庫(kù)群智能云服務(wù)平臺(tái)集成技術(shù)，構(gòu)建面對(duì)庫(kù)群多目標(biāo)調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)化模型架構(gòu)體系。

長(zhǎng)江上游水庫(kù)群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，可以大大降低長(zhǎng)江中下游蓄滯區(qū)的使用范圍和頻次，有效保護(hù)長(zhǎng)江中下游人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，減少機(jī)會(huì)成本，預(yù)計(jì)可取得以下效益：流域洪災(zāi)損失率減少10%；可以提高長(zhǎng)江中下游干流、兩湖及長(zhǎng)江口供水保證率，長(zhǎng)江中下游干流主要控制斷面枯期平均流量增加500～1000m3/s，水庫(kù)群水量利用率提高3%～5%；水庫(kù)群年發(fā)電量可增加5%～8%，較設(shè)計(jì)電量增約240億～300億kWh，經(jīng)濟(jì)效益巨大，且相當(dāng)于每年減少原煤消耗1110萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放2337萬(wàn)噸，減少二氧化硫排放約12.2萬(wàn)噸，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)承諾在2020年將單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的減排目標(biāo)做出巨大貢獻(xiàn)；同時(shí)，可應(yīng)對(duì)突發(fā)水安全事件和極端氣候引發(fā)的生態(tài)安全問(wèn)題，改善江湖關(guān)系，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江流域重要生物種群生境和干支流水質(zhì)的有效保護(hù)。

綜上所述，實(shí)行長(zhǎng)江上游水庫(kù)群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，在形成戰(zhàn)略水資源基地、優(yōu)化我國(guó)水能資源配置、防御洪澇旱等自然災(zāi)害、改善生態(tài)環(huán)境、確保黃金航道通暢、增強(qiáng)城市供水安全和調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等方面，可發(fā)揮巨大的作用；此外，還可為電網(wǎng)提供充足的調(diào)峰和備用容量，增強(qiáng)電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定性，保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，具有顯著的社會(huì)效益。通過(guò)本項(xiàng)目合理的技術(shù)路線設(shè)計(jì)和成果凝練，可形成一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)水庫(kù)調(diào)度成果，并可起到示范和推廣作用，能夠持續(xù)不斷地為我國(guó)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步提供有力支撐。

圖1 項(xiàng)目研究路線圖

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.06.114

仲志余（1965—），男，水文學(xué)及水資源博士，長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司副院長(zhǎng)，教授級(jí)高級(jí)工程師，Email: zhongzhiyu@cjwsjy.com.cn。