漢江流域引調水工程及水庫統(tǒng)一調度模型研究

馬立亞　沈曉鈞　雷靜　吳澤宇　李書飛

摘要：針對漢江流域調度對象多、調度規(guī)則復雜的問題，建立了漢江流域引調水工程及水庫統(tǒng)一調度模型。模型將漢江流域概化為由干支流控制性水庫、引調水工程、沿線用水地市、控制斷面組成的水資源調度系統(tǒng)。模型由信息服務模塊、漢江干支流控制性水庫群調度模塊、漢江干流分段水資源調度配置模塊組成，各模塊間通過數(shù)據(jù)關聯(lián)的形式進行耦合。模型采用模塊化結構，可擴展性強，集成了最嚴格水資源管理制度中用水總量控制指標體系和水量分配方案等約束條件，可分河段、分區(qū)域實現(xiàn)水資源調度配置目標。模型對人工經(jīng)驗計算方式進行了優(yōu)化，為規(guī)范化、智能化地開展?jié)h江流域水資源調度管理提供技術支撐。

關鍵詞：水資源調度;調度模型;漢江流域;南水北調中線工程;水庫

中圖分類號：TV213文獻標志碼：A

Abstract：The Hanjiang River is the water source of the Middle Route of the South-to-North Water Transfers Project and other important diversion projects.A integrated water regulation of the Hanjiang River Basin is of great interests for the optimal allocation and regulation of water resources. This paper introduced a integrated water regulation model for water transfers projects and reservoir management to address this problem.The model divided the Hanjiang River Basin into a water resources regulation system，consisting of reservoirs on main stream and branches，water transfers projects，cities and control sections.The model was composed of three modules：information service module，controlling reservoir of Hanjiang main stream and tributary operation module，and subsection water resources dispatching and allocation module.Each module was then coupled to form the model.The model was modularized and can be easily extended.It also integrated the total water consumption，control index，water resources management system，and water quantity allocation program，and realized subsection and sub region water resource allocation and regulation targets.The model，optimization of artificial experiences，provided technical support for water resources regulation and management of Hanjiang River Basin.

Key words：water resources regulation;water regulation model;Hanjiang River Basin;Middle Route of South-to-North Water Transfers Project;reservoir management

漢江流域地處我國中部腹地，是長江中游最大支流，也是南水北調中線工程等重要引調水工程的水源地。漢江流域水資源開發(fā)利用與保護對保障流域內(nèi)外國民經(jīng)濟發(fā)展用水安全至關重要。目前，南水北調中線一期工程已于2014年12月建成通水并發(fā)揮供水效益[1]，陜西省引漢濟渭工程已開工建設，引江濟漢工程已建成通水。漢江流域水量調度需統(tǒng)籌考慮引調水工程與流域控制性水庫的統(tǒng)一調度，調度對象眾多，調度規(guī)則復雜，協(xié)調難度較大[2]。

流域水資源統(tǒng)一調度需要開展流域尺度的水資源供需平衡分析，并統(tǒng)籌考慮流域內(nèi)外用水和流域內(nèi)控制性水庫、引調水工程等眾多因素和調度主體，需要從全局的角度考慮問題，已不再局限為單一水利工程或局部地區(qū)，調度決策影響范圍呈現(xiàn)多區(qū)域、流域性特征。20世紀40年代以來，水資源系統(tǒng)調度技術得到了快速的發(fā)展，國內(nèi)逐步開展了黃河數(shù)字流域模型的研究[3-5]、黑河水量調度方案編制[6]及水資源實時調度系統(tǒng)的開發(fā)[7]、塔里木河流域水量優(yōu)化調度模型研究[8]等多項水資源調度工作，針對漢江流域已形成了梯級水庫群優(yōu)化調度模型[9-10]、丹江口水庫調度規(guī)程[11-13]、南水北調中線一期工程水量調度方案[14-15]等成果。目前，我國以流域為單位的水資源統(tǒng)一管理和調度的格局已初步形成[16]，但仍存在一些不足，如長期水文預報的精度有限[17-18]、調度多目標尋優(yōu)困難，特別是缺乏規(guī)范化、智能化的調度決策平臺等，無法快速形成標準化的流域水資源統(tǒng)一調度方案，增加了調度實施的難度。

用水總量控制指標方面，模型對流域及流域內(nèi)各省級行政區(qū)的用水總量進行限制，使其不超過用水總量控制指標及流域水量分配方案中各省級行政區(qū)分配的水量。

控制斷面指標方面，模型通過開展水利工程水量統(tǒng)一調度，對控制斷面最小下泄流量、下泄水量進行調控，有效保障了水量分配方案中明確的控制斷面調度指標的實現(xiàn)。

（3）分河段、分區(qū)域實現(xiàn)水資源調度配置目標。

模型按照控制斷面將漢江干流分為若干河段。各河段以控制斷面下泄流量、下泄水量等要求為調度的邊界條件，根據(jù)流域用水、水庫及引調水工程調度計劃和控制斷面管理指標要求進行區(qū)域供用水平衡，在考慮水利工程調度的基礎上，實現(xiàn)流域分河段、分區(qū)域水資源調度配置目標。

3 模型應用效果分析

漢江流域引調水工程及水庫統(tǒng)一調度模型具有控制性水庫群調節(jié)計算和分省級行政區(qū)、分河段水資源調度配置功能，可適應長系列或中、短期流域水量調度。模型可應用于漢江全流域及區(qū)域水資源調度配置，提高了水量調度計算的效率及科學性。

模型在每年的漢江年度水量調度計劃的編制中發(fā)揮了重要的技術支撐作用。隨著流域水資源管理工作的不斷深入，自2014年以來，水利部每年組織長江水利委員會編制漢江年度水量調度計劃，根據(jù)下一年度漢江來水預報，漢江沿線各省級行政區(qū)上報的用水計劃、控制性水庫上報的調度計劃等開展計算，確定下一年度漢江流域沿線供水計劃、水庫及引調水工程的水量調度計劃、控制斷面下泄流量過程等。漢江年度水量調度計劃的編制需統(tǒng)籌流域內(nèi)外用水和各大型水利水電工程的調度，涉及大量基礎數(shù)據(jù)的處理和計算、分析工作。采用人工經(jīng)驗編制的方式比較耗時費力。

為檢驗模型的可靠性和科學性，將人工經(jīng)驗編制的方式與采用模型計算兩種方法進行對比。以《漢江2015-2016年度水量調度計劃》[22]中漢江上游4座控制性水庫調度計劃計算為例，采用兩種方法進行計算，其結果見表1。通過對比，各水庫調度過程有所差異。采用人工經(jīng)驗編制方法，石泉、安康、潘口水庫在3月末水庫水位均降至死水位附近，黃龍灘水庫4月末水位降至死水位，這使得后續(xù)時段如果漢江來水偏枯，水庫持續(xù)在低水位運行，不利于區(qū)域供水安全及電站經(jīng)濟運行，同時上游水庫對丹江口水庫補償作用減弱，進一步給丹江口水庫供水安全造成不利影響，而采用模型計算避免了這一現(xiàn)象。另外，采用人工經(jīng)驗編制的方式，各月間水庫水位變幅較大，例如黃龍灘水庫從3月末到4月末，水庫水位降低10.2 m，4月末到5月末，水庫水位升高15.7 m，而采用模型計算方式結果中水庫各月間水位變幅較小。

針對漢江流域來水豐枯變化較大的情況，模型在輸入條件中增加了水庫水位控制，有效避免了枯水期末各水庫運行水位同時下降至死水位附近的現(xiàn)象，防止流域供水能力被過度挖掘。模型采用逐旬計算方式，避免了水庫水位在月內(nèi)變幅過大的問題。模型在編制過程中對人工經(jīng)驗編制方法進行了優(yōu)化，更符合流域水資源統(tǒng)一調度的實際需要，因而更為科學可行。

根據(jù)漢江年度水量調度計劃的編制要求，模型對輸入、輸出數(shù)據(jù)格式進行標準化整理，使得調度計算生成的結果可直接服務于漢江年度水量調度計劃編制工作。經(jīng)過不斷完善，模型可快速適應漢江年度水量調度的計算，極大提高了漢江流域水資源調度信息化水平。

4 結語

漢江流域引調水工程及水庫統(tǒng)一調度模型將信息服務模塊、漢江干支流控制性水庫群調度模塊、漢江干流分段水資源調度配置模塊進行有機集成，模塊間通過數(shù)據(jù)關聯(lián)的形式進行耦合。模型具有控制性水庫群調節(jié)計算、分省級行政區(qū)、分河段水資源調度配置功能，在漢江流域年度水量調度計劃的編制中得到了有效的應用。通過與人工經(jīng)驗編制的結果進行對比，證明了模型的科學性和有效性。模型的建立提高了流域水資源管理信息化水平，為流域水資源調度管理提供了重要的技術支撐。

為更好地落實最嚴格水資源管理制度，高效開展流域水資源統(tǒng)一調度管理工作，下一步重點研究方向包括：（1）在漢江流域引調水工程及水庫統(tǒng)一調度模型的基礎上，開發(fā)基于B/S 架構的漢江流域水資源調度管理系統(tǒng)[23]，將漢江水資源調度各項工作模塊化、流程化;（2）進一步優(yōu)化模型，開展水庫群及引調水工程聯(lián)合調度研究及水量應急調度研究，使其更好地滿足流域綜合調度的需要。

參考文獻（References）：

[1] 鈕新強，文丹，吳德緒.南水北調中線工程技術研究[J].人民長江，2005，36（7） ：6-8.（NIU X Q ，WEN D，WU D X.Technologic issues of South-to-North Water Transfer project[J].Yangtze River，2005，36（7） ：6-8.（in Chinese）） DOI：10.3969/j.issn.1001-4179.2005.07.003.

[2] 馬立亞，吳澤宇，劉國強，等.漢江梯級水庫群供水優(yōu)化調度模型研究[A].中國水利學會2013年學術年會論文集[C].廣州，2013 ：338-342.（MA L Y，WU Z Y，LIU G Q，et al.Study on optimal water supply operation model for cascade reservoirs of Hanjiang River[C].2013CHES Annual Conference，2013 ：338-342.（in Chinese））

[3] 王光謙，劉家宏，李鐵建.黃河數(shù)字流域模型原理[J].應用基礎與工程科學學報，2005，13（1）：1-8.（WANG G Q，LIU J H，LI T J.Digital watershed model of Yellow River[J].Journal of Basic Science and Engineering，2005，13（1）：1-8.（in Chinese）） DOI：10.3969/j.issn.1005-0930.2005.01.001.

[4] 劉家宏，王光謙，李鐵建.黃河數(shù)字流域模型的建立和應用[J].水科學進展，2006，17（2）：186-195.（LIU J H，WANG G Q，LI T J.Digital watershed model of Yellow River Construction and application[J].Advances in Water Science，2006，17（2）：186-195.（in Chinese）） DOI：10.3321/j.issn：1001-6791.2006.02.007.

[5] 劉家宏.黃河數(shù)字流域模型[D].北京：清華大學，2005.（LIU J H.Digital watershed model of Yellow River[D].Beijing：Tsinghua University，2005.（in Chinese））

[6] 郝慶凡，楚永偉，陳呂平.黑河水量調度方案的編制[J].人民黃河，2001，23（12）：37-38.（HAO Q F，CHU Y W，CHEN L P.To make schemes for regulation of water in Hei River[J].Yellow River，2001，23（12）：37-38.（in Chinese）） DOI：10.3969/j.issn.1000-1379.2001.12.019.

[7] 趙勇，裴源生，于福亮.黑河流域水資源實時調度系統(tǒng)[J].水利學報，2006，37（1）：82-88.（ZHAO Y，PEI Y S，YU F L.Real-time dispatch system for Heihe River basin water resources[J].Journal of Hydraulic Engineering，2006，37（1）：82-88.（in Chinese）） DOI：10.3321/j.issn：0559-9350.2006.01.014.

[8] 劉榮華，魏加華，陳志祥，等.塔里木河流域水量優(yōu)化調度模型研究[J].南水北調與水利科技，2009，7（1）：26-30.（LIU R H，WEI J H，CHEN Z X，et al.Research on optimal model of Tarim River water regulation system[J].South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology，2009，7（1）：26-30.（in Chinese）） DOI：10.3969/j.issn.1672-1683.2009.01.007.

[9] 馬立亞，雷曉輝，蔣云鐘，等.基于DPSA的梯級水庫群優(yōu)化調度[J].中國水利水電科學研究院學報，2012，10（2） ：140-145.（MA L Y，LEI X H，JIANG Y Z，et al.Optimal operation of cascade reservoirs based on DPSA[J].Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research，2012，10（2） ：140-145.（in Chinese）） DOI：10.3969/j.issn.1672-3031.2012.02.011.

[10] [ZK（#]李獻新，安波，于茜，等.湖北漢江梯級水庫群聯(lián)合優(yōu)化調度研究[J].中國水利水電科學研究院學報，2013，11（1） ：64-69 （LI X X，AN B，YU Q，et al.Research on joint optimal in Han River operation of cascade reservoirs of Hubei Province[J].Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research，2013，11（1） ：64-69.（in Chinese）） DOI：10.3969/j.issn.1672-3031.2013.01.011.

[11] 《丹江口水利樞紐調度規(guī)程（試行）》（水建管[2016]337號）[Z].北京：水利部，2016.（ Regulation Plan of Danjiangkou hydro project （Trial），Department of construction and management of the Ministry of Water Resources[2016]337）[Z].2016

[12] 張利升，張睿，孟明星.丹江口水利樞紐供水調度方式[J].南水北調與水利科技，2017，15（3） ：25-29.（ZH ANG L S ，ZH ANG R，MENG M X .The study on water-supply scheduling ways of Danjiangkou hydro project[J].South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology ，2017，15（ 3） ：25-29.（ in Chinese）） DOI：10.13476/j.cnki.nsbdqk.2017.03.005.

[13] 張利升，張睿，王學敏，等.丹江口水利樞紐多目標興利調度決策模型[J].人民長江，2016，47 （22）：105-109.（ ZHANG L S，ZHANG R，WANG X M，et al.Decision-making on multi-objective operation of? Danjiangkou Hydro project[J].Yangtze River，2016，47（ 22） ：105-109.（ in Chinese） ） DOI：10.16232/ j.cnki.1001- 4179.2016.22.023.

[14] 水利部關于印發(fā)《南水北調中線一期工程水量調度方案（試行）》的通知（水資源[2014]337號）[Z].北京：水利部，2014.（Circular of the Ministry of Water Resources on Issuing "water regulation scheme for the first phase of the Middle Route Project of South-to-North Water Diversion （Trial）"，Water Resources[2014]337）[Z].2014.（in Chinese））

[15] 馬立亞，吳澤宇，雷靜，等.南水北調中線一期工程水量調度方案研究[J].人民長江，2018，49（13） ：59-64.（MA L Y，WU Z Y，LEI J，et al.Study on water amount regulation scheme for Stage I works of Middle Route Project of South-to-North Water Diversion[J].Yangtze River，2018，49（13） ：59-64.（in Chinese）） DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2018.13.011.

[16] 鄧坤，張璇，楊永生，等.流域水資源調度研究綜述[J].水利經(jīng)濟，2011（29）：6：23-27.（Deng K，ZHANG X，YANG Y S，et al.A review of basin water resource scheduling[J].Journal of Economics of Water Resources，2011（29）：6：23-27.（in Chinese）） DOI：10.3969/j.issn.1003-9511.2011.06.006.

[17] 祝詩學，梁忠民，戴昌軍，等.丹江口水庫流域月尺度降雨與徑流預報研究[J].南水北調與水利科技，2016，14（1） ：96-101，24.（ZHU S X，LIANG Z M，DAI C J，et al.Study on monthly rainfall and runoff predict ion in Danjiangkou Basin[J].South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology ，2016，14（1） ：96-101，24.（ in Chinese） ） DOI：10.13476/j.cnki.nsbdqk.2016.01.016.

[18] 楊文發(fā).漢江上游地區(qū)大尺度分布式水文模型與氣象模型耦合應用試驗[J].水利水電快報，2008，29（8）：1-5，21.（YANG W F.Application of coupling LSHM with MM5 Meteorological model for flow Forecasting in upper Hanjiang River[J].Express Water Resources & Hydropower Information，2008，29（8）：1-5，21.（ in Chinese）） DOI：10.3969/j.issn.1006-0081.2008.08.002.

[19] 馮尚友.水資源持續(xù)利用與管理導論[M].北京：科學出版社，2000.（FENG S Y.Water Resources Management[M].Beijing：Science Press，2000.（in Chinese））

[20] 楊侃，劉云波.基于多目標分析的庫群系統(tǒng)分解協(xié)調宏觀決策方法研究[J].水科學進展，2001，12（2）：232-236.（YANG K，LIU Y B.System decomposition-coordination macro-decision method for reservoirs based on Multi-Objective analysis[J].Advances in Water Science，2001，12（2）：232-236.（in Chinese）） DOI：10.3321/j.issn：1001-6791.2001.02.017.

[21] 彭慧，李光吉，李維碩，等.沭水東調工程跨流域水庫群聯(lián)合供水研究[J].南水北調與水利科技，2013，11（6）：25-29..（PENG H，LI G J，LI W S，et al.Research on Joint water supply of multi-reservoirs of water diversion project from Shuhe River Basin to Futuanhe River Basin[J].South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology，2013（6）：25-29..（in Chinese）） DOI：10.3724/SP.J.1201.2013.06025.

[22] 長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司.漢江2015～2016年度水量調度計劃[R].武漢：長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，2015.（Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research.Water scheduling plan of Hanjiang River in 2015～2016[R].Wuhan：Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research，2015.（in Chinese））

[23] 雷曉輝，蔡思宇，王浩，等.河流水資源調度關鍵技術及通用軟件平臺探討[J].人民長江，2017，48（17）：37-45.（LEI X H，CAI S Y，WANG H，et al.Discussion on core technique and general software platform of river water resources regulation in China[J].Yangtze River，2017 48（17）：37-45.（in Chinese）） DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2017.17.009.