黃河水庫(kù)群泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)研究與展望

江恩慧 王遠(yuǎn)見 李軍華 田世民

摘要：黃河水沙聯(lián)合調(diào)控經(jīng)過幾代人的共同探索，已在防洪防凌安全和水量統(tǒng)一調(diào)度等方面發(fā)揮了巨大作用。然而，流域來水來沙條件是動(dòng)態(tài)變化的，庫(kù)區(qū)一河道邊界約束條件是動(dòng)態(tài)調(diào)整的，區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)健康維持的需求是動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的，特別是針對(duì)黃河水少沙多的現(xiàn)實(shí)狀況，黃河水沙調(diào)控不僅要注重水量的適應(yīng)性調(diào)度，更要突出泥沙的動(dòng)態(tài)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)行洪輸沙一社會(huì)經(jīng)濟(jì)一生態(tài)環(huán)境等河流系統(tǒng)功能多維協(xié)同的目標(biāo)，探索水動(dòng)力一強(qiáng)人工措施有機(jī)結(jié)合的調(diào)控技術(shù)，突破“調(diào)水容易調(diào)沙難”的瓶頸。在系統(tǒng)梳理過去數(shù)十年多沙河流水庫(kù)泥沙調(diào)控主要研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，提出了當(dāng)前黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，闡明了未來開展相關(guān)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用基礎(chǔ)研究的方向，包括黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控系統(tǒng)理論的構(gòu)建、水庫(kù)泥沙高效輸移機(jī)制與下游河流系統(tǒng)多過程綜合響應(yīng)機(jī)理的揭示、提出黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控模式與技術(shù)、建設(shè)黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控模型與智慧決策平臺(tái)等，進(jìn)一步的研究成果可為完善當(dāng)前黃河水沙調(diào)控工程體系建設(shè)、實(shí)現(xiàn)黃河長(zhǎng)治久安提供堅(jiān)實(shí)的科技支撐。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)理論;泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控;水庫(kù)群;黃河

中圖分類號(hào)：TV212.4;TV882.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi： 10.3969/j.issn.1000- 1379.2019.05.007

1 研究進(jìn)展

大型水利樞紐是調(diào)節(jié)河流水沙資源時(shí)空分布的重要工具。早期的水沙調(diào)控多處于盲目無序的狀態(tài)，往往是人類在開發(fā)利用水資源的過程中發(fā)現(xiàn)了泥沙對(duì)水庫(kù)與河道的影響，進(jìn)而被動(dòng)地采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施[1]。20世紀(jì)以來，隨著壩工技術(shù)的發(fā)展和水資源開發(fā)需求的增長(zhǎng)，世界上不少國(guó)家開始了流域尺度的綜合治理與系統(tǒng)開發(fā)，其一般模式是以高壩大庫(kù)為“龍頭”實(shí)施梯級(jí)開發(fā)，調(diào)節(jié)天然的徑流泥沙過程，以最有效地利用水沙資源，實(shí)現(xiàn)流域自然功能和社會(huì)功能的協(xié)同發(fā)揮，包括密西西比河[2]、田納西河[3]、萊茵河[4]、尼羅河[5]等河流均取得了不少成功的流域開發(fā)和水沙調(diào)控的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

新中國(guó)成立以來，興建了一大批水利水電工程，諸如水庫(kù)、堤防、分蓄洪區(qū)、取水工程、航運(yùn)工程、跨流域調(diào)水工程等，已經(jīng)基本構(gòu)成了各大流域防洪、發(fā)電、灌溉、供水和航運(yùn)等工程體系。這些水利水電工程在造福社會(huì)的同時(shí)，也帶來了一系列新的科學(xué)問題和社會(huì)問題。從科學(xué)意義上看，大壩的修建破壞了河流的連續(xù)性，大型控制性水庫(kù)改變了下泄水沙過程，引起了上下游河流（湖）系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的自適應(yīng)調(diào)整，這種庫(kù)區(qū)一河道一河口全河流系統(tǒng)對(duì)水沙過程變化的宏觀調(diào)整規(guī)律、微觀響應(yīng)機(jī)理都是研究者關(guān)注的熱點(diǎn)問題。另外，現(xiàn)有和在建的各類水利水電工程分屬不同的利益主體，既有國(guó)家和地方政府，也有發(fā)電企業(yè);既有國(guó)企，也有民企甚至外企。因此，從工程意義上就需要從流域系統(tǒng)整體的高度統(tǒng)籌考慮，實(shí)行流域綜合管理和工程的統(tǒng)一調(diào)度，發(fā)揮流域梯級(jí)水庫(kù)及區(qū)域水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度優(yōu)勢(shì)[6].否則若各自為政，必將導(dǎo)致資源的無序和低效利用，社會(huì)的和諧和流域生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)也無法保證。

流域的梯級(jí)開發(fā)和全流域的水沙調(diào)度是我國(guó)水電建設(shè)和管理的必然趨勢(shì)。目前，我國(guó)的流域梯級(jí)水庫(kù)群建設(shè)已初具規(guī)模，已建成或正在建設(shè)黃河上游、黃河中游、長(zhǎng)江上游等12個(gè)重點(diǎn)水電基地，已形成了黃河、長(zhǎng)江上游、清江、烏江等梯級(jí)水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度格局。表1為黃河流域干流和主要支流的大型水庫(kù)（庫(kù)容大于1億m³）的建設(shè)情況和串并聯(lián)關(guān)系。

根據(jù)ICOLD 2012年發(fā)布的研究報(bào)告[9].全球已建水庫(kù)總庫(kù)容共7 000 km³，過去35 a（1975-2009年）已淤積庫(kù)容為2 000 km³，年均水庫(kù)庫(kù)容淤損比為0.8%。隨著水庫(kù)建設(shè)速度的逐漸放緩，水庫(kù)泥沙淤積速度反而呈現(xiàn)明顯加快的趨勢(shì)。在美國(guó)，過去1個(gè)世紀(jì)有超過1 200座大壩因泥沙淤積嚴(yán)重而被拆除，在區(qū)域尺度上，干旱區(qū)的水庫(kù)淤積速度最快，尤以中東、非洲和亞太地區(qū)面臨的挑戰(zhàn)最為嚴(yán)峻[10]。我國(guó)的水庫(kù)泥沙平均年淤損率更高達(dá)2.3%，每年因淤積而損失的庫(kù)容約為100億m³[11]。

水庫(kù)泥沙淤積的嚴(yán)重挑戰(zhàn)和水庫(kù)群建設(shè)運(yùn)行的實(shí)際需求，促使水庫(kù)泥沙調(diào)控的理論與實(shí)踐研究蓬勃開展。國(guó)外最早針對(duì)水庫(kù)泥沙的可持續(xù)管理理念從20世紀(jì)50年代開始出現(xiàn)，到80年代相關(guān)研究開始顯著增長(zhǎng)[12]。當(dāng)前，水庫(kù)泥沙淤積處理、泥沙調(diào)控和可持續(xù)管理已成為水庫(kù)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)與運(yùn)行階段必須考慮的關(guān)鍵因素之一，大量相關(guān)研究成果已能夠?qū)こ處熖幚硭畮?kù)泥沙問題提供較為全面的技術(shù)支撐[13-19]。在泥沙調(diào)度模型構(gòu)建方面，Carriaga C C等[20]提出以水庫(kù)下游河道形態(tài)變化最小為水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)：Nicolow J W等[21]進(jìn)一步提出以所在河網(wǎng)中水庫(kù)群的泥沙沖淤量最小為最優(yōu)化控制目標(biāo)，并探索使用離散型最優(yōu)化控制方法解決泥沙淤積問題。在實(shí)踐方面，為解決科羅拉多河下游棲息地侵蝕、魚類營(yíng)養(yǎng)供給等問題，多次采取降水拉沙試驗(yàn)，改善了下游生態(tài)環(huán)境等[1]：密西西比河流域的開發(fā)與治理越來越強(qiáng)調(diào)構(gòu)建系統(tǒng)治理工程體系，兼顧防洪、航運(yùn)、生態(tài)及娛樂等多方面的功能[2]。

我國(guó)受多沙河流游蕩遷徙之苦，在水庫(kù)泥沙調(diào)度的研究方面開展較早，整體處于國(guó)際領(lǐng)先水平。從20世紀(jì)50年代的官?gòu)d水庫(kù)[22]、60年代的三門峽水庫(kù)[23]開始，積累了大量水庫(kù)泥沙淤積觀測(cè)資料：在不平衡輸沙[24-27]、水庫(kù)異重流[28-30]、大壩下游河床演變與河道整治[31-33]、多沙河流水庫(kù)泥沙數(shù)學(xué)模型[34-36]與實(shí)體模型模擬技術(shù)37-38]等方面均取得了顯著進(jìn)展。然而，受多種因素制約，水庫(kù)修建后的社會(huì)問題和生態(tài)問題研究與發(fā)達(dá)國(guó)家相比一直處于“跟跑”狀態(tài)。值得欣喜的是，近期有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)[39-41].河口地貌[42-44]、濕地演化[45-47]等方面的研究也逐漸取得了不少成果。

黃河是全世界泥沙問題最突出的河流，針對(duì)其水庫(kù)群泥沙調(diào)度的研究也最為充分。早在20世紀(jì)60年代，以王化云為代表的老一代治黃專家即提出了“蓄水?dāng)r沙”的水沙調(diào)控思路[48]：錢寧[49]提出在黃河治理中應(yīng)利用水庫(kù)合理調(diào)節(jié)水沙過程，改變河流邊界：王士強(qiáng)50]提出了考慮對(duì)黃河下游減淤效果較好的水庫(kù)水沙調(diào)控方式：21世紀(jì)初，結(jié)合小浪底水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)，李國(guó)英[51]提出了基于空間尺度的黃河調(diào)水調(diào)沙的調(diào)控理念，并進(jìn)一步指出，追求小浪底水庫(kù)異重流的較高排沙比是黃河汛前調(diào)水調(diào)沙的重要目標(biāo)[52]：江恩惠等[53]應(yīng)用壽命周期模式思考了三門峽水庫(kù)的運(yùn)用問題，提出了發(fā)揮三門峽水庫(kù)與小浪底水庫(kù)聯(lián)調(diào)作用的運(yùn)用建議：胡春宏等[54-55]系統(tǒng)總結(jié)了“蓄清排渾”運(yùn)用方式在實(shí)踐中得到的優(yōu)化和完善，提出了黃河三門峽水庫(kù)、小浪底水庫(kù)等工程運(yùn)行方式進(jìn)一步優(yōu)化的建議;談廣鳴等[56]構(gòu)建了基于水庫(kù)一河道耦合關(guān)系的水庫(kù)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型，并將該模型應(yīng)用到黃河小浪底水庫(kù)水沙聯(lián)合調(diào)度的研究中，取得了顯著的優(yōu)化效果。

需要特別指出的是，由于黃河稀缺的水資源和巨量的泥沙，因此黃河泥沙調(diào)度的目標(biāo)與思路與一般河流顯著不同，其基本出發(fā)點(diǎn)是在盡可能保障水資源充分利用的基礎(chǔ)上，改善庫(kù)區(qū)與河道的淤積環(huán)境，其主要矛盾是在水庫(kù)淤積與河道淤積之間兩害相權(quán)：而一般河流的泥沙調(diào)度則只需盡可能提高水庫(kù)排沙能力，減輕水庫(kù)泥沙淤積與下游持續(xù)沖刷之害，并不存在兩難局面。因此即使從世界范圍看，黃河的泥沙調(diào)控也具有其獨(dú)特性。1956-2000年多年平均進(jìn)入黃河下游的沙量為11.2億t[57]，黃河下游河道持續(xù)淤積抬升，在該階段黃河下游的防洪減淤是水庫(kù)泥沙調(diào)控的重中之重。而進(jìn)入21世紀(jì)以來，黃河水沙條件發(fā)生了深刻變化[58-59]，黃河水沙調(diào)控體系初步建成[57]。特別是隨著綜合國(guó)力的提升和國(guó)家區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略、生態(tài)安全戰(zhàn)略的推進(jìn)，黃河流域“防洪安全一社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展一生態(tài)環(huán)境改善”之間的關(guān)系亟待平衡與協(xié)調(diào)。在此背景下，黃河泥沙調(diào)度應(yīng)在空間上覆蓋全流域、功能上覆蓋全維度，時(shí)間上覆蓋短、中、長(zhǎng)期，以實(shí)現(xiàn)黃河流域全河“行洪輸沙一社會(huì)經(jīng)濟(jì)一生態(tài)環(huán)境”多功能協(xié)同發(fā)展為目標(biāo)，建立全流域完整的泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控理論、技術(shù)與工程體系。

2 需解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題

2.1 關(guān)鍵科學(xué)問題

（1）多維協(xié)同的泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控序貫決策理論。過去幾十年，黃河泥沙調(diào)控關(guān)注的焦點(diǎn)主要是黃河下游防洪減淤。近年來的水量統(tǒng)一調(diào)度和調(diào)水調(diào)沙，兼顧了河口生態(tài)恢復(fù)和兩岸乃至外流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，但調(diào)控時(shí)機(jī)、清水下泄造成的河勢(shì)劇烈變化和取水困難等一系列自然與社會(huì)問題，引起了社會(huì)與學(xué)界的廣泛關(guān)注。同時(shí)，水庫(kù)淤積進(jìn)程不可逆轉(zhuǎn)，綜合效益的發(fā)揮受到嚴(yán)重制約，特別是隨著國(guó)家和社會(huì)對(duì)黃河治理提出更高要求，保障黃河行洪輸沙一社會(huì)經(jīng)濟(jì)一生態(tài)環(huán)境等功能多維協(xié)同發(fā)展應(yīng)成為水沙調(diào)控的主要目標(biāo)。在水庫(kù)調(diào)度中如何衡量水庫(kù)一河道間、多維目標(biāo)間的損益權(quán)衡關(guān)系，形成系統(tǒng)理論支撐水庫(kù)群全局可行、總體較優(yōu)的序貫決策，成為黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控的首要科學(xué)問題。

（2）多沙河流水庫(kù)高效輸沙的水一沙一床互饋動(dòng)力學(xué)機(jī)理。泥沙調(diào)控和水庫(kù)淤積形態(tài)調(diào)整的互饋機(jī)理研究缺失，導(dǎo)致無法預(yù)測(cè)水庫(kù)淤積形態(tài)演變和高效輸沙的動(dòng)力過程。目前，對(duì)庫(kù)區(qū)溯源沖刷的認(rèn)識(shí)主要基于經(jīng)驗(yàn)判斷及定性描述，牛頓流體理論無法完全適用異重流輸移過程。因此，建立具有嚴(yán)格力學(xué)機(jī)理及物理意義的跌坎形成臨界條件，闡釋急緩流交替的水流流態(tài)與泥沙輸移耦合關(guān)系，確定高含沙異重流運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)距離運(yùn)移的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，揭示水庫(kù)高效輸沙的水一沙一床互饋動(dòng)力學(xué)機(jī)理，是黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控的關(guān)鍵科學(xué)問題之二。

（3）下游河流系統(tǒng)行洪輸沙一社會(huì)經(jīng)濟(jì)一生態(tài)環(huán)境多過程耦合響應(yīng)機(jī)理。泥沙調(diào)控直接影響下游水沙動(dòng)力過程、河床形態(tài)與洲灘演變，進(jìn)而影響生源物質(zhì)、污染物質(zhì)的時(shí)空分配和河漫灘土地利用方式等。多要素間有單向傳遞效應(yīng)、雙向互饋機(jī)制、多組分多過程耦合網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。這些復(fù)雜多過程耦合響應(yīng)關(guān)系的解析與定量表達(dá)既是水沙、水環(huán)境、水生態(tài)等學(xué)科交叉的前沿問題，又是水庫(kù)群泥沙調(diào)控下邊界約束條件確定的關(guān)鍵。因此，在原型觀測(cè)和數(shù)值模擬基礎(chǔ)上，系統(tǒng)揭示泥沙調(diào)控與下游河流系統(tǒng)行洪輸沙一社會(huì)經(jīng)濟(jì)一生態(tài)環(huán)境多過程耦合響應(yīng)機(jī)理，是黃河泥沙調(diào)控的關(guān)鍵科學(xué)問題之三。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)問題

（1）黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控指標(biāo)體系構(gòu)建技術(shù)。泥沙調(diào)控綜合效益的影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，調(diào)控效果的“時(shí)一空一量”尺度效應(yīng)強(qiáng)烈且存在滯后響應(yīng)。因此，要實(shí)現(xiàn)行洪輸沙一社會(huì)經(jīng)濟(jì)一生態(tài)環(huán)境多維功能協(xié)同，必須統(tǒng)籌考慮變化的水沙過程、動(dòng)態(tài)調(diào)整的邊界約束條件、水庫(kù)群組合方式，突破以防洪減淤為主的水沙調(diào)控指標(biāo)體系構(gòu)建方法，建立多目標(biāo)多層次多組合的泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與指標(biāo)體系，結(jié)合關(guān)鍵科學(xué)問題的突破，確定調(diào)控指標(biāo)閾值。

（2）水動(dòng)力一強(qiáng)人工措施有機(jī)結(jié)合的泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)。黃河水沙的嚴(yán)重不協(xié)調(diào)性導(dǎo)致單靠水動(dòng)力無法完全解決水庫(kù)淤積問題，水庫(kù)泥沙處理和資源利用等強(qiáng)人工措施必須作為泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控的有效補(bǔ)充手段。因此，急需耦合水動(dòng)力調(diào)控技術(shù)、清水期泥沙負(fù)載技術(shù)、強(qiáng)人工措施處理水庫(kù)泥沙成套技術(shù)，提出基于泥沙資源利用的水庫(kù)與下游河道有效減淤技術(shù)路徑，確定水動(dòng)力一強(qiáng)人工措施有機(jī)結(jié)合的方式和時(shí)機(jī)。

（3）泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控模擬仿真系統(tǒng)多模型多尺度自適應(yīng)耦合技術(shù)。泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控是由水量調(diào)度、水庫(kù)沖淤及河道輸沙等多物理過程緊密耦合的系統(tǒng)工程。傳統(tǒng)的多模型松散耦合方式無法真實(shí)反映各模型在不同尺度下數(shù)據(jù)間的傳遞與反饋關(guān)系，導(dǎo)致模型計(jì)算效率低、適應(yīng)性差。因此，解決多模型耦合時(shí)空尺度轉(zhuǎn)換準(zhǔn)則及數(shù)據(jù)交換問題，構(gòu)建多模型多尺度自適應(yīng)耦合技術(shù)集成的泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控模擬仿真系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)水沙情勢(shì)、工程情境與調(diào)度方式的智能識(shí)別和泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控智慧決策的關(guān)鍵。

（4）泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控的防洪減淤一發(fā)電供水一生態(tài)環(huán)境等綜合效益定量評(píng)價(jià)方法。傳統(tǒng)泥沙調(diào)控效益評(píng)價(jià)多局限于水庫(kù)安全、經(jīng)濟(jì)效益等，對(duì)防洪減淤、發(fā)電供水的社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益評(píng)價(jià)多停留在定性分析層面。因此，針對(duì)黃河特點(diǎn)，引入并發(fā)展國(guó)際先進(jìn)的社會(huì)、生態(tài)價(jià)值定量評(píng)估方法，辨識(shí)和量化泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控綜合效益評(píng)價(jià)代表性指標(biāo)，提出多層次多維度流域泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控綜合效益評(píng)估指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法，是實(shí)現(xiàn)水庫(kù)群泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控綜合效益科學(xué)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。

3 需開展研究的重點(diǎn)內(nèi)容

3.1 構(gòu)建黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控的系統(tǒng)理論

分析黃河水庫(kù)群泥沙淤積的時(shí)空演變特征與調(diào)控能力;厘清行洪輸沙、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等多維協(xié)同的泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控軟硬約束條件;構(gòu)建東莊一渭河下游、萬家寨（古賢）一北干流、干流龍劉萬三小（龍羊峽、劉家峽、萬家寨、三門峽、小浪底）一黃河下游河道、全流域干支流骨干樞紐群一下游河道一河口系統(tǒng)不同時(shí)空尺度的泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控目標(biāo)函數(shù)：提出基于河流系統(tǒng)治理的黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控序貫決策理論。

3.2 闡明水庫(kù)泥沙高效輸移機(jī)制

建立水庫(kù)溯源沖刷過程中急緩交替的水流運(yùn)動(dòng)控制方程，揭示溯源沖刷水沙動(dòng)力過程及其對(duì)泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控的響應(yīng)機(jī)制：探明清水與異重流交界面處紊流摻混特征、異重流與床面交界面處泥沙起動(dòng)與阻力關(guān)系，建立水一沙一床耦合的動(dòng)力學(xué)控制方程，闡明異重流長(zhǎng)距離穩(wěn)定運(yùn)移的動(dòng)力學(xué)機(jī)制和臨界條件：量化串并聯(lián)水庫(kù)蓄泄時(shí)序?qū)?kù)區(qū)和下游河道水沙輸移的疊加效應(yīng)，明晰水沙過程整體優(yōu)化的水庫(kù)群時(shí)空對(duì)接時(shí)機(jī)及調(diào)控效應(yīng)。

3.3 揭示下游河流系統(tǒng)對(duì)泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控的多過程綜合響應(yīng)機(jī)理

闡明下游河道物質(zhì)組成與能量耗散沿程分布對(duì)泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控過程的響應(yīng)規(guī)律，揭示下游河道演變對(duì)泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控的多時(shí)空尺度響應(yīng)機(jī)理，提出下游河勢(shì)控導(dǎo)工程優(yōu)化布局：揭示下游河流生態(tài)系統(tǒng)對(duì)多重脅迫泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控的響應(yīng)機(jī)理：厘清泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控對(duì)灘區(qū)土地利用方式的影響機(jī)制：構(gòu)建水沙一水質(zhì)一水生態(tài)一社會(huì)經(jīng)濟(jì)多過程耦合的網(wǎng)絡(luò)模型系統(tǒng)，預(yù)測(cè)不同泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控情景下下游河道行洪輸沙一社會(huì)經(jīng)濟(jì)一生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的演變趨勢(shì)。

3.4 提出黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控模式與技術(shù)

建立黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控指標(biāo)體系，確定不同水庫(kù)運(yùn)行階段和不同水沙條件下調(diào)控指標(biāo)閾值：構(gòu)建中長(zhǎng)期和場(chǎng)次洪水條件下多維功能協(xié)同共贏的黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控模式：提出基于水動(dòng)力一強(qiáng)人工措施有機(jī)結(jié)合的單一多庫(kù)泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)。

3.5 建設(shè)黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控模型與智慧決策平臺(tái)

研究泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控多模型耦合的時(shí)空尺度轉(zhuǎn)換準(zhǔn)則和數(shù)據(jù)交換機(jī)制，構(gòu)建多模型自適應(yīng)模擬仿真系統(tǒng)：設(shè)計(jì)水庫(kù)（群）不同運(yùn)用階段、不同調(diào)控目標(biāo)、不同水沙條件和不同工程布局情境下場(chǎng)次洪水和系列年調(diào)控方案：辨識(shí)泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控防洪減淤一發(fā)電供水一生態(tài)環(huán)境等綜合效益評(píng)價(jià)代表性指標(biāo)，構(gòu)建綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型：開展方案對(duì)比計(jì)算，量化不同調(diào)控方案的綜合效益;建設(shè)黃河干支流水庫(kù)水文泥沙、經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控智慧決策平臺(tái)。

4 結(jié)語(yǔ)

黃河流域水沙調(diào)控“調(diào)水容易調(diào)沙難”，難在動(dòng)態(tài)變化，難在系統(tǒng)治理，即流域的來水來沙條件是動(dòng)態(tài)變化的，庫(kù)區(qū)一河道邊界約束條件是動(dòng)態(tài)調(diào)整的，區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)健康維持的需求是動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的。特別是針對(duì)黃河水少沙多的現(xiàn)實(shí)狀況，黃河水沙調(diào)控今后不僅要注重水量的適應(yīng)性調(diào)度，更要進(jìn)一步突出泥沙的動(dòng)態(tài)調(diào)控，以水文學(xué)、水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)、河床演變學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用系統(tǒng)論、社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)學(xué)、信息學(xué)等多學(xué)科的交叉前沿，從河流系統(tǒng)的層面構(gòu)建完整的黃河泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控理論與技術(shù)體系。注重時(shí)空尺度、功能維度上宏觀與微觀的結(jié)合、局部與整體的協(xié)調(diào)，將空間上上一中一下游、時(shí)間上短一中一長(zhǎng)期、功能上行洪輸沙一社會(huì)經(jīng)濟(jì)一生態(tài)環(huán)境統(tǒng)籌兼顧，最大程度地發(fā)掘已建和在（待）建水庫(kù)群的泥沙動(dòng)態(tài)調(diào)控潛力，為進(jìn)一步完善當(dāng)前水沙動(dòng)態(tài)調(diào)控工程建設(shè)體系，協(xié)調(diào)水沙關(guān)系，實(shí)現(xiàn)黃河長(zhǎng)治久安提供堅(jiān)實(shí)的科技支撐。

參考文獻(xiàn)：

[l]李義天，孫昭華，鄧金運(yùn)，等，長(zhǎng)江水沙調(diào)控理論及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2011： 14-28.

[2]張慶寧，世界大河流域的開發(fā)與治理[M].北京：地質(zhì)出版社，1993： 120-123.

[3]談國(guó)良，萬軍，美國(guó)田納西河的流域管理[J].中國(guó)水利，2002（10）：157-159.

[4]趙純厚，朱振宏，周端莊，世界江河與大壩[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2000：101-230.

[5]曹文洪，陳東，阿斯旺大壩的泥沙效應(yīng)及啟示[J].泥沙研究，1998（4）：79-85.

[6]黃強(qiáng)，暢建霞.水資源系統(tǒng)多維臨界調(diào)控的理論與方法[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2007：220-230.

[7] 李會(huì)安，黃河干流水電站水庫(kù)群水量實(shí)施調(diào)度及風(fēng)險(xiǎn)研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2000：14-19.

[8]李國(guó)英.基于空間尺度的黃河調(diào)水調(diào)沙[J].人民黃河，2004，26（2）：1-5.

[9]

BASSON G R.Sedimentation and Sustainable Use of Reservoirsand River Systems[ R]. Kyoto：Intemational Comittee on LargeDams， 2012： Bulletin 147.

[10]

ANTON J S，MARIO J F，CARMEL O J，et al.ReservoirSedimentation[J].Joumal of Hydraulic Research， 2016，54（6）：595-614.

[11]姜乃森，傅玲燕.中國(guó)的水庫(kù)泥沙淤積問題[J].湖泊科學(xué)，1997，9（1）：1-2.

[12]

DE CESARE G，LAFITT E R.Outline of the Historical De-velopment Regarding Reservoir Sedimentation[R].Venice：32nd IAHR Congress， Harmonizing the Demands of Artand Nature in Hydraulics， 2007： 1- 11.

[13] ANTON J S.Sedimentation Control of Reservoirs-Cuidelines[R]. Kyoto： International Committee on Large Dams，1989：Bulletin 67.

[14]

SLOFFC.Reservoir Sedimentation：ALiterature Survey[ M].Delft： Delft University of Technology， 1991：卜126.

[15] MORRIS G L，F(xiàn)AN J.Reservoir Sedimentation Handbook[M]. New York： McCraw-Hill， 1998：1-795.

[16]

BATUCA G，JORDAAN M J.Silting and Desilting of Res-ervoirs[ M]. RotterdamNL： Balkema， 2000： 1-353.

[17]JENZER-AITHAUS J，DE CESARE G.Alpreserv： SustainableSediment Management in Alpine Reservoirs Considering Eco-logical and Economical Aspects[ M]. Zurich： Inst. Fur Was-serwesen Neubiberg， 2006：1一135.

[18] JULIEN P Y.Sedimentation Engineering： Processes. Meas-urements， Modeling， and Practice. The ASCE Manuals andReports on Engineering Practice， No. 1IO[J]. Journal of Hy-draulic Research， 2014， 52（5）：728-729.

[19] MORRIS G L.Sediment Management and Sustainable Useof Reservoirs： In Modem Water Resources Engineenng[M]. New York： Springer， 2014： 279-337.

[20]

CARRIACA C C，MAYS L W. Optimization Modeling for Sed-imentation in Alluvial Rivers[J].Journal of Water ResourcesPlanning and Management， 1995， 121（3）：251-259.

[21]

NICKLOW J W， MAYS L W.Optimization of Multiple Res-ervoir Networks for Sedimentation Control[J].Joumal ofHydraulic Engineering， 2000， 126（4）： 232-242.

[22] 官?gòu)d水庫(kù)水文實(shí)驗(yàn)站.官?gòu)d水庫(kù)泥沙測(cè)驗(yàn)工作[J].泥沙研究，1958（2）：40-48.

[23] 杜殿勛，戴明英，三門峽水庫(kù)修建前后渭河下游河道泥沙問題的研究[J].泥沙研究，1981（3）：卜18.

[24] 韓其為，何明民，論非均勻懸移質(zhì)二維不平衡輸沙方程及其邊界條件[J].水利學(xué)報(bào)，1997，28（1）：2-11.

[25]韓其為，水庫(kù)淤積[M].北京：科學(xué)出版社，2003：27-82.

[26] 韓其為，水量百分?jǐn)?shù)的概念及在非均勻懸移質(zhì)輸沙中的應(yīng)用[J].水科學(xué)進(jìn)展，2007，18（5）：633-640.

[27]韓其為，陳緒堅(jiān)，薛曉春，不平衡輸沙含沙量垂線分布研究[J].水科學(xué)進(jìn)展，2010，21（4）：512-523.

[28]范家驊，異重流泥沙淤積的分析[J].中國(guó)科學(xué)，1980（1）：82-89.

[29] 王光謙，周建軍，楊本均，二維泥沙異重流運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2000，8（1）：52-60.

[30] 張俊華，馬懷寶，夏軍強(qiáng)，等.小浪底水庫(kù)異重流高效輸沙理論與調(diào)控[J].水利學(xué)報(bào)，2018，49（1）：62-71.

[31] 胡一三，張紅武，劉貴芝，等，黃河下游游蕩性河段河道整治[M].鄭州：黃河水利出版社，1998：1-216.

[32]江恩惠，劉燕，李軍華，等，河道治理工程及其效用[M].鄭州：黃河水利出版社，2008：1-232.

[33] 陳建國(guó)，周文浩，陳強(qiáng)，小浪底水庫(kù)運(yùn)用十年黃河下游河道的再造床[J].水利學(xué)報(bào)，2012，43（2）：127-135.

[34] 張俊華，張紅武，王嚴(yán)平，等，多沙水庫(kù)準(zhǔn)二維泥沙數(shù)學(xué)模型[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展（A輯），1999，14（1）：45-50.

[35] 張紅藝，楊明，張俊華，等，高含沙水庫(kù)泥沙運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的研究及應(yīng)用[J].水利學(xué)報(bào)，2001，32（11）：20-25.

[36] 王增輝，夏軍強(qiáng)，李濤，等，水庫(kù)異重流一維水沙耦合模型[J].水科學(xué)進(jìn)展，2015.26（1）：74-82.

[37] 張俊華，張紅武，李遠(yuǎn)發(fā)，等，水庫(kù)泥沙模型異重流運(yùn)動(dòng)相似條件的研究[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，1997，5（3）：309-316.

[38] 張俊華，張紅武，江春波，等，黃河水庫(kù)泥沙模型相似律的初步研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2001，20（3）：52-58.

[39]

YI Y J，WANC Z Y， YANC Z F.Impact of the Cezhoubaand Three Corges Dams on Habitat Suitability of Carps inthe Yangtze River[J] .Journal of Hydrology， 2010， 387（ 3-4）：283-291.

[40]

YI Y J，CHENC X， WIEPRECHT S，et al.Comparison ofHabitat Suitability Models Using Different HabitatSuitability Evaluation Methods[J].Ecological Engineering，2014，71： 335-345.

[41] 11R N， CHEN Q W， TONINA D， et al.Effects of Up-stream Reservoir Regulation on the Hydrological Regimeand Fish Habitats of the Lijiang River， China[ J].Ecological Engineering， 2015， 76： 75-83.

[42] 龐家珍，姜明星，黃河河口演變Ⅱ：1855年以來黃河三角洲流路變遷及海岸線變化及其他[J].海洋湖沼通報(bào)，2003 （4）：1-13.

[43] 胡春宏，曹文洪，黃河口水沙變異與調(diào)控I：黃河口水沙運(yùn)動(dòng)與演變基本規(guī)律[J].泥沙研究，2003（5）：1-8.

[44] 余欣，張?jiān)h，于守兵，等，黃河口演變與流路穩(wěn)定綜合治理研究[J].人民黃河，2018，40（3）：1-6.

[45]崔保山，楊志峰，濕地學(xué)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2006：265-280.

[46] 賀強(qiáng)，崔保山，趙欣勝，等，黃河河口鹽沼植被分布、多樣性與土壤化學(xué)因子的相關(guān)關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（2）：676-687.

[47] 連煜，王新功，黃翀，等，基于生態(tài)水文學(xué)的黃河口濕地生態(tài)需水評(píng)價(jià)[J].地理學(xué)報(bào)，2008，63（5）：451-461.

[48] 趙煒，王化云在黃河治理方略上的探索與實(shí)踐[J].中國(guó)

水利，2009，15（4）：4-6.

[49] 錢寧，從黃河下游的河床演變規(guī)律來看河道治理中的調(diào)水調(diào)沙問題[J].地理學(xué)報(bào)，1978，33（1）：13-24.

[50] 王士強(qiáng)，小浪底水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙減少黃河下游河道淤積的研究[J].人民黃河，1996，18（7）：10-14.

[51] 李國(guó)英，基于水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度和人工擾動(dòng)的黃河調(diào)水調(diào)沙[J].水利學(xué)報(bào)，2006，37（12）：1439-1446.

[52]李國(guó)英，黃河調(diào)水調(diào)沙關(guān)鍵技術(shù)[J].前沿科學(xué)，2012，21（6）：17-21.

[53] 江恩惠，李軍華，劉社教，應(yīng)用壽命周期模式思考三門峽水庫(kù)的運(yùn)用問題[J].人民黃河，2005，27（ 10）：4-5，11.

[54]胡春宏，陳建，郭慶超，三門峽水庫(kù)淤積與潼關(guān)高程[M].北京：科學(xué)出版社，2008：1-244.

[55] 胡春宏，我國(guó)多沙河流水庫(kù)“蓄清排渾”運(yùn)用方式的發(fā)展與實(shí)踐[J].水利學(xué)報(bào)，2016，47（3）：283-291.

[56]談廣鳴，郜國(guó)明，王遠(yuǎn)見，等，基于水庫(kù)一河道耦合關(guān)系的水庫(kù)水沙聯(lián)合調(diào)度模型研究與應(yīng)用[J].水利學(xué)報(bào)，2018，49（7）：795-802.

[57] 水利部黃河水利委員會(huì)，黃河流域綜合規(guī)劃（2012-2030年）[M].鄭州：黃河水利出版社，2013：1-21.

[58] WANC S，F(xiàn)U B J，PIAO S L，et al.Reduced SedimentTransport in the Yellow River Due to AnthropogenicChanges[J].Nature Ceoscience， 2015，9（1）：1-5.

[59] 胡春宏，黃河水沙變化與治理方略研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2016，35（ 10）：卜II.

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