滹沱河水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度研究與應(yīng)用分析

河北省黃壁莊水庫(kù)事務(wù)中心，河北 石家莊 050000

1 滹沱河水庫(kù)群現(xiàn)狀與優(yōu)化調(diào)度的必要性

（1）華北地區(qū)為全國(guó)水資源匱乏區(qū)域，人均水資源量?jī)H為世界人均水平的1/5，地下水超采嚴(yán)重，河北省形成嚴(yán)重漏斗區(qū)。20世紀(jì)70年代以后，滹沱河流域徑流量呈減少趨勢(shì)，下游河道水環(huán)境明顯惡化。

（2）在每年汛期的防汛調(diào)度中，當(dāng)水庫(kù)水位超過(guò)汛限水位時(shí)，各水庫(kù)不能蓄水，只能棄水，未能充分利用有限水資源。主汛期有較大洪峰時(shí)，側(cè)重于抓緊下泄.汛期過(guò)后，由于水較少導(dǎo)致水庫(kù)又蓄不上水，造成來(lái)年缺水。目前，隨著科技發(fā)展，水文測(cè)報(bào)技術(shù)明顯進(jìn)步，氣象預(yù)報(bào)精度和預(yù)見(jiàn)期基本能夠?qū)λ畮?kù)調(diào)度提供技術(shù)支撐，并對(duì)洪峰、洪量、過(guò)程線(xiàn)能夠及時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行預(yù)報(bào)。針對(duì)滹沱河流域缺水的現(xiàn)狀，在確保各水庫(kù)自身安全的前提下，通過(guò)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)水庫(kù)群進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，最大限度地利用洪水資源具有非常現(xiàn)實(shí)的意義?？刹捎醚聪匏环旨?jí)控制、峰前量法動(dòng)態(tài)控制、預(yù)蓄預(yù)泄法、梯級(jí)水庫(kù)汛限庫(kù)容總量動(dòng)態(tài)控制等優(yōu)化調(diào)度方法。

（3）近幾年，各地要求水庫(kù)加大生態(tài)供水的水量，但在農(nóng)業(yè)灌溉、城市生活、工業(yè)用水和生態(tài)用水的科學(xué)統(tǒng)籌運(yùn)用和最大限度地發(fā)揮水庫(kù)水資源的效益方面研究仍不夠深入，未能從整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的整體高度進(jìn)行水資源的高效配置。

（4）極端天氣頻發(fā)，局部暴雨洪水時(shí)常發(fā)生，水旱災(zāi)害造成的損失巨大。

（5）河北省、山西省在水情信息互享、聯(lián)合調(diào)度方面未建立起協(xié)作平臺(tái)。滹沱河各干支流水庫(kù)及河北省、山西省需加強(qiáng)合作，對(duì)整個(gè)流域水庫(kù)群進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化調(diào)度，以提高興利調(diào)度與防洪保安水平。

2 水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度的可行性

（1）滹沱河系的大中型水庫(kù)大都已進(jìn)行除險(xiǎn)加固，或?yàn)樾陆?，工程質(zhì)量良好，壩體穩(wěn)定，防洪標(biāo)準(zhǔn)大為提高，水庫(kù)防洪保障能力較強(qiáng)。

（2）近年來(lái)，在國(guó)家加大水利投入的新形勢(shì)下，各大中型水庫(kù)大都建設(shè)水雨情自動(dòng)測(cè)報(bào)、防洪預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)等，如河北省水利廳相繼建成了河北省防汛數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)系統(tǒng)、山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)、河北省水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)，具備優(yōu)化調(diào)度技術(shù)條件。

（3）智慧水利的提出與廣泛運(yùn)用為水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度提供了技術(shù)支撐和會(huì)商平臺(tái)。水利部提出建設(shè)水利大數(shù)據(jù)中心，打造“天下水利一張網(wǎng)”目標(biāo)。河北省水利廳編制完成河北省2019—2022智慧水利行動(dòng)方案，并啟動(dòng)智慧河流（滹沱河）試點(diǎn)建設(shè)，重要水利工程基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理。應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)加強(qiáng)數(shù)字水庫(kù)、智慧水庫(kù)建設(shè)，充分挖掘、發(fā)揮水利信息資源，能全方面提升滹沱河流域水庫(kù)管理水平，科學(xué)優(yōu)化調(diào)度，以此達(dá)到最好的防洪效益、興利效益的最佳結(jié)合點(diǎn)。

3 水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度的措施

（1）建設(shè)全流域雨水情和洪水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)信息體系。由河北省、山西省兩省水利廳水旱災(zāi)害防御處、調(diào)水處、水資源處及各大中型水庫(kù)等部門(mén)參與，對(duì)聯(lián)合調(diào)度和水源污染應(yīng)急處置進(jìn)行視頻會(huì)商研定。在“全國(guó)水利一張網(wǎng)”的前提下，加大融合力度，充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，立足于數(shù)據(jù)互通共享與技術(shù)成果分析，建成以雨洪災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、水資源管理監(jiān)控、水環(huán)境監(jiān)測(cè)、大壩安全監(jiān)測(cè)、閘門(mén)遠(yuǎn)程控制為主框架的滹沱河智慧水庫(kù)綜合保障體系。河北省、山西省要加強(qiáng)水旱災(zāi)害防御指揮體系包括汛情在線(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、防汛綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、防汛預(yù)案智能化管理系統(tǒng)、水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)、流域洪水風(fēng)險(xiǎn)在線(xiàn)分析管理系統(tǒng)、小流域山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)、公眾信息發(fā)布共享系統(tǒng)、三維可視化系統(tǒng)、值班管理系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用方面的業(yè)務(wù)研討。滹沱河流域內(nèi)各中大型水庫(kù)要重點(diǎn)建設(shè)防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)，能夠及時(shí)與省廳進(jìn)行視頻會(huì)商，提供準(zhǔn)確的雨情、水情、工情信息，向省廳決策指揮調(diào)度提供參考。

（2）科學(xué)利用雨洪資源。建議由河北省、山西省兩省防辦牽頭，組織應(yīng)急、水利、氣象等部門(mén)對(duì)即將發(fā)生的較大洪水、抗洪搶險(xiǎn)等進(jìn)行視頻會(huì)商，研定應(yīng)急對(duì)策。在調(diào)度過(guò)程中，要注意統(tǒng)籌兼顧上下游、左右岸問(wèn)題；要密切關(guān)注天氣變化，深入研究水旱災(zāi)害規(guī)律，充分利用水庫(kù)雨水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、洪水調(diào)度系統(tǒng)及小尺度降雨預(yù)報(bào)系統(tǒng)等科技手段，綜合權(quán)衡效益、損失和風(fēng)險(xiǎn)，制訂科學(xué)合理的調(diào)度方案，果斷決策，有效調(diào)控洪水。同時(shí)，河北省、山西省兩省要加強(qiáng)水庫(kù)與堤防、蓄滯洪區(qū)運(yùn)用、水庫(kù)自身優(yōu)化調(diào)度、水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度等方面的探索研究，可以利用汛期棄水和雨洪資源進(jìn)行地下水回灌，對(duì)外水系來(lái)水少的濕地、湖泊進(jìn)行補(bǔ)水，充分發(fā)揮包括水庫(kù)在內(nèi)的整個(gè)水利與防洪工程體系的防洪減災(zāi)、興利和生態(tài)功能。

（3）對(duì)大中型水庫(kù)群實(shí)行汛限水位動(dòng)態(tài)控制，提高水庫(kù)蓄滿(mǎn)率。在2002年國(guó)家防汛抗旱總指揮部組織開(kāi)展水庫(kù)汛限水位設(shè)計(jì)和運(yùn)用的相關(guān)研究現(xiàn)在正開(kāi)展成果的推廣應(yīng)用。如崗黃梯級(jí)水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制課題在2006年正式立項(xiàng)研究，此項(xiàng)工作在不降低水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下根據(jù)水庫(kù)設(shè)計(jì)及建成后的調(diào)度運(yùn)行資料，運(yùn)用當(dāng)代比較成熟的理論和技術(shù)手段，全面分析水庫(kù)汛限水位等主要特征值合理性，并依據(jù)研究成果提出水庫(kù)汛限水位調(diào)整和崗黃聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用方案，從而提高水庫(kù)蓄水能力和雨洪利用率，改善區(qū)域水資源承載能力，使水庫(kù)更好地為下游經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。

（4）強(qiáng)化滹沱河水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度信息化建設(shè)的技術(shù)支撐。信息技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)水利信息化建設(shè)提供了有利的技術(shù)保障。水庫(kù)防汛抗洪、水資源監(jiān)控調(diào)度、水環(huán)境綜合治理等都急需采用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、微電子技術(shù)等新技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用拓展，利用現(xiàn)有衛(wèi)片、高程數(shù)據(jù)等，拓展成B/S結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)版，提高系統(tǒng)利用率；采用地理信息系統(tǒng)（GIS）在水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度中可直觀(guān)、便捷地進(jìn)行二維或三維展示；對(duì)水庫(kù)工程建筑物和機(jī)電設(shè)備進(jìn)行BIM建模，實(shí)現(xiàn)工程內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)直觀(guān)展示和技術(shù)參數(shù)、特征信息查詢(xún)；集成現(xiàn)有水文、水質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)劃建設(shè)的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)同平臺(tái)查詢(xún)展示。另外，要建立無(wú)人機(jī)巡查系統(tǒng)，平時(shí)可定期進(jìn)行工程巡檢、水政巡查，以此提高工作效率。在極端天氣時(shí)，利用無(wú)人機(jī)（支持惡劣天氣長(zhǎng)時(shí)間飛行）進(jìn)行水庫(kù)上游入庫(kù)口洪水情況、水面漂浮物演進(jìn)情況、水庫(kù)周邊淹沒(méi)情況等實(shí)時(shí)巡查，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)绞》姥凑{(diào)度指揮室或水庫(kù)的調(diào)度指揮大屏，便于進(jìn)行防汛抗洪決策和指揮調(diào)度。

（5）改善庫(kù)區(qū)水生態(tài)環(huán)境，確保流域水庫(kù)群供水安全。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)水的需求不僅表現(xiàn)在水量的增加上，而且對(duì)水質(zhì)的要求也越來(lái)越高。因此，要重視水資源保護(hù)，謹(jǐn)防水污染引發(fā)區(qū)域供水危機(jī)。崗南、黃壁莊水庫(kù)自1997年向石家莊市供水以來(lái)，在水污染防治和水資源保護(hù)方面做了大量卓有成效的工作，水庫(kù)水質(zhì)明顯改善，近年來(lái)水庫(kù)一直保持在Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，達(dá)到了國(guó)家地表水飲用水標(biāo)準(zhǔn)。但是水質(zhì)狀況與繁重的供水任務(wù)相比，庫(kù)區(qū)水環(huán)境形勢(shì)還相當(dāng)嚴(yán)峻,在加強(qiáng)水源地水污染應(yīng)急措施的同時(shí)，還要加大力度采取標(biāo)本兼治的水資源保護(hù)措施。另外，還要進(jìn)行水庫(kù)生態(tài)環(huán)境修復(fù)技術(shù)研究，如在水庫(kù)上游適宜地區(qū)建設(shè)人工濕地系統(tǒng)，實(shí)施庫(kù)濱生態(tài)林帶建設(shè)和上游水土保持綜合治理，利用大自然修復(fù)能力，控制面源污染，起到涵養(yǎng)水源、過(guò)濾水質(zhì)、水土保持等綜合生態(tài)作用。各水庫(kù)可以因地制宜采取水資源保護(hù)措施，改善水庫(kù)庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境，確保水庫(kù)供水安全。

（6）依托高等院校和科研機(jī)構(gòu)，對(duì)滹沱河水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行課題研究。建議海委及河北省、山西省兩省與水利院校等開(kāi)展流域水庫(kù)群水文特性研究、水庫(kù)群防汛抗洪優(yōu)化調(diào)度研究、跨流域調(diào)水研究，充分利用省廳處室宏觀(guān)決策、大中型水庫(kù)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、院校科研機(jī)構(gòu)人才等各方優(yōu)勢(shì)；整合現(xiàn)有的信息化資源，利用現(xiàn)代科技開(kāi)發(fā)滹沱河河系三維地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)流域三維展示、水庫(kù)調(diào)度動(dòng)態(tài)及水量調(diào)配、淹沒(méi)情況實(shí)景演進(jìn)；利用高校的科研優(yōu)勢(shì)、現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)資源，依托智慧水利平臺(tái)，建立滹沱河統(tǒng)一高效的水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度指揮系統(tǒng)。在建設(shè)中，要提前謀劃確定軟件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)接口，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)體系，預(yù)留可升級(jí)冗余；定期進(jìn)行技術(shù)資料交流與信息發(fā)布；充分利用視頻會(huì)商系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度研判會(huì)商決策，節(jié)省資金，提高效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

滹沱河水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度是一個(gè)新課題，防汛抗洪、水資源調(diào)配、流域內(nèi)水污染應(yīng)急處置等均需要跨省合作，水利部海河水利委員會(huì)及河北省、山西省兩省水利、應(yīng)急部門(mén)應(yīng)積極配合，通過(guò)利用滹沱河水庫(kù)群深入開(kāi)展業(yè)務(wù)融合，提高流域降雨預(yù)報(bào)精度和洪水預(yù)報(bào)水平，實(shí)現(xiàn)滹沱河流域防汛抗洪的整體性、系統(tǒng)化，滿(mǎn)足防洪保安的要求，實(shí)現(xiàn)科學(xué)優(yōu)化調(diào)度。城市、河道等生態(tài)用水要統(tǒng)一納入流域水庫(kù)群統(tǒng)籌調(diào)度規(guī)劃，在保證城市生活、農(nóng)業(yè)用水基礎(chǔ)上著力修復(fù)或改善流域河流健康生命。同時(shí)，要加強(qiáng)流域生態(tài)建設(shè)整體規(guī)劃，建立冀晉滹沱河流域跨省水污染應(yīng)急處置預(yù)案，確保水庫(kù)供水安全。