陳桂亞

（水利部長江水利委員會防汛抗旱辦公室，430010，武漢）

長江流域水庫群聯(lián)合調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究

陳桂亞

（水利部長江水利委員會防汛抗旱辦公室，430010，武漢）

2008年三峽水庫進(jìn)入175 m試驗蓄水期，溪洛渡、向家壩等一批控制性防洪水庫也陸續(xù)投入運行，標(biāo)志著長江流域防洪、水資源綜合利用格局發(fā)生了重大調(diào)整。水庫群聯(lián)合調(diào)度涉及目標(biāo)、主體多元，關(guān)系、矛盾錯綜復(fù)雜，事關(guān)防洪安全、能源安全、航運安全、供水安全、生態(tài)安全，如何既從根本上解除長江洪澇心腹大患、高效利用水資源，又走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路，支撐長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)、造福億萬人民，是一項重大課題。介紹了長江流域水庫群防洪興利聯(lián)合調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究成果，可為實時調(diào)度提供科學(xué)支撐。

水庫群；聯(lián)合調(diào)度；關(guān)鍵技術(shù)，長江

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

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

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

長期以來長江委依托多項國家研究計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)公司等水庫運行管理單位，經(jīng)十余年系統(tǒng)研究、技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用實踐，創(chuàng)建了一整套水庫群聯(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。長期的調(diào)度效果表明，水庫群聯(lián)合調(diào)度有效保障了流域防洪安全，支撐了長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)和生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展國家戰(zhàn)略。

1. 水庫群實時洪水預(yù)報關(guān)鍵技術(shù)

水文預(yù)報是水庫群聯(lián)合調(diào)度的基礎(chǔ)。大流域?qū)崟r洪水預(yù)報的關(guān)鍵在于洪水作業(yè)預(yù)報精度及其預(yù)見期，而復(fù)雜產(chǎn)匯流背景場的變化使得與洪水預(yù)報相關(guān)的物理概念形成了新的科學(xué)認(rèn)知問題。實時洪水預(yù)報關(guān)鍵技術(shù)有效突破了面向巨型水庫群的大江大河實時洪水預(yù)報技術(shù)瓶頸，解決了實時調(diào)度中預(yù)報精度偏低、預(yù)見期短的技術(shù)難題，為水庫群防洪興利調(diào)度提供高精度的基礎(chǔ)輸入。主要包括：①研究多維時空尺度水文預(yù)報技術(shù)和河道型水庫庫區(qū)水面線預(yù)報方法，解決庫區(qū)水面線精確描述、變化模擬和預(yù)報的難題；②研究洪水實時預(yù)報校正方法，進(jìn)一步提高水文預(yù)報精度；③研究大流域水文預(yù)測預(yù)報技術(shù)，解決建庫影響下流域水文預(yù)報難題。

2. 復(fù)雜河網(wǎng)條件下洪水情勢分析技術(shù)

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

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

防洪調(diào)度是長江水庫群綜合調(diào)度的重中之重。長江流域洪水峰高、量大、歷時長和遭遇組成復(fù)雜，長江干支流、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)系是長江流域水庫群防洪調(diào)度的關(guān)鍵。長江水庫群聯(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)理論的水庫群防洪調(diào)度協(xié)調(diào)技術(shù)，解決了長江整體防洪與區(qū)域防洪耦合的建模難題，實現(xiàn)面向多區(qū)域防洪目標(biāo)的水庫群防洪聯(lián)合調(diào)度。①以水庫群防洪調(diào)度整體效益最優(yōu)為目標(biāo)，探索多區(qū)域協(xié)同防洪的水庫群防洪庫容分配優(yōu)化組合，研究滿足上游支流重點地區(qū)、川渝河段、荊江河段、城陵磯地區(qū)、武漢地區(qū)等多區(qū)域防洪要求的長江上中游水庫群多區(qū)域協(xié)同防洪調(diào)度方案，突破水庫群防洪調(diào)度工程實踐面臨的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。②綜合考慮上游來水情勢、中下游防洪形勢等眾多不確定性因素，研究洪水預(yù)測預(yù)報模擬和水庫群多區(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江上游水庫群聯(lián)合防洪實時補(bǔ)償調(diào)度模擬模型，研發(fā)了重點區(qū)域防洪的技術(shù)仿真和效果推演平臺，實現(xiàn)研究成果對防洪實時調(diào)度的決策支持。③研究水庫群防洪調(diào)度風(fēng)險與效益決策評估技術(shù)，建立水庫群聯(lián)合防洪補(bǔ)償調(diào)度風(fēng)險評估與效益評價指標(biāo)體系，分析不同頻率洪水下不同防洪補(bǔ)償調(diào)度方案對重點區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險，提出適應(yīng)長江上游水庫群大規(guī)模、強(qiáng)約束、多區(qū)域的防洪調(diào)度效益評估方法，為優(yōu)化水庫聯(lián)合防洪補(bǔ)償調(diào)度方案提供技術(shù)支持。

4. 水庫群水資源綜合高效利用關(guān)鍵技術(shù)

在保證長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群水資源高效利用的關(guān)鍵。水庫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、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)水庫群汛期運行水位動態(tài)控制方法和自適應(yīng)動態(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)報預(yù)泄”方式下滿足多區(qū)域協(xié)同防洪要求的水庫群汛期運行水位動態(tài)模擬模型，研究水庫群汛期運行水位動態(tài)控制優(yōu)化組合，提出提高水資源綜合效益的水庫群汛期運行水位動態(tài)控制方案；②研究常遇洪水下水庫群洪水資源化風(fēng)險調(diào)控技術(shù)，在不降低流域防洪標(biāo)準(zhǔn)前提下，減小常遇洪水時水庫下游的防洪壓力，提高水庫群洪水資源利用效率；③研究水庫群防洪庫容動態(tài)預(yù)留方式，實現(xiàn)汛末期防洪與蓄水的有機(jī)結(jié)合；④研究水庫群聯(lián)合蓄水調(diào)度時序技術(shù)，解決汛末集中蓄水和競爭蓄水可能帶來的供水、生態(tài)、航運等用水矛盾。

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

水庫群綜合調(diào)度一體化系統(tǒng)集成是實現(xiàn)長江流域水庫群綜合調(diào)度信息化的重要手段。流域水庫群防洪興利綜合調(diào)度一體化系統(tǒng)集成開發(fā)技術(shù)通過建立流域水庫群防洪興利綜合調(diào)度一體化系統(tǒng)，解決了一體化調(diào)度系統(tǒng)集成開發(fā)中系統(tǒng)規(guī)模和時空尺度龐大、硬件體系結(jié)構(gòu)和軟件邏輯復(fù)雜的技術(shù)難題，為長江水庫群綜合調(diào)度應(yīng)用提供決策支撐，最終實現(xiàn)水資源的安全高效利用。①研究水庫群分布式數(shù)據(jù)采集、存儲、融合與大數(shù)據(jù)深度挖掘技術(shù)，實現(xiàn)水庫群信息的快速共享與分發(fā)，支撐水庫群多目標(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)模水庫群信息交互、預(yù)報調(diào)度、決策支持、動態(tài)模擬、分析評估等應(yīng)用特色一體化的云平臺構(gòu)建共性關(guān)鍵技術(shù)，提供強(qiáng)有力的會商決策支持。

二、長江流域水庫群聯(lián)合調(diào)度存在的問題和面臨的挑戰(zhàn)

長江流域水庫群運行體系已基本形成，但目前水庫群聯(lián)合調(diào)度技術(shù)水平與長江經(jīng)濟(jì)帶國家發(fā)展戰(zhàn)略、新常態(tài)下經(jīng)濟(jì)社會發(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。水庫群聯(lián)合調(diào)度研究尚處于起步階段，水庫群形成和運行的時間還不長，對水庫調(diào)度帶來的影響還需要加強(qiáng)認(rèn)識，要達(dá)到使全流域防洪、供水、灌溉、抗旱、發(fā)電、航運和生態(tài)等多目標(biāo)綜合效益最大化，還有許多技術(shù)難題和管理問題需要研究解決。

1. 水文泥沙規(guī)律認(rèn)識及水文預(yù)報有待加強(qiáng)

隨著流域水庫群數(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)測與研究。中期、延伸期、長期水文預(yù)報精度有待提高。

2. 流域?qū)用娴姆篮槁?lián)合調(diào)度有待完善

除三峽工程外，長江上游其他梯級水庫共預(yù)留了約140億m3的防洪庫容。這些水庫預(yù)留的防洪庫容除滿足所在河流的防洪要求外，還需配合三峽水庫分擔(dān)長江中下游防洪任務(wù)，在長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，上游水庫群與中下游水庫群的聯(lián)合調(diào)度工作還剛剛起步。

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

目前，對水庫群的蓄供水協(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，在水資源配置矛盾的協(xié)調(diào)方面，對流域?qū)用娴恼w考慮不足。

4. 水庫工程對流域水生態(tài)環(huán)境影響及對策有待探索

目前長江流域水生態(tài)水環(huán)境調(diào)度尚處于起步階段，對流域?qū)用娴乃畮烊核鷳B(tài)調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)及水庫調(diào)度運行對水生態(tài)環(huán)境的影響等方面研究剛剛開始，亟須進(jìn)一步加強(qiáng)聯(lián)合調(diào)度研究與實踐的工作。

5. 水庫群多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度工作剛剛起步

長江流域水庫群具有防洪、發(fā)電、航運、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)度過程中如何協(xié)調(diào)好多水庫、多地區(qū)、多部門的綜合利用需求和關(guān)系，需要進(jìn)一步深入研究，并不斷開展調(diào)度實踐。

三、長江流域水庫群聯(lián)合調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究未來計劃

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

1. 水文泥沙預(yù)測預(yù)報及調(diào)控方面

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

2. 防洪減災(zāi)方面

重點研究并發(fā)展水庫群防洪聯(lián)合調(diào)度技術(shù)、實時預(yù)報防洪調(diào)度技術(shù)和長江流域水庫群預(yù)留防洪庫容優(yōu)化技術(shù)并逐步應(yīng)用，在2020年前后明確長江流域水庫群預(yù)留防洪庫容分配方式，編制具體防洪目標(biāo)的防洪調(diào)度方式。在水庫群防洪聯(lián)合調(diào)度的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)水庫與蓄滯洪區(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)險控制關(guān)鍵技術(shù)。

3. 水資源綜合利用方面

逐步厘清水庫對干流水、沙、河道形態(tài)的影響，以沿江重要城市和洞庭湖、鄱陽湖地區(qū)為主要對象，開展保障供水、水生態(tài)與水環(huán)境安全的水庫群聯(lián)合調(diào)度技術(shù)研究，同時，考慮流域發(fā)電、航運聯(lián)合調(diào)度需求。

4. 多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度決策方面

深入開展流域水庫群蓄、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)運行情況，重點研究滇中引水、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)利益的水庫群協(xié)同調(diào)度技術(shù)、跨流域調(diào)度影響評估技術(shù)等。同時注重對防洪、發(fā)電、供水、航運、水環(huán)境水生態(tài)等水庫群多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度風(fēng)險決策的技術(shù)攻關(guān)。■

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

[2]魏山忠，等.三峽水庫試驗蓄水期綜合利用調(diào)度研究[M].北京：中國水利水電出版社,2016.

[3]郭生練，等.梯級水庫群洪水資源調(diào)控與經(jīng)濟(jì)運行[M].北京:中國水利水電出版社,2012.

[4]陳桂亞.三峽水庫運行調(diào)度技術(shù)研究及實踐[M].北京：中國水利水電出版社,2013.

[5]陳桂亞,等.長江流域水庫群的聯(lián)合調(diào)度有效緩解了中下游地區(qū)防洪壓力[J].中國水利,2016（14）.

[6]陳敏.長江流域水庫群聯(lián)合調(diào)度實踐和展望[J].中國防汛抗旱, 2016,26(2).

[7]陳桂亞.長江上游控制性水庫群聯(lián)合調(diào)度初步研究[J].人民長江，2013（23）.

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，教授級高級工程師。

責(zé)任編輯 李建章