长江流域水库群联合调度关键技术研究

陈桂亚

（水利部长江水利委员会防汛抗旱办公室，430010，武汉）

长江流域水库群联合调度关键技术研究

陈桂亚

（水利部长江水利委员会防汛抗旱办公室，430010，武汉）

2008年三峡水库进入175 m试验蓄水期，溪洛渡、向家坝等一批控制性防洪水库也陆续投入运行，标志着长江流域防洪、水资源综合利用格局发生了重大调整。水库群联合调度涉及目标、主体多元，关系、矛盾错综复杂，事关防洪安全、能源安全、航运安全、供水安全、生态安全，如何既从根本上解除长江洪涝心腹大患、高效利用水资源，又走生态优先、绿色发展之路，支撑长江经济带建设、造福亿万人民，是一项重大课题。介绍了长江流域水库群防洪兴利联合调度关键技术研究成果，可为实时调度提供科学支撑。

水库群；联合调度；关键技术，长江

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

按照国务院批复的《长江流域综合规划》，为治理长江水患、开发利用水资源，长江流域相继建成了一批大型水库，目前已投入使用的36座大型水库，总库容近1 770亿m3，兴利库容约920亿m3，防洪库容约590亿m3，装机容量达8 650万kW，多年平均发电量可达3 450亿kWh，形成了世界上规模最大的水库群，运行调度涉及防洪、发电、航运、供水、生态等多个目标，难度空前。围绕长江流域水库群联合调度中的突出问题，长江委通过理论突破，技术攻关和工程实践，在实时洪水预报、洪水情势分析、防洪联合调度、水资源高效利用以及系统集成开发等关键技术方面取得了诸多成果。

一、长江流域控制性水库群联合调度关键技术

长期以来长江委依托多项国家研究计划和重大工程科研课题，联合武汉大学等科研院所和三峡集团公司等水库运行管理单位，经十余年系统研究、技术攻关和应用实践，创建了一整套水库群联合调度先进理论与方法体系，在关键技术方面取得了众多突破。长期的调度效果表明，水库群联合调度有效保障了流域防洪安全，支撑了长江经济带建设和生态优先、绿色发展国家战略。

1. 水库群实时洪水预报关键技术

水文预报是水库群联合调度的基础。大流域实时洪水预报的关键在于洪水作业预报精度及其预见期，而复杂产汇流背景场的变化使得与洪水预报相关的物理概念形成了新的科学认知问题。实时洪水预报关键技术有效突破了面向巨型水库群的大江大河实时洪水预报技术瓶颈，解决了实时调度中预报精度偏低、预见期短的技术难题，为水库群防洪兴利调度提供高精度的基础输入。主要包括：①研究多维时空尺度水文预报技术和河道型水库库区水面线预报方法，解决库区水面线精确描述、变化模拟和预报的难题；②研究洪水实时预报校正方法，进一步提高水文预报精度；③研究大流域水文预测预报技术，解决建库影响下流域水文预报难题。

2. 复杂河网条件下洪水情势分析技术

认识和揭示长江流域的暴雨、洪水时空分布特性及洪水遭遇规律，是实施长江水库群联合调度的基础工作，复杂河网条件下洪水情势分析技术科学辨析了未建库与建库条件下洪水差异及特点，为水利工程胁迫下长河系、多阻断复杂河网防洪调度提供安全边界。①研究建立入库洪水、坝址洪水和峰现时间相关性的多变量数学函数，解决了长河系、多阻断复杂河网洪水精确还原的难题；②研究推求建库后长江流域上游干支流主要控制站点的洪水过程，定量分析了水库群建成运用对主要控制站洪水调节作用与水文情势影响的累积效应，为长江防洪实时调度提供了可靠的水文基础。

3. 水库群联合防洪调度关键技术

防洪调度是长江水库群综合调度的重中之重。长江流域洪水峰高、量大、历时长和遭遇组成复杂，长江干支流、上下游防洪关系复杂，如何统筹协调好流域整体防洪与区域防洪的关系是长江流域水库群防洪调度的关键。长江水库群联合防洪调度关键技术系统研究了面向多区域防洪目标和基于系统分解协调理论的水库群防洪调度协调技术，解决了长江整体防洪与区域防洪耦合的建模难题，实现面向多区域防洪目标的水库群防洪联合调度。①以水库群防洪调度整体效益最优为目标，探索多区域协同防洪的水库群防洪库容分配优化组合，研究满足上游支流重点地区、川渝河段、荆江河段、城陵矶地区、武汉地区等多区域防洪要求的长江上中游水库群多区域协同防洪调度方案，突破水库群防洪调度工程实践面临的关键技术瓶颈。②综合考虑上游来水情势、中下游防洪形势等众多不确定性因素，研究洪水预测预报模拟和水库群多区域协同防洪调度模拟模型耦合技术，建立集成复杂不确定性因素的长江上游水库群联合防洪实时补偿调度模拟模型，研发了重点区域防洪的技术仿真和效果推演平台，实现研究成果对防洪实时调度的决策支持。③研究水库群防洪调度风险与效益决策评估技术，建立水库群联合防洪补偿调度风险评估与效益评价指标体系，分析不同频率洪水下不同防洪补偿调度方案对重点区域洪灾风险，提出适应长江上游水库群大规模、强约束、多区域的防洪调度效益评估方法，为优化水库联合防洪补偿调度方案提供技术支持。

4. 水库群水资源综合高效利用关键技术

在保证长江流域防洪安全的前提下，减少汛期弃水、提高汛末蓄满率是水库群水资源高效利用的关键。水库群水资源综合高效利用关键技术在确保防洪安全，协调发电、航运、供水、生态、泥沙淤积等多目标调度需求的前提下，攻关水库群汛期运行水位动态控制方法和自适应动态蓄水调度技术，高效利用洪水资源，有效提高了水库的汛末蓄满率。①以保障流域防洪安全为前提，以提高洪水资源利用率为目标，研究建立“预报预泄”方式下满足多区域协同防洪要求的水库群汛期运行水位动态模拟模型，研究水库群汛期运行水位动态控制优化组合，提出提高水资源综合效益的水库群汛期运行水位动态控制方案；②研究常遇洪水下水库群洪水资源化风险调控技术，在不降低流域防洪标准前提下，减小常遇洪水时水库下游的防洪压力，提高水库群洪水资源利用效率；③研究水库群防洪库容动态预留方式，实现汛末期防洪与蓄水的有机结合；④研究水库群联合蓄水调度时序技术，解决汛末集中蓄水和竞争蓄水可能带来的供水、生态、航运等用水矛盾。

5. 水库群防洪兴利综合调度一体化系统集成开发技术

水库群综合调度一体化系统集成是实现长江流域水库群综合调度信息化的重要手段。流域水库群防洪兴利综合调度一体化系统集成开发技术通过建立流域水库群防洪兴利综合调度一体化系统，解决了一体化调度系统集成开发中系统规模和时空尺度庞大、硬件体系结构和软件逻辑复杂的技术难题，为长江水库群综合调度应用提供决策支撑，最终实现水资源的安全高效利用。①研究水库群分布式数据采集、存储、融合与大数据深度挖掘技术，实现水库群信息的快速共享与分发，支撑水库群多目标优化调度大数据智能化业务应用的需求；②研究适应大规模水库群信息交互、预报调度、决策支持、动态模拟、分析评估等应用特色一体化的云平台构建共性关键技术，提供强有力的会商决策支持。

二、长江流域水库群联合调度存在的问题和面临的挑战

长江流域水库群运行体系已基本形成，但目前水库群联合调度技术水平与长江经济带国家发展战略、新常态下经济社会发展和流域管理机构依法治水管理等方面需求仍有一定差距。水库群联合调度研究尚处于起步阶段，水库群形成和运行的时间还不长，对水库调度带来的影响还需要加强认识，要达到使全流域防洪、供水、灌溉、抗旱、发电、航运和生态等多目标综合效益最大化，还有许多技术难题和管理问题需要研究解决。

1. 水文泥沙规律认识及水文预报有待加强

随着流域水库群数量的增多，调节水沙能力加强，水文泥沙演变规律需进一步加强监测与研究。中期、延伸期、长期水文预报精度有待提高。

2. 流域层面的防洪联合调度有待完善

除三峡工程外，长江上游其他梯级水库共预留了约140亿m3的防洪库容。这些水库预留的防洪库容除满足所在河流的防洪要求外，还需配合三峡水库分担长江中下游防洪任务，在长江防洪体系中占有重要位置。岷江、嘉陵江、乌江、汉江等主要支流的联合调度方案研究还显不足，上游水库群与中下游水库群的联合调度工作还刚刚起步。

3. 基于水库群联合调度的流域水资源综合利用有待加强

目前，对水库群的蓄供水协调次序、蓄供水方式等方面等研究还不深入，联合调度方案有待完善。同时，在水资源配置矛盾的协调方面，对流域层面的整体考虑不足。

4. 水库工程对流域水生态环境影响及对策有待探索

目前长江流域水生态水环境调度尚处于起步阶段，对流域层面的水库群水生态调度关键技术及水库调度运行对水生态环境的影响等方面研究刚刚开始，亟须进一步加强联合调度研究与实践的工作。

5. 水库群多目标联合调度工作刚刚起步

长江流域水库群具有防洪、发电、航运、供水、水环境与水生态保护等多种综合利用目标，调度过程中如何协调好多水库、多地区、多部门的综合利用需求和关系，需要进一步深入研究，并不断开展调度实践。

三、长江流域水库群联合调度关键技术研究未来计划

针对长江流域水库联合调度过程中存在的突出问题，考虑社会经济发展的变化需求，长江委从流域管理的视角，按照国家生态文明建设和长江经济带建设的总体要求，以“维护健康长江，促进人水和谐”为基本宗旨，以《长江流域综合规划（2012—2030年）》及水利部相关文件为依据，提出了长江流域水库群联合调度研究顶层设计，以指导未来10～20年左右的长江流域水库群联合调度研究和工作方向，促进流域水库群和水量统一调度和管理，提高长江流域水库群科学调度能力，保障长江流域防洪安全、供水安全、生态安全。

1. 水文泥沙预测预报及调控方面

应用定量降雨预报、水文气象耦合、集合预报等技术，进一步提高水文预报的精度和预见期。针对水库群建成后的流域泥沙输移新特点，推进新水沙条件下的水库群泥沙预报调度与模拟关键技术研究与实践。

2. 防洪减灾方面

重点研究并发展水库群防洪联合调度技术、实时预报防洪调度技术和长江流域水库群预留防洪库容优化技术并逐步应用，在2020年前后明确长江流域水库群预留防洪库容分配方式，编制具体防洪目标的防洪调度方式。在水库群防洪联合调度的基础上，加强水库与蓄滞洪区协同调度优化技术的研究，并发展相应的防洪调度风险控制关键技术。

3. 水资源综合利用方面

逐步厘清水库对干流水、沙、河道形态的影响，以沿江重要城市和洞庭湖、鄱阳湖地区为主要对象，开展保障供水、水生态与水环境安全的水库群联合调度技术研究，同时，考虑流域发电、航运联合调度需求。

4. 多目标联合调度决策方面

深入开展流域水库群蓄、放水优化调度模型，不同阶段防洪与蓄水、供水的协调调度等关键技术研究。根据流域内跨流域调水工程建设运行情况，重点研究滇中引水、南水北调中线等跨流域调度工程均衡调水区和受水区利益的水库群协同调度技术、跨流域调度影响评估技术等。同时注重对防洪、发电、供水、航运、水环境水生态等水库群多目标联合调度风险决策的技术攻关。■

[1]魏山忠，等.长江水库群防洪兴利综合调度关键技术研究及应用[M].北京：中国水利水电出版社,2016.

[2]魏山忠，等.三峡水库试验蓄水期综合利用调度研究[M].北京：中国水利水电出版社,2016.

[3]郭生练，等.梯级水库群洪水资源调控与经济运行[M].北京:中国水利水电出版社,2012.

[4]陈桂亚.三峡水库运行调度技术研究及实践[M].北京：中国水利水电出版社,2013.

[5]陈桂亚,等.长江流域水库群的联合调度有效缓解了中下游地区防洪压力[J].中国水利,2016（14）.

[6]陈敏.长江流域水库群联合调度实践和展望[J].中国防汛抗旱, 2016,26(2).

[7]陈桂亚.长江上游控制性水库群联合调度初步研究[J].人民长江，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

陈桂亚，副主任，教授级高级工程师。

责任编辑 李建章