金沙江下游—三峡梯级水库水资源综合调度研究

李鹏 舒卫民

摘 要：2013年，随着金沙江流域的向家坝、溪洛渡水库相继蓄水，金沙江下游—三峡梯级水库形成。梯级水库包含溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝4座水库，目前正在全面发挥防洪、发电、航运、生态、供水等综合效益。为提高水资源利用率，探索出了以“水情信息统一管理、水库来水统一预报、调度方案统一制作、对外关系统一协调”为核心的金沙江下游—三峡梯级水库统一联合调度模式。统筹考虑防洪、发电、航运、生态、供水等综合利用需求，开展了汛前联合供水、汛期联合防洪减灾、汛末协调兴利蓄水等梯级水库联合调度。

关键词：综合效益;综合利用;水库联合调度

中图法分类号：TV697.1              文献标志码：A               DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2019.0314

1  梯级水库基本情况

1.1  梯级水库简介

溪洛渡、向家坝是川江河段防洪的核心工程，是“西电东送” 的骨干电源点。溪洛渡水库具有不完全年调节能力，总库容129.1亿m3，调节库容64.6亿m3，防洪库容46.5亿m3;电站装机容量13 860MW，设计多年平均发电量570.7亿kW·h（远期616.2亿kW·h）。向家坝水库具有季调节能力，总库容51.63 亿m3，调节库容9.03亿m3，防洪发电共用库容9.03亿m3，电站装机6 400MW，设计多年平均发电量308.8亿kW·h（远期330.91亿kW·h）。

三峡工程是治理和开发长江的关键性骨干工程，是我国“西电东送”和“南北互供”的骨干电源点，水库具有不完全年调节能力，总库容393亿m3，调节库容165亿m3，防洪库容221.5亿m3;电站装机容量22 500MW，布置32台单机容量为700MW的混流式水轮发电机和2台单机容量为50MW的混流式水轮发电机，设计多年平均发电量882亿kW·h。葛洲坝水电站是径流式电站，主要任务是对三峡水利枢纽日调节下泄的非恒定流过程进行反调节;原设计装机容量为2 735MW，设计多年平均发电量157亿kW·h;目前部分机组在增容改造，改造全部完成后，总装机容量为3 210MW。

1.2  梯级水库调度特点

承担任务重。具有防洪、发电、航运、生态、灌溉、补水、拦沙、应急等功能。

流域特性复杂。梯级水库河道距离约1 000km，横跨6省市，流域来水组成复杂，向家坝到三峡区间有岷沱江、嘉陵江、乌江等大支流，区间水量占三峡入库水量的三分之二。

三峡水库控制流域面积100万km2，占长江流域的56%，控制水量4 510亿m3，占全流域的47%。向家坝控制水量1 460亿m3，完全控制整个金沙江的来水。

调度协调难度大。调度机构跨区跨网跨行业，涉及国调中心、南网总调、华中网调、湖北省调、宜昌地调四级电网调度机构;国家防总、长江防总两级防总，此外还有航运、环保、应急等部门，调度诉求矛盾显著。

2 梯级水库调度管理模式

三峡水利枢纽梯级调度通信中心（以下简称“梯调中心”）全面负责金沙江下游—三峡梯级电站的调度工作。通过多年的调度实践，探索出了以“水情信息统一管理、水库来水统一预报、调度方案统一制作、对外关系统一协调”为核心的金沙江下游—三峡梯级水库统一联合调度的管理模式，以充分发挥流域梯级综合效益。

2.1  水情信息统一管理

目前，梯调中心建设了国内水電企业规模最大、功能最齐全的流域水雨情遥测系统。自建或共建共享的遥测、报汛站近1 400个，控制长江上游流域面积约58万km2，10分钟内能收集所有站点数据，实时监视流域水雨情，实现了对流域水雨情信息的快速收集、存储和处理。

梯调中心自建的遥测站随着调度业务的发展，覆盖范围不断增加，共分四期建成。为了管理好这些测站，建立了“共建共管、优势互补、资源共享、和谐发展”的测站管理模式。由于自建遥测站的覆盖范围不能完全满足金沙江下游—三峡梯级水库群的联合调度的要求，同时，为了对遥测信息进行补充和对比、对预报模型的实时数据进行校正，以及对流域主要控制站的流量进行监视，通过与水文部门合作，委托其为梯调中心提供水雨情报汛服务。目前，共有四川省水文局、贵州省水文局、重庆市水文局、长江委上游局等12个水文部门和单位提供水文（位）站、雨量站实时水情报汛服务和水情资料。

2.2  水库来水统一预报

梯调中心目前开展的来水预报主要有溪洛渡、向家坝、三峡水库入库流量预报，涉及溪洛渡、向家坝所处的金沙江区域与三峡、葛洲坝所处的长江上游区域。金沙江来水占三峡入库水量的约三分之一，溪洛渡的来水直接影响三峡的来水。为全面掌握流域的水雨情特性，充分利用好水资源，梯调中心积极探索新的预报方式，最终提出了对金沙江下游—三峡梯级水库来水统一预报的管理模式，在宜昌统一开展预报作业。为了该模式的顺利实施，梯调中心建立了长江上游流域水文预报方案，开发了完备的水文预报系统，预报断面60多个，水库21座;实施了主副班滚动制作预报和水文气象会商制度;开展了预报优胜值劳动竞赛。梯级水库短期入库流量预报已由2～3天扩展至7天，并能对8～10天洪水定性分析，全年24小时入库流量预报精度达98%左右。

2.3  调度方案统一制作

溪洛渡水库和三峡水库相距770km，且4座水库调节性能和承担的功能有所不同。为了提高流域水资源利用率，实现流域梯级水库综合效益最大化，需要充分利用流域降雨在时间和地区分布上的差异，以及流域梯级水库的调节性能。梯调中心的水调自动化系统是开展水情预报、水库调度等核心业务的生产管理平台，系统涵盖气象预报、水文预报、水库调度全业务链，满足四库常规调度和两库优化调度需求。根据梯级电站联合优化调度运行原则，结合电力市场需求，利用水调自动化系统，梯调中心统一编制和落实梯级电站长、中、短期联合优化调度方案。

2.4  对外关系统一协调

随着三峡、向家坝、溪洛渡的相继投产发电，梯级水库承担的功能越来越多，对外协调关系越来越复杂，协调好防洪、发电、航运、生态、补水等需求的难度越来越大。目前对外直接协调的单位有国家防总、长江水利委员会、国家电网、南方电网、长江航道管理局、三峡通航管理局、宜宾地方防办和航道管理部门等，且溪洛渡属于“一库两站两调”，左右岸电厂分别归属国网和南网调度，更是增加了协调的难度。此外，还存在部分部门单位的诉求与整体综合效益矛盾，多单位、多诉求交织在一起的问题。为了更好地协调水库调度各利益相关方的诉求，梯调中心建立了对外统一协调机制。一方面减轻了梯级水库协调的难度和工作量;另一方面，将流域梯级水库作为一个整体，有利于站在全局的角度出发协调各方面的诉求，充分发挥梯级水库的综合效益。

3  梯级水库联合调度方式

结合流域来水特性和梯级水库调节性能，梯调中心主要从以下5个方面开展流域梯级水库统一联合调度。

3.1  统一联合防洪调度

从防洪目标来讲，金沙江区域的溪洛渡、向家坝梯级具有兼顾川渝沿岸重要城市群和配合三峡水库对长江中下游的双重防洪任务，三峡水库主要承担长江中下游地区的防洪任务。从分布的区域来讲，防洪目标既有在川渝河段的宜宾、泸州、重庆等沿江城镇，又有荆江河段和城陵矶等中下游地区，且防洪目标分布范围非常广。从满足的层次性角度来讲，因各城市或地区防洪标准不一，难以用一种拦蓄方式满足多区域防洪，既需要针对性的削峰错峰，又要考虑防洪库容的共用性，同时还要兼顾到河段堤防规划建设水平与实际防洪能力的差异。这是一个多目标、多区域、多层次性防洪调度需求的流域性防洪调度的问题，与一般意义上的水库联合防洪调度有本质的区别。

为了科学划分流域梯级水库有限的防洪库容、协调不同区域的防洪调度，充分发挥梯级水库群防洪效益，梯调中心配合上级防汛主管部门开展了防洪统一联合调度。首先，在明确了溪洛渡、向家坝梯级对川渝河段沿岸各城市防洪库容预留方式和防洪调度方式的基础上，提出溪洛渡、向家坝水库配合三峡水库对长江中下游的拦蓄方式。其次，通过分析掌握不同河段地区防洪对上游梯级水库预留防洪库容的需求，统一协调流域的防洪要求，提出不同区域、不同来水情况下梯级水库防洪库容的最优分配方式。

3.2  统一联合蓄水调度

随着长江上游大量大型水库群的建成投产，溪洛渡、向家坝、三峡汛末蓄满压力越来越大。从目前掌握的上游大型水库的蓄水规律看，具有蓄水量大、蓄水时间集中的特点：上游仅大型水库汛末蓄水量就超570亿m3，且蓄水时间大部分集中在9月，与溪洛渡、向家坝、三峡的蓄水时间重叠，汛末将会出现与溪洛渡、向家坝、三峡抢蓄水的情况，降低水库群的蓄满率。为了缓解溪洛渡、向家坝和三峡水库汛末蓄水压力，提高3座水库的蓄满率，保障水库次年枯水期的兴利调度。梯调中心开展相关研究，采取了金沙江下游—三峡梯级水库群统一联合蓄水的调度方式。

为了做好两个区域水库群的联合蓄水工作，主要采取了以下三个方面的措施：一是协调好三库联合蓄水与流域防洪安全，开展预报预蓄，减少正式蓄水后的蓄水量。二是在分析水库提前蓄水对库区泥沙淤积的影响的基础上，结合来水预报，合理控制水库蓄水进度，实现蓄水和减淤相协调。三是研究水库提前蓄水对库区淹没的影响，为汛末提前蓄水提供技术支持。为了最终实现两个区域联合蓄水目标，在分析梯级水库蓄水控制条件、时机、次序，以及不同蓄水方案对防洪、泥沙和库尾淹没的基础上，提出金沙江下游-三峡梯级水库群联合蓄水调度方案。

3.3  统一联合消落调度

长江流域水资源丰富，但时空分布极端不均，干旱灾害时有发生，特别是枯季降水少，常常面临水资源短缺的风险。随着中下游经济社会的发展，水资源需求不断提高，不可避免地加剧中下游水资源的供需矛盾。因此，要合理调配流域水资源，保障水库上下游供水安全，改善下游地区枯水时段的供水条件，提高梯级电站的发电效益，就必须打破传统的调度方式，对两个区域梯级水库群消落期的水资源实现联合调度。

在分析对比梯级水库群不同消落次序对供水保证率、梯级电站发电收益等调度指标影响的基础上，提出了等流量补偿调度方式和消落水位分段控制两种联合消落方式，针对特枯年份的消落补偿方案进行了分析研究。研究结果表明：三峡水库优先供水对梯级发电效益和保证率有利，三库不同的供水次序均能满足下游供水要求，三库不同供水次序对三峡库区航运的影响差别不大。经综合分析，一般情况，三库的供水次序为三峡—溪洛渡—向家坝。

3.4  统一联合发电调度

由于防洪、航运、生态、补水等需求与发电相互交错，且发电调度始终伴随于蓄水、消落和防洪等调度过程。为了协调好多方利益，充分发挥两个区域梯级水库的补偿调节功能，实现梯级水库的综合效益最大化，有必要对两个区域梯级电站进行统一联合发电调度。梯调中心结合各两个区域水库的不同调度和来水特性，通过采取以下措施对两个区域的梯级水库进行统一联合调度。

开展预报预蓄工作，对梯级水库蓄水进程进行优化，基于蓄满率、梯级弃水量、梯级发电量三个指标等三个不同的目标，提出了对应的蓄水计划。

开展梯级水库联合消落，对梯级电站发电量、供水保障率和出力保障率三个指标进行了分析，并提出了针对不同目标的调度策略。

汛期开展中小洪水调度和联合防洪调度。在汛期下游防洪压力不大的前提下，通过开展中小洪水调度，可减少弃水，抬升库水位增发电量。通过溪洛渡、向家坝和三峡开展联合防洪调度，可通过提高溪洛渡、向家坝发电水头，减少梯级水库的弃水量，增发电量。

3.5  统一联合生态调度

长江上中游一大批大中型水库建成运行后，天然状况下的洪水过程经水库调控后被坦化和破碎化，改变了“四大家鱼”自然繁殖所必需的水力条件。生态调度作为水库调度运行的“再调度”，基于水生态和环境的需求，调整水库调度方式，使其下泄流量与上下游河段生态和环境的需求在时空上实现“匹配”，以达到减少或消除对生态和环境不利影响的目的，通过对生态流量和水温的控制达到促进鱼类增殖和改善水生态系统的目的。随着向家坝、溪洛渡的相继投产发电，溪洛渡、向家坝与三峡水库开展联合水文过程生态调度，每年5～6月份，當下游江段水温达到18℃以上，且产漂流性卵鱼类（“四大家鱼”、铜鱼等）亲鱼性成熟度满足产卵需求时，通过持续增加水库出库流量的方式，人工创造出促进产漂流性卵鱼类产卵繁殖的持续涨水过程。

4  梯級水库联合调度成效

通过开展金沙江下游—三峡梯级水库联合调度，梯级水库综合效益巨大。以2017年为例，梯级水库在联合防洪、发电、航运、生态等方面的效益均创历史新高。

4.1  防洪调度

梯级枢纽在保障自身防洪安全的前提下，通过开展防洪调度，保障了防洪对象的安全度汛。梯级水库共开展了4次防洪调度，其中开展三库联合防洪调度1次，向家坝开展错峰调度1次，三峡单独开展蓄洪调度2次，梯级水库共拦蓄洪量128.72亿m3。在迎战长江1号洪峰的联合防洪调度过程中，梯级水库联合拦蓄洪水91.6亿m3，创历史新高，降低莲花塘水位约0.8～0.9m，避免了城陵矶地区分洪。

4.2  发电调度

年度发电量继2016年创历史新高后，再创梯级电站发电新纪录，达2 108.9亿kW·h。其中溪洛渡、葛洲坝电站连续4年发电量创新高，三峡电站累计发电量超1万亿kW·h，梯级电站全年累计节水增发电量96.3亿kW·h，水能利用提高率4.87%。在梯级水库汛期来水较多年均值偏枯约两成的不利形势下，全年梯级电站均实现了长时间满出力运行：三峡电站313h，向家坝电站1 784h，溪洛渡左岸电站1 254h，溪洛渡右岸电站达782.75h。

4.3  航运调度

消落期通过联合调度，提高向家坝下游航运水深0.97m，增加葛洲坝下游航运水深0.80m。三峡船闸全年累计过闸船舶货运量达1.3亿t，再创历史新高。春节通过开展疏散船舶调度，疏散400艘吃水深度在3.5m以上的船舶。多次开展海损事故船舶施救应急调度，为流域航运顺畅提供了保障。

4.4  生态调度

消落期完成了梯级水库联合生态调度试验，促进漂流性鱼类产卵。其中，川江河段监测鱼卵总量1.11亿粒，江津断面监测鱼卵总量1.06亿粒;宜都断面监测到“四大家鱼”产卵总量10.8亿粒，创历年最高记录，有力促进了长江上游珍稀特有鱼类的繁殖。梯级水库累计向下游补水310.6亿m3，其中溪洛渡～向家坝梯级水库向下游补水77.66亿m3。三峡水库向下游补水232.94亿m3。

5  结语

金沙江下游—三峡梯级水库实施了综合调度管理措施，取得了较好成效。然而，长江上游干支流大型控制性水库数量众多，运行管理分散，涉及众多管理单位和不同利益主体，如水库调度各自为政，易造成水能资源的非经济利用，今后需进一步加强长江上游干支流水库群联合调度工作。

参考文献：

[1]长江勘测规划设计研究有限责任公司等，金沙江溪洛渡、向家坝水库与三峡水库联合调度研究[R]，2014.

[2]李鹏，李晖，阮燕云.金沙江下游—三峡梯级电站三库联合调度[J]，梯级调度控制研究论丛，2015：169-175.

Study on the Integrated Scheduling of Water Resources in the Lower Reaches of the Jinsha River - Three Gorges Cascade Reservoirs

Li Peng，Shu Weimin

（Three Gorges Water Conservancy Ladder Dispatch and Communication Center，Yichang，Hubei 443133）

Abstract：In 2013，with the Xiangjiaba and Xiluodu reservoirs in the Jinsha River basin successively storing water，the lower reaches of the Jinsha River-Three Gorges cascade reservoirs were formed. The cascade reservoirs include four reservoirs，namely Xiluodu，Xiangjiaba，Three Gorges and Gezhouba. At present，comprehensive benefits such as flood control，power generation，shipping，ecology and water supply are being fully utilized.In order to improve the utilization rate of water resources，the core joint operation mode is explored in the lower reaches of the Jinsha River - Three Gorges cascade reservoirs—“Unified management of water regime information，unified forecasting of reservoir water，unified production of dispatching plans，and unified coordination of external relations” Coordinated consideration of comprehensive utilization needs such as flood control，power generation，shipping，ecology，and water supply，and joint dispatching of cascade reservoirs such as combined water supply before flood season，combined flood control and disaster reduction in flood season，and coordination of water storage at the end of the flood season.

Key words：Comprehensive Benefits;Comprehensive Utilization;Reservoir Joint Dispatch