长江流域巨型水工程群联合运用的优化方案

从长江中游溯流而上，数万座大小水库遍布干支流水脉，鳞次排开。截至2016年，长江上游已建成或具备发挥最终规模能力的控制性水库总库容1098亿立方米、防洪库容563亿立方米。水库群布局大江上下，每一座水库都成为流域防洪和水资源配置这盘大棋上的重要棋子，发挥着巨大的作用。长江流域水库群是世界上规模最大的巨型水库群，运行调度涉及防洪、发电、航运、供水、生态等多个目标。

2009年以来，水利部长江水利委员会依托多项国家研究计划和重大工程科研课题，联合国内相关科研院所和水库运行管理单位，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众多突破。

（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。主要包括：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。主要体现在：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(www.xing528.com)

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。主要体现在：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。主要体现在：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。

依托日趋完善和优化的水库群联合调度先进理论与方法体系，自2012年至2018年，国家防总连续七年批复长江上游水库群联合调度方案，纳入联合调度方案的水库从最初的10座增长为2018年的28座，调度范围也由上游扩展至中游城陵矶控制断面以上。2019年水利部正式批复了长江委编制的《2019年度长江流域水工程联合调度运用计划》，首次将流域内蓄滞洪区、重要排涝泵站和引调水工程等水工程纳入联合调度范围，联合调度的水工程由2018年度的40座控制性水库，进一步扩展至包括40座控制性水库、46处蓄滞洪区、10座重点大型排涝泵站、四座引调水工程等在内的100座水工程，调度范围也由中上游扩展至全流域。随着长江流域水旱灾害防御综合体系的日趋完善，长江中下游排涝泵站数量和体量越来越大，对长江干流水位、流量的影响已经不容忽视，而蓄滞洪区则是防洪工程体系中的最后兜底环节，纳入联合调度后对提升流域防洪调度能力意义重大。

巨型水工程群联合调度运用产生了显著的防洪效益。2012年以来，通过水库群联合调度，长江中下游特别是宜昌至螺山江段沿江两岸的防洪能力进一步提高，长江流域防洪安全得到有效保障。在成功应对2012年三峡水库建库以来最大入库洪峰和2014年乌江中下游大洪水之后，通过水库群联合调度，有效应对了2016年长江中下游区域性大洪水，减免耕地受淹52.5万亩，减少受灾人口38万人。2017年，再次成功应对长江中游型大洪水，实施水库群联合调度，拦蓄洪量102.39亿立方米，有效减轻了中下游防洪压力。2016、2017年都实现了控制长江干流莲花塘站不超保证水位34.4米的调度目标。

通过水库群联合调度，长江流域水资源得到高效利用，发电、航运、供水、生态等效益显著。联合调度在不降低流域防洪标准前提下，减小了常遇洪水时水库下游的防洪压力，水库群洪水资源利用效率提高到85%以上。据初步统计，仅2012—2016年，长江水库群增加水库总体发电量约530亿千瓦·时，相当于节约标煤1768万吨、减少温室气体排放3937万吨。长江上游水库群近五年累计为中下游补水超过1500亿立方米，有效保障了中下游供水。枯水期增加航运水深0.5～1.0米，汛期大幅削减洪峰流量，改善航运条件，显著增加航运效益。2011年开始实施的生态调度显著增加了“四大家鱼”自然繁殖规模，2017年首次实施溪洛渡、向家坝与三峡水库联合生态调度试验。同时，2012年开始实施的减淤调度成效显著，三峡库尾减淤作用明显。

此外，通过汉江流域控制性水库联合调度圆满完成了丹江口水库向北方供水的任务，确保一库清水永续北送；通过实施澜沧江梯级水量统一调度和应急调度，有效缓解了湄公河沿岸国家水资源矛盾和重大旱情。