長江上游梯級水庫群多目標聯合調度技術

仲志余

（長江勘測規劃設計研究有限責任公司，武漢 430010）

長江上游梯級水庫群多目標聯合調度技術

仲志余

（長江勘測規劃設計研究有限責任公司，武漢 430010）

“長江上游梯級水庫群多目標聯合調度技術”項目（項目編號：2016YFC0402200）研究于2016年啟動，項目經費11 000萬元，其中自籌經費8000萬元。項目負責單位為長江勘測規劃設計研究有限責任公司，項目負責人為仲志余。本項目集合了長江勘測規劃設計研究有限責任公司、中國水利水電科學研究院、長江水利委員會水文局、南京水利科學研究院、武漢大學、華中科技大學、中國長江三峽集團公司、中國科學院水工程生態研究所、長江水利委員會長江科學院、河海大學、清華大學、中國科學院南京地理與湖泊研究所、四川大學、大連理工大學、華北電力大學、湖北工業大學、長江水資源保護科學研究所等一批水庫群調度領域的優勢單位，共計19家。

長江橫跨我國西部、中部和東部，溝通內陸和沿海，幅員遼闊，是我國經濟社會發達地區之一。長江流域水系龐大，水量豐沛，年均水資源總量為9660億m3，占全國總水量的35.1%。截至2015年，長江上游地區水庫總調節庫容達700多億m3，防洪庫容逾400余億m3，預計在2030年前后，總調節庫容將超過1000億m3，防洪庫容500余億m3，對流域洪水及徑流的調節作用更加顯著。目前，我國水利水電工程已從大規模建設階段進入到綜合運行管理的轉型關鍵期，水利水電工程運用外部條件逐漸發生變化，同時新常態下長江流域經濟社會發展對流域水利支撐能力提出了新的更高的要求，故需針對水庫調度實踐面臨的新格局、新特征、新需求、新變化，緊緊圍繞長江經濟帶建設國家重大戰略需求，以突破水庫群多目標聯合調度面臨的關鍵科學問題理論障礙和工程應用支撐技術瓶頸為總目標，攻克梯級水庫群防洪、發電、供水、生態、應急等綜合調度關鍵技術，建立水庫群多目標聯合調度與風險決策的理論、技術與方法體系，提升我國水資源開發利用領域的創新能力，為保障長江流域水資源安全高效利用提供強有力的科技支撐。

長江上游流域梯級水庫群聯合調度問題因素眾多、情況復雜，正朝著多尺度、多層次、多目標方向發展，其優化運行從單一時空尺度、單目標最優轉變為可變時空尺度下防洪、供水、生態、發電及航運綜合效益最優，同時面臨來自水文氣象、調度模式、供需矛盾、電網拓撲結構等諸多方面的影響和風險。為此，本項目擬對以下四方面開展系統性深入研究，相關研究路線如圖1所示。

（1）多阻斷大流域非一致性水文預測預報技術

梯級水庫群建成投運在一定程度上干擾了流域水文自然循環過程，使水文預測預報的精確性和有效性受到極大影響，因此，本項目將針對變化環境下不同物理背景水文模型的局限性，揭示長江上游梯級水庫群建成運行影響下水文循環時空演變規律，提出反映“氣—陸—庫—水”系統之間物質、能量和信息反饋機制以及耦合作用機理的預測預報方法，以提高水文預報精度并延長預見期。

（2）梯級水庫群防洪、供水、生態、發電四大基本調度

長江上游梯級水庫群規模龐大，且存在復雜的水力、電力聯系，傳統基于設計運行調度規程的單庫調度模式無法實現梯級水庫群防洪、供水、生態、發電效益的充分發揮，因此，本項目將研究水庫群防洪庫容優化分配策略，揭示上游水庫群調度方式與中下游不同區域用水需求間的映射關系，解析庫群調度導致的復雜水流流態和水溫變化對江河湖庫復合生態系統宏觀和微觀過程的作用機理，探明庫群多維時空尺度調度模型的耦合途徑和方式，科學合理制定庫群防洪、供水、生態、發電調度方案。

（3）梯級水庫群聯合蓄放水調度及應急調度兩大關注焦點

長江上游水庫群調節庫容巨大，汛末競爭蓄水將帶來欠蓄、欠發等一系列問題，為此，本項目將開展流域混聯水庫群蓄放水規律研究，闡明來水不確定影響下聯合蓄放水方案防洪風險與興利效益的量化關系，制定基于分區控制的水庫群汛末聯合蓄水方案；同時，針對應急調度具有事故來源多樣性、時效性要求高、與常態調度協調難度大等特點，開展突發水安全事件的精準、實時、快速及協同應急預警調度方式研究。

（4）梯級水庫群多目標調度模型集成及應用平臺研發

針對庫群多目標模型集成問題，本項目將研究以多主體之間競爭博弈關系和嵌套關系為基礎的綜合調度集成方法與技術；此外，針對流域大規模水庫群多目標調度功能業務面臨的數據多源異構、功能業務間耦合度高的難題，研究突破傳統數據分析模式對庫群多源時空數據的應用制約，提出混合云架構的水庫群智能云服務平臺集成技術，構建面對庫群多目標調度標準化模型架構體系。

長江上游水庫群聯合優化調度，可以大大降低長江中下游蓄滯區的使用范圍和頻次，有效保護長江中下游人民群眾的生命財產安全，減少機會成本，預計可取得以下效益：流域洪災損失率減少10%；可以提高長江中下游干流、兩湖及長江口供水保證率，長江中下游干流主要控制斷面枯期平均流量增加500～1000m3/s，水庫群水量利用率提高3%～5%；水庫群年發電量可增加5%～8%，較設計電量增約240億～300億kWh，經濟效益巨大，且相當于每年減少原煤消耗1110萬噸，減少二氧化碳排放2337萬噸，減少二氧化硫排放約12.2萬噸，為實現我國承諾在2020年將單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的減排目標做出巨大貢獻；同時，可應對突發水安全事件和極端氣候引發的生態安全問題，改善江湖關系，實現長江流域重要生物種群生境和干支流水質的有效保護。

綜上所述，實行長江上游水庫群聯合優化調度，在形成戰略水資源基地、優化我國水能資源配置、防御洪澇旱等自然災害、改善生態環境、確保黃金航道通暢、增強城市供水安全和調整區域產業結構等方面，可發揮巨大的作用；此外，還可為電網提供充足的調峰和備用容量，增強電力系統安全和穩定性，保障國民經濟可持續發展，具有顯著的社會效益。通過本項目合理的技術路線設計和成果凝練，可形成一批具有自主知識產權水庫調度成果，并可起到示范和推廣作用，能夠持續不斷地為我國的產業技術進步提供有力支撐。

圖1 項目研究路線圖

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.06.114

仲志余（1965—），男，水文學及水資源博士，長江勘測規劃設計研究有限責任公司副院長，教授級高級工程師，Email: zhongzhiyu@cjwsjy.com.cn。