長江流域水工程聯合調度實踐與思考

胡 向 陽

(長江水利委員會 水旱災害防御局，湖北 武漢 430010)

0 引 言

長江流域經過70余年的治理與保護，已建成較為完備的水工程體系[1]。長江流域水工程涵蓋控制性水庫、蓄滯洪區、排澇泵站、引調水工程等，對于興水利除水患發揮著重要的不可替代的作用。多年實踐表明，長江流域控制性水工程整體效益明顯提升，防洪、供水、生態、發電、航運等綜合效益顯著，為長江經濟帶高質量發展提供了有力保障[2]。當前長江流域正處在城鎮化的高峰期，怎樣調度運用好流域水工程，讓其發揮巨大的綜合效益并持續提供堅實水利支撐是一個需要不斷思考的問題[3]。隨著人民群眾對水旱災害防御的安全性及良好水資源水生態水環境需求的日益增長[4]，以及新時代治水思路和長江經濟帶發展戰略對保障防洪安全、供水安全和生態安全提出的更高要求，迫切需要從以往調度經驗中進一步汲取智慧，進一步優化與完善流域控制性水工程聯合調度工作?；诖耍疚南到y梳理了長江流域水工程聯合調度歷程以及取得的實踐成效，在此基礎上剖析新發展階段水工程聯合調度面臨的一些新挑戰并提出對策措施，旨在為流域水工程聯合調度管理提供借鑒。

1 長江流域水工程聯合調度實踐

早在三峽水庫蓄水初期，水利部和長江水利委員會(以下簡稱“長江委”)就開始謀劃長江流域水庫群聯合調度工作。2007年啟動以三峽水庫為核心的長江上游水庫群聯合調度技術研究，2009年開始逐步將研究成果用于控制性水庫群調度實踐。同時積極申請水利公益行業科研課題和國家重點研發計劃水資源高效開發利用重點專項項目，聚焦水庫群防洪、供水、生態、發電、應急等多目標綜合調度關鍵技術研究；采取與水工程運行管理單位聯合攻關的方式，聯合開展長江流域控制性水工程聯合調度關鍵技術及重要區域聯合調度方案等研究。十多年來，通過在水工程聯合調度的基礎研究、能力提升、信息化建設、體制機制、調度實踐等方面持續深化完善，聯合調度對象從單一水庫逐步向包含水庫、排澇泵站、蓄滯洪區、引調水工程等多工程聯合轉變，調度范圍從上游控制性水庫群向流域干支流水工程群轉變，時間跨度從汛期調度向全年(汛前消落、汛后蓄水、全年供水調度)全過程調度轉變，調度目標從單一防洪調度向防洪、供水、生態、發電、航運、應急等多目標綜合調度轉變。

1.1 聯合調度范圍不斷擴展

2012年，長江流域首個水庫群聯合調度方案獲得批復，標志著流域聯合調度從無到有邁出歷史性一步。2012年首次納入聯合調度的水工程是長江上游10座控制性水庫，2014年聯合調度的長江上游水庫群擴大到21座水庫；2017年將中游清江和洞庭湖水系的7座控制性水庫納入聯合調度范圍，2018年將漢江和鄱陽湖水系的12座水庫納入，至此納入聯合調度的控制性水庫達到40座。2019年將10座大型排澇泵站、4項引調水工程、46個蓄滯洪區納入聯合調度，聯合調度的控制性水工程達100座。2020年將金沙江烏東德水庫納入聯合調度。2021年將金沙江白鶴灘、雅礱江兩河口、澧水江坪河及大渡河猴子巖、大崗山、長河壩納入聯合調度范圍，總調節庫容達1 036億m3，總防洪庫容達695億m3。當前基本形成了以三峽水庫為核心、金沙江下游梯級水庫為骨干，金沙江中游群、雅礱江群、岷江群、嘉陵江群、烏江群、清江群、洞庭湖“四水”群和鄱陽湖“五河”群等8個水庫群組相配合的涵蓋長江湖口以上的流域控制性水庫群和排澇泵站、蓄滯洪區、引調水工程的水工程聯合調度體系。

1.2 聯合調度方案預案不斷完善

為了規范水工程聯合調度工作，在持續深化聯合調度研究的基礎上，不斷優化完善水工程聯合調度方案。2012年以來，逐年修訂年度長江流域水工程聯合調度方案(計劃)并報水利部審批后實施。聯合調度方案明確了聯合調度原則與目標，擬定各控制性水庫的調度方案，明確調度權限，不斷細化汛期防洪、汛末蓄水、枯期補水、汛前消落等調度和應急調度的內容。同時，組織編制的《長江防御洪水方案》獲國務院批復、《漢江洪水與水量調度方案》獲國家防總批復，編制并印發了《滁河洪水調度方案》《水陽江洪水調度方案》《烏江洪水調度方案》《嘉陵江洪水調度方案》等，修訂了三峽樞紐調度規程、丹江口水庫優化調度方案，編制了長江和嘉陵江、烏江、漢江、水陽江、滁河跨省支流超標準洪水防御預案。以防御洪水方案、洪水調度方案為指導，流域水工程聯合調度方案(計劃)與三峽樞紐等一系列控制性水庫調度規程相互融合、相互支撐，形成了較為完整的長江流域水工程聯合調度方案預案體系，可操作性日益增強，有力地指導了調度管理實踐。

1.3 聯合調度智能化水平不斷提高

從2014年開始，長江委組織有關部門和單位共同推進聯合調度信息共享平臺建設，納入聯合調度的控制性水庫已實現主要信息共享。當前，長江防洪預報調度系統納入水雨情信息站點近30 000個、預報節點341個、預報方案695套、調度方案100余套，實現了監測預報調度會商一體化，在水工程調度中發揮了重要作用。2018年《長江流域控制性水利工程綜合調度支持系統總體方案》獲得水利部批復，該系統建成后將提供全流域監視與評價、流域水模擬、防洪調度、水量調度、泥沙調度、生態水量調度、水生態調度、應急調度、綜合調度會商等應用功能，增強在信息共享、集成應用、業務協同等方面的能力，全面提升流域水資源管理能力及水利工程綜合調度管理智能化科學化水平。當前該系統建設已全面展開，部分建設成果已于2021年投入使用。后續將以長江流域水利工程綜合調度系統為依托，持續推進監測預報和水工程調度能力建設，不斷提升水工程聯合調度信息化智能化水平。

1.4 水工程聯合協作機制逐步形成

經過多年的探索和實踐，逐步構建了“政府主導、部門聯動、企業參與”的流域水工程聯合調度協作機制，體現為：① 強化了水工程聯合調度工作在流域治理與保護中的地位和作用，流域內相關地區、部門和單位對水工程聯合調度工作重要性認識日益提高，對相關工作的支持力度也不斷增強；② 搭建了水利部、長江委、地方政府、有關部門、水工程管理單位之間協作交流平臺，每年召開近100個部門和單位參加的水工程聯合調度工作座談會，總結聯合調度工作成效和不足，共同協商改進措施；③ 夯實了水工程聯合調度基礎保障，并通過加強政企合作，聚焦防洪、供水、生態、發電、應急等多目標綜合調度需求，推進“補短板、固基礎、強弱項”，實現共同攻關、協作共贏；④ 開展了水工程聯合調度管理制度探索，在總結多年調度實踐的基礎上，初步編制了《長江流域控制性水工程聯合調度管理辦法》，經水利部同意已列入2021年部門規章編制計劃。

2 長江流域水工程聯合調度成效

2.1 流域防洪減災

通過流域水工程科學精細化調度，成功應對了2010年和2012年上游型區域性較大洪水、2016年中下游型區域性較大洪水、2017年中游型區域性較大洪水、2020年全流域性大洪水，切實保障了流域人民群眾生命財產安全，極大減輕了洪澇災害損失。以2020年僅次于1954年和1998年的流域性大洪水為例，5次編號洪水通過上中游控制性水庫群聯合調度，分別降低岷江、嘉陵江、長江干流川渝河段洪峰水位1.4～3.3 m，減少洪水淹沒面積約224 km2，減少受災人口約70萬人；將長江中下游干流水位控制在分洪運用水位以下，未啟用荊江分洪區直接避免了區內60余萬人轉移和3.29萬hm2(49.3萬畝)耕地、0.67萬hm2(10萬畝)水產養殖田(塘)被淹沒；未啟用城陵磯附近蓄滯洪區直接減少了2.67萬hm2(40萬畝)耕地被淹和20余萬人轉移。流域水庫群作為長江防洪體系的重要組成部分，發揮了巨大的防洪減災效益，顯著提升了長江中下游防洪保障能力。

2.2 流域水資源利用

長江流域基本建成以大中型骨干水庫、引水、提水、調水工程為主體的水資源配置體系，其中已建成大、中、小型水庫約5.2萬座，總庫容4 141億m3，城鄉供水安全保障能力不斷提升，基本實現流域主要跨省江河水量分配全覆蓋，同時逐步形成中國南北調配、東西互濟的水資源配置大水網。2009年以來三峽水庫在枯水季節為中下游補水累計約2 700億m3，2018～2019年供水期三峽水庫累計向長江中下游補水量約230億m3，補水時間達到125 d；丹江口水庫自2014年以來累計向北方供水約390億m3，為經濟社會發展提供了有力的供水保障。

2.3 改善流域生態

長江委協調流域相關單位，積極推進“三峽庫區產粘沉性卵魚類自然繁殖的生態調度需求及調度方式研究”“基于魚類早期存活需求的三峽水庫生境修復技術及調度策略研究”“金沙江下游典型水生生物圖譜庫構建”等基礎研究，并在此基礎上，積極開展生態調度嘗試，在厘清相關機理的同時也促進了魚類的自然繁殖。從2011年開始連續12 a實施17次(截至2022年6月8日)三峽水庫產漂流性卵魚類生態調度試驗，2020年以來開展6次三峽水庫產粘沉性卵魚類生態調度試驗，還開展了金沙江下游、漢江中下游等生態調度試驗。2017年開始(除2020年受疫情影響未開展外)，開展了5 a金沙江梯級下游分層取水調度試驗，減緩樞紐下泄低溫水對下游生態環境的影響，促進長江水生態環境保護修復。

2.4 清潔能源供給保障

長江流域已建、在建水電站(單站裝機容量0.5 MW以上，不含抽水蓄能電站)約1萬座，總裝機容量23.7萬MW，年發電量8 700億kW·h，發電量約占流域技術可開發量的67%。在確保防洪安全的前提下，長江委科學調度水庫群充分利用洪水資源激發電站潛能，增發電量效益顯著，水庫群提供的清潔能源已成為推動長江經濟帶發展的巨大“綠色引擎”。2009～2021年底，僅流域控制性水庫群已累計增發電量達1 454億kW·h，相當于節約標準煤約4 650萬t，減少二氧化碳約1.25億t，支撐約1.9萬億元的GDP。

2.5 長江黃金水道通航效能

梯級水庫的渠化作用明顯，長江水系航道通航里程已達6.48萬km，通過調度梯級水庫汛期聯合攔洪削峰錯峰及蓄豐補枯運行，長江航運條件得到顯著改善，通航保證率顯著提高，2021年長江干線港口累計完成貨物吞吐量35.3億t，長江黃金水道通航功能進一步發揮。三峽船閘連續19 a安全、高效運行，分別于2013年較設計提前17 a突破了單向5 000萬t設計通行能力，2014年提前16 a實現雙向1億t的通行目標；2014～2021年三峽船閘過閘貨運量連續8 a突破億噸，有力促進了長江航運的快速發展和沿江經濟的協同發展。

2.6 流域涉水重大災害應急處置

2015年緊急調度三峽水庫大幅減小出庫流量，為“東方之星”號沉船救援創造條件。2018年和2019年初，為應對寒潮引發的低溫雨雪天氣和長江口咸潮入侵等不利影響，應急調度三峽水庫日均下泄流量加大至10 000 m3/s，有效保障了電力供應和長江口地區供水安全。2018年金沙江白格連續發生兩次堰塞湖險情，聯合調度金沙江中游水庫騰庫13億m3，將“11·3”堰塞湖潰壩洪水消納在金沙江中游，有效保障了堰塞湖下游沿岸和梯級水庫運行安全。近年來實施漢江水工程聯合調度，有效扼制了漢江中下游水華發生和發展，2021年1月中下旬，聯合調度興隆樞紐、引江濟漢工程、丹江口水庫和其他水工程，及時抑制了沙洋及以下水華暴發，保障了40萬人供水安全。

3 新階段水工程聯合調度面臨的新挑戰

新發展階段全國將形成統一大市場和暢通的國內大循環的新格局，新格局需要更強有力的水資源支撐，對提高水資源利用率、利用效率和流域水工程調度提出了新的更高要求。國民經濟和社會發展“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要明確提出“構建智慧水利體系，以流域為單元提升水情測報和智能調度能力”，李國英部長在2022年全國水旱災害防御工作視頻會議上要求“強化預報、預警、預演、預案‘四預’措施，貫通雨情、水情、險情、災情‘四情’防御”“精準調度運用各類水工程，充分發揮流域水工程體系綜合減災功能”等均強調了加強水工程聯合調度的重要性和迫切性。當前水工程聯合調度范圍仍在持續擴大，聯合調度的廣度和深度在不斷延伸，新時代水工程聯合調度面臨需求不斷增多和調度協調越來越困難等挑戰。

3.1 水工程聯合調度體制機制尚不完善

水工程聯合調度涉及多行業、多部門和多利益主體，影響范圍覆蓋多區域，流域機構要統籌流域和區域、發展與安全等的關系，協調上下游、干支流、左右岸的矛盾，需要加快建立健全水工程聯合調度體制機制。雖然近年來的不斷探索取得了一定成效，但水工程聯合調度管理體制機制仍缺乏有機的頂層設計，國家對水工程聯合調度的立法規制尚處于起步階段；信息共享機制仍不健全，聯合調度部分信息共享不及時，泵站、閘壩、蓄滯洪區、洲灘民垸等信息尚處于臨時性、碎片化；不同區域、不同行業、不同利益主體的橫向利益補償機制未建立，這些短板在很大程度上影響了調度決策效率，制約了整體效益的發揮。

3.2 水文監測預報體系仍需加強

全球氣候變化和極端天氣頻繁，人類活動日益加劇，氣象水文預報難度越來越大，主要體現在：水文監測站網仍需補充優化，監測預報方案亟待完善等；受上游工程調度影響下游重點區域和重要斷面預報精度不足，局部地區仍存在預報盲點；信息共享范圍和信息報送時效性還需提升；越來越多元化的實時調度需求對預報精度和預見期均提出了更高要求，監測預報技術手段和科技水平需要持續提升。

3.3 部分水工程仍不能滿足實際調度運用需求

當前中下游蓄滯洪區布局調整和建設進度滯后，難以達到適時適量分洪運用要求。中下游干流和兩湖地區995個洲灘民垸容積約333.1億m3，但防洪治理與保護措施缺失，遇一般洪水還有550萬人口防洪安全得不到保障，遇大洪水時沒有妥善的解決方案進行蓄滯洪區、洲灘民垸人員轉移與安置，致使行蓄洪運用困難。長江中下游直接排入長江干流及通江水體的排澇泵站近1 640座、設計排水能力約23 800 m3/s，長江干流高洪水位時排澇運行可抬高城陵磯(蓮花塘)、漢口、湖口等干流主要控制站水位0.5～1.0 m，直接影響對防洪形勢的判斷和調度決策，而當前其運用信息尚未實時報送流域機構，距離納入實際統一調度還有差距。

3.4 聯合調度技術及信息化智能化支撐能力仍顯不足

當前部分水工程聯合調度方式還較為原則，如重要支流梯級水庫聯合調度方式還存在較大優化空間，洲灘民垸分類管理和運用方案缺乏研究，蓄滯洪區運用時序有待完善，排澇泵站統一調度機制尚未建立，水生態調度需求亟待量化，這些問題既制約了水工程整體效益的發揮，也阻礙了信息化智能化發展。由于調度方式還較為原則和缺乏量化指標，現階段水工程調度專家經驗判斷還占據重要地位，隨著聯合調度范圍擴大、多目標綜合調度深入，當前算據、算力、算法越來越難以滿足多目標聯合調度快速、精準要求，水工程聯合調度智能化軟硬件水平亟待提高。

4 對策及措施

深入貫徹落實習近平總書記在推動南水北調后續工程高質量發展座談會上講話精神，遵循“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路，堅持問題導向、創新引領，統籌開源與節流、存量與增量、時間與空間，進一步強化長江流域控制性水工程聯合調度，切實保障流域防洪安全、供水安全、生態安全，推動水工程綜合效益最大化。

4.1 不斷完善水工程聯合調度體制機制

進一步完善信息共享機制，統籌推進各地區、各部門和各單位水情、工情與調度等信息共享，加強水文氣象聯合會商研判。健全流域統籌協調調度機制，推動《長江流域控制性水工程聯合調度管理辦法》盡快頒布實施，進一步厘清并明晰水工程聯合調度管理權責[5]，健全“流域統籌、區域協同、部門協作”的調度管理機制，推動水工程聯合調度步入法制化軌道，實現水工程聯合調度依法依規。

4.2 不斷強化“四預”措施

補充優化漢江流域及中小河流氣象水文監測站網布局，完善水文氣象監測預報方案，建立水文氣象定期聯合會商機制，提升短中長期預報精度；健全水旱災害預警響應聯動機制。強化調度模擬預演，充分運用數字孿生流域長江試點建設成果、仿真模擬、人工智能等手段，構建“2+N”長江流域智慧應用服務，開展預報調度一體化模擬預演，編制調度運用方案預案，提高調度決策支撐能力。

4.3 穩步擴大水工程聯合調度范圍

長江流域已建成大型水庫302座，總調節庫容1 573億m3，防洪庫容816億m3。2021年納入聯合調度的47座水庫總調節庫容1 036億m3，總防洪庫容695億m3，10座排澇泵站設計流量1 562 m3/s，與已建成控制性水工程規模相比還有較大差距。按照循序漸進的原則，逐步將青弋江陳村水庫、沮漳河漳河水庫、富水干流富水水庫、皖河水系花涼亭水庫及巢湖水系龍河口水庫等調節庫容較大且具有防洪功能的控制性水庫、長江中下游大型排澇閘站、洲灘民垸等盡快納入聯合調度范圍，推動流域控制性水工程聯合調度全覆蓋。

4.4 大力提升水工程聯合調度智能化水平

共同推進水工程聯合調度能力提升，通過中央引導、部門協作、政企合作、產學研結合等多模式合作、多渠道籌資，持續深化水工程調度基礎研究。整合現有信息化業務系統資源，推進大數據、云計算、互聯網、三維可視化技術與水利業務深度融合，強化機器學習、知識圖譜等技術的應用和系統集成，增強在信息共享、集成應用、業務協同等方面的能力。加快數字孿生流域建設，不斷優化水工程調度方案，推動創新成果轉化，提高水工程調度智能化決策水平，創新驅動水工程整體效益不斷提升。

5 結 語

長江流域水工程聯合調度是一項龐大的、復雜的系統工程，本文在系統梳理長江流域水工程聯合調度實踐歷程、調度成效的基礎上，堅持問題導向、創新引領，剖析新發展階段水工程聯合調度面臨的一些新挑戰，從體制機制、“四預”措施、基礎能力、智能決策等多方面提出對策，為流域水工程聯合調度管理提供有益借鑒，并為切實保障流域防洪安全、供水安全、生態安全進一步發揮水工程綜合效益提供應對措施。