仲志余

（長江勘測規(guī)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(lián)合調(diào)度技術

仲志余

（長江勘測規(guī)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(lián)合調(diào)度技術”項目（項目編號：2016YFC0402200）研究于2016年啟動，項目經(jīng)費11 000萬元，其中自籌經(jīng)費8000萬元。項目負責單位為長江勘測規(guī)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(guī)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(tài)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(yè)大學、長江水資源保護科學研究所等一批水庫群調(diào)度領域的優(yōu)勢單位，共計19家。

長江橫跨我國西部、中部和東部，溝通內(nèi)陸和沿海，幅員遼闊，是我國經(jīng)濟社會發(fā)達地區(qū)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(qū)水庫總調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)作用更加顯著。目前，我國水利水電工程已從大規(guī)模建設階段進入到綜合運行管理的轉(zhuǎn)型關鍵期，水利水電工程運用外部條件逐漸發(fā)生變化，同時新常態(tài)下長江流域經(jīng)濟社會發(fā)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(diào)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(jīng)濟帶建設國家重大戰(zhàn)略需求，以突破水庫群多目標聯(lián)合調(diào)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(fā)電、供水、生態(tài)、應急等綜合調(diào)度關鍵技術，建立水庫群多目標聯(lián)合調(diào)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(fā)利用領域的創(chuàng)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(lián)合調(diào)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(fā)展，其優(yōu)化運行從單一時空尺度、單目標最優(yōu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺儠r空尺度下防洪、供水、生態(tài)、發(fā)電及航運綜合效益最優(yōu)，同時面臨來自水文氣象、調(diào)度模式、供需矛盾、電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(huán)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(huán)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(huán)時空演變規(guī)律，提出反映“氣—陸—庫—水”系統(tǒng)之間物質(zhì)、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(tài)、發(fā)電四大基本調(diào)度

長江上游梯級水庫群規(guī)模龐大，且存在復雜的水力、電力聯(lián)系，傳統(tǒng)基于設計運行調(diào)度規(guī)程的單庫調(diào)度模式無法實現(xiàn)梯級水庫群防洪、供水、生態(tài)、發(fā)電效益的充分發(fā)揮，因此，本項目將研究水庫群防洪庫容優(yōu)化分配策略，揭示上游水庫群調(diào)度方式與中下游不同區(qū)域用水需求間的映射關系，解析庫群調(diào)度導致的復雜水流流態(tài)和水溫變化對江河湖庫復合生態(tài)系統(tǒng)宏觀和微觀過程的作用機理，探明庫群多維時空尺度調(diào)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(tài)、發(fā)電調(diào)度方案。

（3）梯級水庫群聯(lián)合蓄放水調(diào)度及應急調(diào)度兩大關注焦點

長江上游水庫群調(diào)節(jié)庫容巨大，汛末競爭蓄水將帶來欠蓄、欠發(fā)等一系列問題，為此，本項目將開展流域混聯(lián)水庫群蓄放水規(guī)律研究，闡明來水不確定影響下聯(lián)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(qū)控制的水庫群汛末聯(lián)合蓄水方案；同時，針對應急調(diào)度具有事故來源多樣性、時效性要求高、與常態(tài)調(diào)度協(xié)調(diào)難度大等特點，開展突發(fā)水安全事件的精準、實時、快速及協(xié)同應急預警調(diào)度方式研究。

（4）梯級水庫群多目標調(diào)度模型集成及應用平臺研發(fā)

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(diào)度集成方法與技術；此外，針對流域大規(guī)模水庫群多目標調(diào)度功能業(yè)務面臨的數(shù)據(jù)多源異構(gòu)、功能業(yè)務間耦合度高的難題，研究突破傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析模式對庫群多源時空數(shù)據(jù)的應用制約，提出混合云架構(gòu)的水庫群智能云服務平臺集成技術，構(gòu)建面對庫群多目標調(diào)度標準化模型架構(gòu)體系。

長江上游水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，可以大大降低長江中下游蓄滯區(qū)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(chǎn)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(fā)電量可增加5%～8%，較設計電量增約240億～300億kWh，經(jīng)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(xiàn)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(fā)水安全事件和極端氣候引發(fā)的生態(tài)安全問題，改善江湖關系，實現(xiàn)長江流域重要生物種群生境和干支流水質(zhì)的有效保護。

綜上所述，實行長江上游水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，在形成戰(zhàn)略水資源基地、優(yōu)化我國水能資源配置、防御洪澇旱等自然災害、改善生態(tài)環(huán)境、確保黃金航道通暢、增強城市供水安全和調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等方面，可發(fā)揮巨大的作用；此外，還可為電網(wǎng)提供充足的調(diào)峰和備用容量，增強電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定性，保障國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)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(chǎn)權(quán)水庫調(diào)度成果，并可起到示范和推廣作用，能夠持續(xù)不斷地為我國的產(chǎn)業(yè)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(guī)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。