水庫(kù)的運(yùn)行是個(gè)系統(tǒng)工程

三峽大壩右壩肩與秭歸新縣城 攝影/王廣浩

為什么需要聯(lián)合調(diào)度

一座獨(dú)立的水庫(kù)運(yùn)行，無(wú)論是防洪、用水，還是發(fā)電，只要在控制風(fēng)險(xiǎn)的前提下，必定要獲取最大的效益。但當(dāng)一座水庫(kù)的運(yùn)行對(duì)上下游的水庫(kù)產(chǎn)生影響時(shí)，這就要考慮怎樣獲取整體的最大效益。而且，隨著我國(guó)人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，對(duì)水的需求進(jìn)一步提高，水的供需矛盾和水環(huán)境問(wèn)題愈發(fā)突出，水庫(kù)由于具有調(diào)蓄功能，因此在水資源的優(yōu)化配置中發(fā)揮著重要的作用。

隨著水資源的不斷開(kāi)發(fā)利用，往往在一條河流上或一個(gè)流域內(nèi)建成一批水庫(kù)，形成了一個(gè)水庫(kù)群，如黃河上游、長(zhǎng)江上游和清江梯級(jí)水庫(kù)群等。從保障流域可持續(xù)發(fā)展和維護(hù)河流健康出發(fā)，需要建立興利、減災(zāi)與生態(tài)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的水庫(kù)綜合調(diào)度運(yùn)用方式，這些水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用要納入到全流域的統(tǒng)一調(diào)配，從而實(shí)現(xiàn)流域水資源的優(yōu)化配置。原有的單庫(kù)分散調(diào)度的方式在進(jìn)行防洪和興利調(diào)度的同時(shí)，沒(méi)有考慮其對(duì)水庫(kù)群以及整個(gè)流域的影響，不利于流域內(nèi)水利綜合效益的發(fā)揮。水庫(kù)群的形成，改變了原來(lái)單庫(kù)或少庫(kù)的水力條件，各水庫(kù)之間存在相互影響，這就需要站在全流域的高度，采取聯(lián)合調(diào)度的方式，開(kāi)展水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度，讓它們?cè)诒ＷC安全的基礎(chǔ)上發(fā)揮最大的“群體”效益。

什么是聯(lián)合調(diào)度

水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度是指對(duì)流域內(nèi)一群相互間具有水文、水力、水利聯(lián)系的水庫(kù)以及相關(guān)工程設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)調(diào)度，使流域內(nèi)水利效益最大化。如何調(diào)控水庫(kù)群，不僅關(guān)系到各種效益的發(fā)揮，還關(guān)系到水庫(kù)大壩的安全，怎樣調(diào)度才是既安全又有效的？水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度通常采取系統(tǒng)工程的處理方式，采取系統(tǒng)工程的理論與方法，開(kāi)展水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度。在實(shí)踐中，根據(jù)不同的調(diào)度目標(biāo)，可分為防洪聯(lián)合調(diào)度、興利聯(lián)合調(diào)度、生態(tài)聯(lián)合調(diào)度、應(yīng)急聯(lián)合調(diào)度等。

怎樣進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度

水庫(kù)調(diào)度首先需要確保水庫(kù)大壩安全并承擔(dān)水庫(kù)上、下游防洪任務(wù)。因此，水庫(kù)群的防洪聯(lián)合調(diào)度是首要任務(wù)。現(xiàn)在，水文氣象預(yù)報(bào)精度的提高、系統(tǒng)決策科學(xué)理論的日益完善和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，使得水庫(kù)群間的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度變得越來(lái)越“智慧”。通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，我們已經(jīng)能夠比較準(zhǔn)確地進(jìn)行某一區(qū)域中短期的天氣預(yù)報(bào)，結(jié)合調(diào)度模型對(duì)各水庫(kù)的運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、統(tǒng)一安排。通過(guò)采取蓄洪滯洪、削峰錯(cuò)峰等措施，減少水庫(kù)最大泄量，達(dá)到保證各水庫(kù)和區(qū)間防洪安全的目的，充分發(fā)揮水庫(kù)群的防洪效益。例如，2010年7月長(zhǎng)江上游干流發(fā)生了1987年以來(lái)的最大洪峰流量7萬(wàn)立方米/秒，超過(guò)了1998年，但是洪災(zāi)嚴(yán)重程度與損失卻小于1998年時(shí)的情況，這主要?dú)w功于以三峽水庫(kù)為龍頭的水庫(kù)群的防洪聯(lián)合調(diào)度發(fā)揮了巨大的作用。此次洪水，僅三峽水庫(kù)攔蓄洪水就達(dá)到了70億立方米，有效地減輕了長(zhǎng)江中下游的防洪壓力，再加上堤防、水閘、泵站、分洪區(qū)等配套防洪工程，有效保障了長(zhǎng)江中下游的防洪安全。在我國(guó)的清江流域，研究人員針對(duì)清江梯級(jí)水庫(kù)群，在不降低水庫(kù)及梯級(jí)原有的防洪標(biāo)準(zhǔn)前提下，建立聯(lián)合調(diào)度模型，有效地利用了上游水布埡水庫(kù)的防洪庫(kù)容分擔(dān)隔河巖水庫(kù)部分防洪任務(wù)，還顯著提高了梯級(jí)水庫(kù)的發(fā)電量。

上：三峽電廠工作人員在左岸電站中控室工作 攝影/王廣浩

下：三峽電廠左岸電站中控室 攝影/王廣浩

水庫(kù)群作為一個(gè)系統(tǒng)、一個(gè)整體，其效益不再是各水庫(kù)效益的簡(jiǎn)單相加，而應(yīng)大于各水庫(kù)效益之和。水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度利用各水庫(kù)在水文徑流特性和水庫(kù)調(diào)節(jié)能力等方面的差別，通過(guò)統(tǒng)一調(diào)度，在水力、水量等方面取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高流域水資源的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。比如，在黃河干流上，現(xiàn)已建有龍羊峽、劉家峽、萬(wàn)家寨、三門(mén)峽和小浪底等水庫(kù)，近年來(lái)，通過(guò)水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用，進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙、水量調(diào)度、防洪防凌調(diào)度、興利調(diào)度等，對(duì)優(yōu)化配置水資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，維護(hù)河流健康，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展等都發(fā)揮了重要作用，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益顯著。

當(dāng)然，根據(jù)調(diào)度目標(biāo)不同，水庫(kù)群的調(diào)度方式和調(diào)度基本原則也不相同。比如，當(dāng)對(duì)水庫(kù)群進(jìn)行灌溉及供水調(diào)度時(shí)，以總棄水量最小擬定各個(gè)水庫(kù)的蓄水和放水次序，梯級(jí)水庫(kù)上游水庫(kù)應(yīng)先蓄水后供水，庫(kù)群中如有調(diào)節(jié)能力高、汛期結(jié)束較早的水庫(kù)應(yīng)先蓄水，在供水期按總供水要求進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)。此外，利用水庫(kù)大壩進(jìn)行流域或區(qū)域生態(tài)調(diào)節(jié)或補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)聯(lián)合調(diào)度（比如前面提到的萬(wàn)家寨、三門(mén)峽、小浪底水庫(kù)之間的調(diào)水調(diào)沙調(diào)度）以及應(yīng)對(duì)緊急事件的應(yīng)急聯(lián)合調(diào)度（比如發(fā)生地震時(shí)，震區(qū)水庫(kù)要盡快降低水庫(kù)水位）等都需要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)地進(jìn)行水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度，從而滿(mǎn)足不同的優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)。

如前所述，水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度是流域水資源優(yōu)化配置的重要組成部分。從更大范圍內(nèi)來(lái)看，還可以對(duì)跨流域的水資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。我國(guó)的南水北調(diào)工程就是基于跨流域的水資源調(diào)度而修建的。我國(guó)南澇北旱，南水北調(diào)工程通過(guò)跨流域的水資源調(diào)度，大大緩解我國(guó)北方水資源嚴(yán)重短缺的問(wèn)題。南水北調(diào)總體規(guī)劃包括東線、中線和西線三條調(diào)水線路。通過(guò)三條調(diào)水線路與長(zhǎng)江、黃河、淮河和海河四大江河的聯(lián)系，構(gòu)成以“四橫三縱”為主體的總體布局，以利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)水資源南北調(diào)配、東西互濟(jì)的合理配置格局。

考慮到水文、氣象等各種因素的隨機(jī)性以及不少水庫(kù)需滿(mǎn)足多種目標(biāo)，水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度決策實(shí)際上是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。隨著水文氣象預(yù)報(bào)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，將會(huì)產(chǎn)生一些適用于水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度的新理論和新技術(shù)，水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度研究及應(yīng)用仍有很長(zhǎng)的路要走。