水庫調(diào)度與防洪度汛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

靳少波，李季

（黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，青海西寧，810008）

水庫調(diào)度與防洪度汛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

靳少波，李季

（黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，青海西寧，810008）

對近年來水庫調(diào)度與防洪度汛兩個方面的專業(yè)發(fā)展方向進行回顧和總結(jié)，并結(jié)合當前電力改革形勢和防洪度汛理念進行探討，在此基礎(chǔ)上對今后的發(fā)展趨勢進行了展望。

水庫調(diào)度；防洪度汛；發(fā)展現(xiàn)狀；展望

0 引言

近幾年，隨著我國大力發(fā)展水電方針的落實，水電事業(yè)得到快速發(fā)展。截至2015年底，全國水電裝機達3.2億kW，占全國總裝機容量的21.2%，全國水電年發(fā)電量9 960億kW·h，占總發(fā)電量的17.7%。與此同時，水電站水庫調(diào)度技術(shù)得到了較大發(fā)展，已形成國家電網(wǎng)水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)，為各級調(diào)度機構(gòu)進行科學(xué)的水庫調(diào)度發(fā)揮了積極作用，梯級水庫集控技術(shù)也得到飛速發(fā)展；此外，水庫防洪技術(shù)也得到快速發(fā)展，全國范圍防洪決策系統(tǒng)基本建成，為防御大洪水提供調(diào)度決策依據(jù)。

1 水庫調(diào)度工作進展

近年來各級水電調(diào)度機構(gòu)樹立科學(xué)發(fā)展觀，落實國家能源政策，克服水庫總體來水持續(xù)偏枯等不利影響，加強水情預(yù)測與分析工作，充分發(fā)揮市場的調(diào)節(jié)作用，積極開展水庫經(jīng)濟調(diào)度、水庫群聯(lián)合調(diào)度、優(yōu)化調(diào)度和水火及新能源聯(lián)調(diào)等經(jīng)濟運行工作，合理安排、及時調(diào)整電網(wǎng)和水電廠運行方式，取得了明顯的經(jīng)濟和社會效益。

1.1 國外研究進展

國外的水電站水庫優(yōu)化調(diào)度發(fā)展先于我國[1]，其概念首先是在20世紀中葉由美國提出并于60年代開始研究，此后數(shù)十年間已在許多大中型水庫調(diào)度中得到廣泛應(yīng)用。其理論研究是一個典型的多約束優(yōu)化問題，它是一種建立以水庫為中心的水利水電系統(tǒng)的目標函數(shù)。根據(jù)綜合利用要求和水庫特性，擬定其應(yīng)滿足的約束條件，然后采用數(shù)學(xué)上的優(yōu)化方法求解由目標函數(shù)和約束條件組成的系統(tǒng)方程組，使目標函數(shù)取得極值的水庫調(diào)度方法。

水電站水庫優(yōu)化調(diào)度目的是以非工程措施提高水（能）資源利用率，增加水庫效益。為了豐富完善該系統(tǒng)，很多科學(xué)家和水利技術(shù)人員研究了效率較高的算法。隨著計算機技術(shù)的引進，越來越多的技術(shù)可以事先通過網(wǎng)絡(luò)模擬進行，大大減少了人力物力。通過幾十年的研究與發(fā)展，提出了許多富有成效的方法，主要的方法有：等微增率和協(xié)調(diào)方程法、線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法、大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)法、現(xiàn)代啟發(fā)式算法、模糊數(shù)學(xué)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。對于梯級水電站群，每個發(fā)電廠內(nèi)的優(yōu)化調(diào)度并不意味著實現(xiàn)了全梯級的優(yōu)化調(diào)度。由于梯級水電站存在上、下游水庫之間的水流聯(lián)系和水頭銜接，如果找不到一種協(xié)調(diào)整個梯級水位和流量關(guān)系的方法，各電站按本級最優(yōu)的出力方式，就會出現(xiàn)整個梯級流量銜接不好，使個別水庫放空后出力破壞，或是個別水庫滿溢造成棄水的情況。

1.2 國內(nèi)研究進展

我國系統(tǒng)地研究水庫優(yōu)化調(diào)度問題開始于20世紀80年代。1981年，張勇傳[2]在研究兩并聯(lián)水電站水庫的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度問題時，利用了大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)的觀點，先把兩水庫聯(lián)合優(yōu)化問題變成兩個水庫的單庫優(yōu)化調(diào)度問題，然后在兩水庫單庫最優(yōu)策略的基礎(chǔ)上引入偏優(yōu)損失最小作為目標函數(shù)，對單庫最優(yōu)調(diào)度策略進行調(diào)整，最后求得整體最優(yōu)解。此后，多位學(xué)者對水庫群優(yōu)化調(diào)度進行了深入研究，取得了豐富的研究成果。水庫優(yōu)化調(diào)度研究主要解決兩方面的問題，一是如何確定水庫的最優(yōu)準則、建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；二是如何選擇求解數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)方法。結(jié)合當前研究現(xiàn)狀，梯級水庫群調(diào)度研究進展有：以運籌學(xué)理論為主體，序列運算理論、決策論、系統(tǒng)參數(shù)辨識理論、群集智能與計算機技術(shù)相結(jié)合，理論研究豐富且趨于多元化、交叉等綜合發(fā)展；傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化算法（如線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)）算法改進趨于完善，基本上克服了梯級調(diào)度中的“維數(shù)災(zāi)”；水文預(yù)報發(fā)展大大提高了徑流預(yù)報精度和預(yù)見期，確定性優(yōu)化調(diào)度優(yōu)勢明顯；現(xiàn)代智能優(yōu)化算法如遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法、混沌理論、模擬退火算法、克隆選擇算法、差分進化算法等算法，以及其改進算法研究如火如荼。啟發(fā)式規(guī)劃方法如遺傳算法（GA）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）等與傳統(tǒng)優(yōu)化方法相比，通?？梢缘玫饺肿顑?yōu)解；根據(jù)實際情況將多種方法耦合也是一種研究水庫群優(yōu)化調(diào)度的途徑。

近年來，隨著電力市場的建設(shè)，許多學(xué)者研究了電力市場環(huán)境下梯級水電站優(yōu)化調(diào)度的模型和算法，將上網(wǎng)電價作為約束條件，研究梯級電站經(jīng)濟運行的收益最大目標，如蔡興國等提出了以火電廠總的購電費用最小為目標的水電站優(yōu)化調(diào)度模型，并用改進的網(wǎng)絡(luò)流算法對其進行求解；李承軍等建立了以期望調(diào)峰效益最大為目標的模型等。

光伏發(fā)電具有隨機性、間歇性和周期性的特點，大容量并網(wǎng)光伏電站電能的送出與消納、電站的運行控制、電網(wǎng)的調(diào)峰、電能質(zhì)量、抗擾動能力等因素對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來一定的影響。黃河公司已開展龍羊峽水電站水光互補研究，提出將光伏電站視為龍羊峽水電站的“虛擬水電機組”的概念，把光伏電站接入龍羊峽水電站，利用龍羊峽水電站330 kV GIS備用間隔及送出線路接入電網(wǎng)，提出水電調(diào)節(jié)光伏發(fā)電的設(shè)想，通過水電與光電聯(lián)合運行，利用水電資源豐富、調(diào)節(jié)性能好的特點對光電進行補償，大大減弱光伏發(fā)電對電網(wǎng)運行的不利影響。大規(guī)模水光互補關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用的成功，對國內(nèi)外其他水光互補項目具有指導(dǎo)意義，對推動我國新能源行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，促進能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展作用重大，對未來行業(yè)或國家規(guī)范的制定或修訂必將起到積極的推動作用，開啟了新能源開發(fā)建設(shè)的新模式，具有較高的社會經(jīng)濟效益。

縱觀國內(nèi)外水庫優(yōu)化調(diào)度研究的歷史，水庫優(yōu)化調(diào)度研究主要集中在模型和算法上，且研究對象多是單一水庫電站，對于由多個年調(diào)節(jié)性水庫組成的梯級水庫群的優(yōu)化調(diào)度，還需進一步研究完善；隨著生態(tài)調(diào)度的不斷進展，對水庫優(yōu)化調(diào)度提出了更多的約束條件；對于小型水庫群，易于實際操作的簡易優(yōu)化調(diào)度方法的研究更具有實際意義。

1.3 水電集控技術(shù)進展

國內(nèi)很多水電站在前幾年開展無人值班（少人值守）實踐的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年的不懈努力和探索，遠程控制運行管理不斷向前推進。特別是近幾年來隨著水電站機電裝備水平的大幅提高，自動化測控元件、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機控制技術(shù)的提高，電站的安全可靠性和自動化技術(shù)達到了一個較高水平，給水電站遠程集控奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日益加強，發(fā)電備用容量較多，給遠程集控提供了較好的外部條件。很多發(fā)電公司相繼成立了流域電站集控中心，實現(xiàn)了對電站的遠程集中監(jiān)控，建立了遠程集中監(jiān)控、現(xiàn)場值守維護的生產(chǎn)管理模式，是水電廠運行管理體制的又一次變革。流域電站的生產(chǎn)運行管理涉及到防洪、發(fā)電、航運、供水等諸多方面，建立流域電站集控中心，把機電設(shè)備計算機監(jiān)控系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)和大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)三大系統(tǒng)集中起來，構(gòu)建全流域統(tǒng)一的技術(shù)平臺，才能科學(xué)高效地協(xié)調(diào)好各方面的關(guān)系，最大限度地發(fā)揮好工程的經(jīng)濟效益和社會效益。同時開展遠程集控可以改善運行人員的工作環(huán)境，對高海拔和邊遠地區(qū)的水電站具有重要意義。

1.4 存在問題

從當前國內(nèi)外水庫調(diào)度研究現(xiàn)狀及研究成果在水庫調(diào)度中實際應(yīng)用成果來看，水庫調(diào)度研究存在以下問題：

（1）數(shù)學(xué)模型的局限性。一方面有些模型龐大復(fù)雜，操作煩瑣，應(yīng)用極不便；另一方面有些模型為克服“維數(shù)災(zāi)”問題又做了太多的假設(shè)和簡化，使模型不能很好地描述水庫群的實際工況，優(yōu)化結(jié)果偏離實際。

（2）研究問題相對獨立。片面追求最優(yōu)解，忽視了水資源系統(tǒng)的復(fù)雜、多變、動態(tài)特性以及生產(chǎn)上許多因素的不確定性，較少考慮決策人員制定方案的主觀偏好和維護局部利益的現(xiàn)實思想，使研究結(jié)果難以被接受，因此常會導(dǎo)致決策部門的誤解，認為所謂的最優(yōu)往往是在“紙上談兵”。

（3）研究實際問題的不徹底性。一些研究側(cè)重理論探討，片面追求高水平、深理論，方法深奧，生產(chǎn)使用者難以理解，導(dǎo)致理論研究者多而實際應(yīng)用者少。

（4）調(diào)度經(jīng)驗不足。大多數(shù)研究者缺乏生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，對生產(chǎn)實踐中特別是電網(wǎng)調(diào)度中的一些實際情況沒有徹底的了解，導(dǎo)致優(yōu)化調(diào)度成果與實際運行情況差別較大。

2 防洪度汛工作進展

防洪度汛由于與公眾安全密切相關(guān)，我國政府極度重視，體現(xiàn)在防汛工作實行行政首長負責(zé)制，防洪度汛研究進展更多是體現(xiàn)在理念的進展。

2.1 防洪度汛理念進展[3-4]

2.1.1 災(zāi)害學(xué)與洪水風(fēng)險理念

防洪減災(zāi)領(lǐng)域研究自20世紀80年代中期起建立現(xiàn)代災(zāi)害科學(xué)（災(zāi)害學(xué)與防災(zāi)學(xué)），在劉樹坤等專家的積極推動下，水力學(xué)模型開始被運用于蓄滯洪區(qū)、城市與河道洪水的計算，利用水深、流速、洪水到達時間與淹沒歷時等參數(shù)，開展了洪水風(fēng)險區(qū)劃與防洪工程方案的評價等研究，模型的功能也不斷擴展與完善；90年代中期，周魁一積多年研究之心得，提出災(zāi)害具有“自然與社會雙重屬性”的概念，進而論述了這一概念的實質(zhì)及其哲學(xué)基礎(chǔ)。諸如此類的成果對后續(xù)研究起到了很好的指導(dǎo)作用。

洪水風(fēng)險的研究，不僅要考慮洪水及其可能造成的損失，而且要評估其在政治、經(jīng)濟、社會、生態(tài)與環(huán)境等各個方面可能帶來的正負兩方面的影響。要基于洪水風(fēng)險的分析與評價制定減災(zāi)對策，則需對風(fēng)險進行分類研究，例如積極風(fēng)險與消極風(fēng)險、短期風(fēng)險與長期風(fēng)險、可承受的風(fēng)險與不可承受的風(fēng)險、固有風(fēng)險與附加風(fēng)險、內(nèi)部風(fēng)險與外部風(fēng)險、可控制的風(fēng)險與不可控制的風(fēng)險、可規(guī)避的風(fēng)險與不可規(guī)避的風(fēng)險等。

洪水風(fēng)險圖是對可能發(fā)生的超標準洪水的洪水演進路線、到達時間、淹沒水深、淹沒范圍及流速大小等過程特征進行預(yù)測，以標示洪泛區(qū)內(nèi)各處受洪水災(zāi)害的危險程度的一種重要防洪非工程措施。對防洪區(qū)進行風(fēng)險分析，繪制洪水風(fēng)險圖，將各種風(fēng)險信息直觀展示給決策者和公眾，可提高決策的科學(xué)性，增強公眾的風(fēng)險意識。

2.1.2 工程措施與非工程措施相結(jié)合的理念

隨著自然科學(xué)的其他學(xué)科及人文科學(xué)（法學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)、管理學(xué)、心理學(xué)等）的不斷融入，非工程措施在防洪度汛中不斷實施。汛限水位動態(tài)控制是提高洪水資源利用率的一項行之有效的非工程措施，屬于風(fēng)險調(diào)度的范疇，是對洪水的風(fēng)險調(diào)控。前述優(yōu)化調(diào)度亦屬非工程措施。

2.1.3 洪水資源利用的理念

為了構(gòu)建人與自然和諧的發(fā)展模式，必須深刻領(lǐng)會洪水的利害兩重性及其轉(zhuǎn)換關(guān)系。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活水平提高，生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水需求持續(xù)增加，水資源短缺已成為我國水問題的主要矛盾，研究如何有效利用洪水資源、緩解水資源危機可以變害為利，實現(xiàn)雙贏。經(jīng)過多年的水利工程建設(shè)、水文氣象預(yù)測預(yù)報水平的提高，以及防洪調(diào)度經(jīng)驗積累，人們對洪水的掌控能力不斷增強，對洪水的認識也從被動的防御轉(zhuǎn)變?yōu)樵诜烙耐瑫r加以適當利用。1998年洪水過后，我國在治水理念和防洪戰(zhàn)略上進行了重大調(diào)整，明確提出實現(xiàn)洪水資源化，治水策略逐步從洪水控制向洪水管理轉(zhuǎn)變，洪水資源利用已成為一種極具潛力的水資源利用方式。

2.1.4 汛限水位動態(tài)控制理念

面對嚴峻的水資源短缺形勢，在保證水庫防洪安全的前提下，科學(xué)合理地設(shè)計與運用水庫汛限水位，開展水庫汛限水位動態(tài)控制研究工作，充分發(fā)揮水庫的綜合效益，是緩解水資源短缺問題的有效途徑之一。2001年，國家防汛抗旱總指揮部辦公室布置開展水庫汛限水位動態(tài)控制研究工作，2005年國家防總印發(fā)了《水庫汛限水位動態(tài)控制試點工作意見》，作為全國各地開展水庫汛限水位動態(tài)控制試點工作的指導(dǎo)性文件。全國各大中型水庫相繼開展相關(guān)研究，充分利用降雨預(yù)報和洪水預(yù)報的成果，通過系統(tǒng)總結(jié)（改進）預(yù)泄能力約束法、防洪預(yù)報調(diào)度方式及規(guī)則設(shè)計方法、庫容補償法、考慮年內(nèi)洪水時序變化規(guī)律的統(tǒng)計分析法、分級預(yù)泄法、綜合信息決策支持表法等確定水庫汛限水位動態(tài)控制域，不斷在汛限水位動態(tài)控制域內(nèi)調(diào)控庫水位，使水庫多蓄水興利。

西方發(fā)達國家由于在氣象水文特性、人口密度及分布、水資源供需矛盾、社會保險機制及政府管理辦法等方面與我國存在很大差異，其防洪調(diào)度的研究重心以考慮防洪效益及生態(tài)環(huán)境效益為主，汛限水位基本采用傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計值，因而在汛限水位動態(tài)控制方面的研究甚少。

黃河防汛抗旱總指揮部辦公室在2016年龍羊峽、劉家峽水庫聯(lián)合防洪調(diào)度方案中確定：7～8月當龍羊峽水庫水位達到汛限水位2 588 m且低于設(shè)計汛限水位2 594 m時，可根據(jù)入庫流量、龍劉區(qū)間來水大小及下游河道狀況，加強實時調(diào)度，9月1日起水庫水位可以視來水及水庫蓄水運用情況向2 594 m過渡，9月16日起向正常蓄水位2 600 m過渡，體現(xiàn)了汛限水位動態(tài)控制和分期洪水的概念。

2.1.5 洪水管理理念

基于洪水風(fēng)險的可管理性，中國洪水管理戰(zhàn)略研究報告指出：洪水管理是人類按可持續(xù)發(fā)展的原則，以協(xié)調(diào)人與洪水的關(guān)系為目的，理性規(guī)范洪水調(diào)控行為，努力增強自適應(yīng)能力，適度承受一定風(fēng)險以合理利用洪水資源，并有助于改善水環(huán)境等一系列活動的總稱。近年來，圍繞洪水管理戰(zhàn)略、關(guān)鍵策略、蓄滯洪區(qū)補償政策、防洪抗旱技術(shù)標準體系、洪水資源綜合利用、洪澇災(zāi)害損失評估與風(fēng)險評價等課題開展了大量研究，并取得了豐富的成果。人們在與洪水災(zāi)害斗爭的實踐中，提出了由“控制洪水”向“洪水管理”轉(zhuǎn)變的新的防洪理念，洪水管理的核心就是對洪水風(fēng)險進行管理。

2.1.6 海綿城市理念

2015年國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見發(fā)布，所謂海綿城市是指通過加強城市規(guī)劃建設(shè)管理，充分發(fā)揮建筑、道路和綠地、水系等生態(tài)系統(tǒng)對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發(fā)展方式。2016年已有北京等14個城市建設(shè)試點，城市防洪新理念初步形成。

2.2 預(yù)報技術(shù)進展

常規(guī)洪水調(diào)度方案編制中是不考慮預(yù)報的，隨著預(yù)報技術(shù)的快速發(fā)展，基于洪水預(yù)報的洪水調(diào)度在實際工作中得到應(yīng)用，推動了汛限水位動態(tài)控制、預(yù)泄調(diào)度及攔蓄洪尾等工作的進展。

2.2.1 分布式水文模型［5］

20世紀80年代后，傳統(tǒng)水文模型難以解決水文循環(huán)規(guī)律及過程如何隨著時間及空間變化，水文過程的空間變異性等問題。分布式模型的出現(xiàn)讓學(xué)者找到了解決這些問題的出路，最具代表性的分布式水文模型是SHE模型，由英國、法國和丹麥的科學(xué)家聯(lián)合研究而成。該模型用質(zhì)量、能量或動量守恒的偏微分方程來描述流域的主要水文物理過程，并采用差分形式求解，同時也采用一些實驗研究得來的經(jīng)驗關(guān)系作為邊界條件。模型考慮植物截留、蒸散發(fā)、融雪、坡面和河網(wǎng)匯流、土壤飽和非飽和流、地表和地下水交換等水文過程，模型參數(shù)都具有一定的物理意義，可以通過觀測或從數(shù)據(jù)分析得到。為了描述流域特性、降水和水文響應(yīng)的空間分布，在垂直方向采用分層表示，在水平方向則采用正交的長方形網(wǎng)格來表示。分布式模型從水循環(huán)過程的物理機制入手，將產(chǎn)匯流、蒸散發(fā)、土壤水和地下水運動等過程聯(lián)立求解，并考慮水文變量的空間變異性。

單從SHE模型的研制思路可以看出，要細致地刻畫一個流域的空間特性，真正實現(xiàn)模擬水文過程在時間和空間的變化規(guī)律，即使是小流域，都需要大量的信息及強大的數(shù)據(jù)處理能力來支持，這也是SHE模型沒有得到很好應(yīng)用的緣由之一。進入20世紀90年代以來，隨著計算機技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、數(shù)字高程模型（DEM）和遙感技術(shù)（RS）的迅速發(fā)展，為研制和建立分布式物理模型提供了強大的技術(shù)支撐，使得分布式水文模型成為水文科學(xué)研究和應(yīng)用的前沿?zé)狳c，出現(xiàn)了許多比較知名的分布式水文模型，如：MIKE-SHE、IHDM、TOPMODEL、TOPIKAPI、HEC-HMS等。

進入21世紀以來，水文模型的發(fā)展日趨復(fù)雜化、多樣化和實用化。一方面與地理信息系統(tǒng)、數(shù)字高程模型和遙感、航測及雷達等遙測技術(shù)相結(jié)合，以求更加客觀地表征流域下墊面和氣象輸入條件的時空變異性；另一方面還與地球化學(xué)、環(huán)境生態(tài)、水土保持、氣象和氣候等學(xué)科和領(lǐng)域的專業(yè)模型相耦合，以解決與流域水循環(huán)相關(guān)的各種生產(chǎn)實際問題。此外，為滿足管理者的應(yīng)用需求，各類水文模型的發(fā)展向模塊化、系統(tǒng)化和商業(yè)化發(fā)展，如美國EMS公司推出的WMS系統(tǒng)軟件，丹麥DHI開發(fā)的MIKE-SHE、SHETRAN、MIKE11、MIKE21系列模擬軟件。

分布式模型發(fā)展趨勢可概括為四個方面：與地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)的結(jié)合；與雷達測雨技術(shù)和衛(wèi)星云圖的結(jié)合；與其他專業(yè)模型的耦合；數(shù)據(jù)同化和數(shù)字水文模擬新技術(shù)發(fā)展。

2.2.2 喬治亞理工中長期徑流預(yù)報模型

美國喬治亞理工中長期徑流預(yù)報模型把海洋溫度作為一個潛在的預(yù)報因子。其機理是基于任何一個流域的降雨均是全球大氣循環(huán)的一部分，所有降雨最終都來自海水的蒸發(fā)，海水的蒸發(fā)量與海洋溫度直接相關(guān)。如果某流域的降雨（來水）與某地區(qū)的海洋溫度相關(guān)，這種相關(guān)性具有較長的遲滯，長度起碼在幾個月以上，這就意味著如果相關(guān)性存在，當前的海洋溫度可以用來預(yù)報今后幾個月的降雨，前提是找到與本流域降雨量或徑流相關(guān)的海洋溫度。喬治亞理工中長期徑流預(yù)報模型采用美國哥倫比亞大學(xué)氣候和社會國際研究所（IRI）發(fā)布的數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析方法，尋找應(yīng)用流域降雨或徑流與海溫相關(guān)性最大的區(qū)域。如果某區(qū)域的相關(guān)系數(shù)在0.5以上，則該區(qū)域的海溫就可以作為預(yù)報候選因子，至于最終是否納入預(yù)報模型，還需經(jīng)過統(tǒng)計檢驗與評估。

2.2.3 變化環(huán)境下氣象水文預(yù)報[6]

2016年8月，王浩院士在第十四屆中國水論壇作了“變化環(huán)境下氣象水文預(yù)報關(guān)鍵技術(shù)”的報告，通過多源數(shù)據(jù)的降水融合等關(guān)鍵技術(shù)研究，在思維方法上強化整體論的指導(dǎo)，實現(xiàn)多方面突破：（1）從氣象水文各環(huán)節(jié)全鏈條控制預(yù)報誤差，開創(chuàng)性地建立了一套完整的適應(yīng)變化環(huán)境的氣象水文預(yù)報成套技術(shù)體系；（2）首次提出了WRF模式動態(tài)參數(shù)化方案技術(shù)，并攻克了WRF參數(shù)率定這一世界難題，大幅提高了降水預(yù)報的精度；（3）從模型機理上改進了分布式水文模型，精細考慮高強度人類活動對產(chǎn)匯流的影響，顯著提高了變化環(huán)境下水文模擬的精度，例如考慮水庫調(diào)度影響后預(yù)報精度顯著改進；（4）首次理論證明了集合預(yù)報能顯著提高調(diào)度效益，并建立了綜合考慮初始狀態(tài)、模型參數(shù)、模型結(jié)構(gòu)的誤差來源于一體的陸氣耦合集合預(yù)報技術(shù)。

2.3 防汛管理工作進展

近年發(fā)布的國標和規(guī)程包括：DL/T 1313-2013《流域梯級水電站集中控制規(guī)程》、GB 50201-2014《防洪標準》、SL 669-2014《防洪規(guī)劃編制規(guī)程》和SL 706-2015《水庫調(diào)度規(guī)程編制導(dǎo)則》。

2.3.1 洪水調(diào)度方案編制

水庫防洪調(diào)度是依據(jù)相關(guān)法律法規(guī)和上級批復(fù)的水庫防洪預(yù)案，依照編制的操作規(guī)程進行水庫入、出庫水量的調(diào)度，確保工程安全度汛和工程發(fā)揮最大經(jīng)濟效益。按照洪水調(diào)度權(quán)限，全國大江大河流域機構(gòu)制定防御洪水方案，報國務(wù)院批準，目前黃河、長江、松花江、淮河等已完成，年度洪水調(diào)度方案報水利部，其他水庫防洪調(diào)度運用計劃按《水庫大壩安全管理規(guī)定》由業(yè)主編制，報有相應(yīng)調(diào)度權(quán)限的水行政部門（省、地市、縣水利廳局）審批。

2.3.2 洪水應(yīng)急管理

近年來，我國政府已將制定突發(fā)災(zāi)害和公共事件應(yīng)對措施、主動防范風(fēng)險提高到維護國家安全、社會穩(wěn)定和保障人民群眾利益的重要位置。2006年1月份國務(wù)院發(fā)布了《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》，水旱災(zāi)害被列為自然災(zāi)害類突發(fā)公共事件的首位。國務(wù)院首批發(fā)布的5個自然災(zāi)害類突發(fā)公共事件專項應(yīng)急預(yù)案中包括了《國家防汛抗旱應(yīng)急預(yù)案》。洪水應(yīng)急管理的主要對象是突發(fā)性洪水災(zāi)害，如潰壩洪水、山洪及其伴生的滑坡與泥石流、風(fēng)暴潮、城市暴雨洪澇、行蓄洪區(qū)分洪運用及流域型大洪水等。突發(fā)性洪水不僅本身危害嚴重，而且易于形成次生、衍生災(zāi)害。在水利部專項“水庫潰壩風(fēng)險與減災(zāi)技術(shù)研究”設(shè)立了“潰壩洪水應(yīng)急管理研究”專題，提出《中國水庫安全應(yīng)急反應(yīng)預(yù)案編制導(dǎo)則》，涉及應(yīng)急組織體系、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、人員轉(zhuǎn)移和安置等方面的技術(shù)要求及實施措施，水庫風(fēng)險等級劃分方法等。汶川大地震之后，圍繞堰塞湖、震損水庫等次生水災(zāi)害問題開展研究。

目前國外發(fā)達國家就流域梯級水電站安全應(yīng)急管理與協(xié)調(diào)機制的立法均較為完備。我國有關(guān)法律涉及應(yīng)急的內(nèi)容較為原則、抽象，可操作性不強，缺乏對危機預(yù)警機制、資源儲備與調(diào)動機制、災(zāi)后補償機制的規(guī)定。為此由水電水利規(guī)劃設(shè)計總院牽頭，聯(lián)合國內(nèi)大型水電公司、設(shè)計院承擔(dān)“流域梯級水電站安全與應(yīng)急研究”課題研究，主要目的是提出適應(yīng)于我國流域水電安全與應(yīng)急特點的安全與應(yīng)急管理機制、安全與應(yīng)急標準體系等，為完善我國流域梯級水電站安全與應(yīng)急管理體制機制提出建議，建立流域梯級水電站安全與應(yīng)急標準體系，規(guī)范流域梯級水電站安全與應(yīng)急管理，建成智慧型流域梯級水電站安全與應(yīng)急綜合信息試驗平臺，為政府應(yīng)急管理決策提供技術(shù)支撐，提升流域梯級水電站安全應(yīng)急管理能力和水平，保障人民生命財產(chǎn)安全。

2.3.3 國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)

2009年中國水利部部長陳雷在土耳其伊斯坦布爾出席第五屆世界水資源論壇“特大自然災(zāi)害與水利基礎(chǔ)設(shè)施風(fēng)險管理”特別分會，并在會上發(fā)表主旨演講。陳雷指出，隨著全球氣候變化的加劇和中國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，防洪抗旱減災(zāi)工作也將面臨許多新情況、新問題、新挑戰(zhàn)，中國政府將采取有效措施，切實加強防汛抗旱減災(zāi)五大體系建設(shè)。一是完善工程體系，加強堤防、水庫、蓄滯洪區(qū)建設(shè)與河道治理，優(yōu)化工程布局與運行方式，充分發(fā)揮水利工程體系的綜合防災(zāi)減災(zāi)效益；二是健全管理體系，加強防洪抗旱應(yīng)急管理體系建設(shè)，建立洪水管理制度，完善防洪抗旱應(yīng)急預(yù)案，健全防洪抗旱應(yīng)急響應(yīng)機制，形成管理規(guī)范、協(xié)調(diào)有序的聯(lián)動機制；三是強化保障體系，明確和落實各級政府以及各相關(guān)部門所承擔(dān)的防洪任務(wù)和責(zé)任，促進公眾參與，共同應(yīng)對災(zāi)害；四是健全法規(guī)體系，依法協(xié)調(diào)各方權(quán)益，規(guī)范經(jīng)濟社會發(fā)展活動，完善工程搶險、防洪調(diào)度、救災(zāi)救助、經(jīng)濟補償?shù)刃袨?；五是強化科技體系，大力支持研究和推廣實用、先進的防汛抗旱減災(zāi)技術(shù)，建立科學(xué)、高效的防汛抗旱技術(shù)支撐保障體系，努力推進防汛抗旱現(xiàn)代化。

國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容主要包括水情信息采集系統(tǒng)、防汛計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、防汛抗旱決策支持系統(tǒng)3個單項工程，對全國七大流域三維電子江河決策平臺進行研究與建設(shè)。各省市及流域以國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)為依托，開展防汛指揮決策支持系統(tǒng)建設(shè)，為防汛指揮調(diào)度工作提供了有力支持，在防汛抗旱工作中產(chǎn)生了顯著效益，特別是在抗御特大洪澇災(zāi)害中發(fā)揮了舉足輕重的作用。從現(xiàn)有基礎(chǔ)條件出發(fā)，充分挖掘可利用的信息資源，探求合理可行的系統(tǒng)構(gòu)架，綜合運用各種先進技術(shù)，使系統(tǒng)在汛前能夠服務(wù)于科學(xué)地制定流域洪水應(yīng)急預(yù)案，在汛期可為防汛決策及時提供監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警、災(zāi)情信息，以及可供選擇的調(diào)度、抗洪等實施方案與評價意見，為洪水風(fēng)險動態(tài)分析和評價、減災(zāi)預(yù)案設(shè)計、行蓄洪區(qū)安全建設(shè)、防洪控制性工程的科學(xué)調(diào)控、防汛管理，以及防洪減災(zāi)信息的社會化服務(wù)等提供了基礎(chǔ)信息管理的平臺與先進的數(shù)值模擬分析手段，進而形成有實用價值的決策支持系統(tǒng)。

2.3.4 最嚴格水資源管理制度

2011年中央1號文件和中央水利工作會議明確要求實行最嚴格水資源管理制度，一年后國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，對實行該制度做出全面部署和具體安排，確立水資源開發(fā)利用控制、用水效率控制和水功能區(qū)限制納污“三條紅線”，實行用水總量控制、用水效率控制、水功能區(qū)限制納污、水資源管理責(zé)任和考核“四項制度”。

2.4 極端天氣影響

2014年5月以來厄爾尼諾事件持續(xù)加強，2016上半年已結(jié)束并逐漸形成拉尼娜現(xiàn)象，對我國的氣候變化產(chǎn)生復(fù)雜影響：2016年中國南方多地區(qū)發(fā)生了嚴重洪水災(zāi)害，全國有26?。▍^(qū)、市）遭洪澇災(zāi)害，極端降雨、大風(fēng)多有發(fā)生，多河流水位超警戒值，長江中下游干流及兩湖全線超警，北方多地發(fā)生局地洪災(zāi)。

近年來全球氣候變化使得極端天氣過程增多，對洪水調(diào)度產(chǎn)生影響，以下以溫泉水庫2010年洪水為例說明超標準洪水調(diào)度。溫泉水庫位于青海省格爾木市東南127 km的格爾木河支流雪水河上，海拔3 960.8 m，流域面積9 000多km2，1996年年底全部竣工。大壩為復(fù)合土工膜防滲斜墻砂礫石壩，最大壩高17.5 m，主壩長880 m，總庫容為2.55億m3，興利庫容1.5億m3，防洪庫容0.75億m3，設(shè)計洪水位為3 957.4 m，校核洪水位為3 958.16 m，正常蓄水位為3956.40m，防洪限制水位為3956.0m，死水位為3 951.7 m。泄洪設(shè)施為側(cè)槽式無閘門控制溢洪道，放水洞為最大可泄27 m3/s的城門洞型無壓隧洞。水庫調(diào)蓄按重現(xiàn)期100年洪水設(shè)計，重現(xiàn)期2 000年洪水校核。格爾木轄區(qū)屬大陸高原氣候，少雨、多風(fēng)、干旱，年平均降雨量僅41.5 mm。2010年1～6月，格爾木市區(qū)降水量達49.0 mm，與2009年同期相比偏多263%，與30年平均值比較偏多220%。其中6月6日過程降水量為27.8 mm，達到大雨強度，較同期歷史極值偏多2.7倍，創(chuàng)1961年以來歷史最大極值。超強降雨導(dǎo)致格爾木河最大流量達到了789 m3/s，超過了重現(xiàn)期2 000年標準。7月6日溫泉水庫超出汛限水位，并且水位持續(xù)上升，防汛抗洪形勢十分嚴峻，經(jīng)過16 d搶險奮戰(zhàn)，應(yīng)急溢洪道泄洪，困擾溫泉水庫半個多月的險情宣告解除。

2.5 存在問題

從當前水庫防洪調(diào)度現(xiàn)狀及有關(guān)研究成果來看，存在以下問題：

（1）1998年大洪水之后，國家大規(guī)模實施了平垸行洪、退田還湖、移民建鎮(zhèn)的措施，但是由于社會經(jīng)濟方面的種種問題，開始一些定為“雙退”的圩垸不得不改為“單退”，隨后又出現(xiàn)了一些群眾返遷的現(xiàn)象。2003年黃河灘區(qū)受淹后按國家安排外遷的群眾許多也陸續(xù)返回了原駐地。

（2）防洪調(diào)度存在政府防汛決策的保守性和企業(yè)追求最大效益的矛盾，隨著預(yù)報水平的提高，水文氣象預(yù)報可為政府防汛抗洪決策提供有力依據(jù)。

（3）中小洪水是指重現(xiàn)期小于20年的洪水，這種洪水發(fā)生的機會很多，搞好中小型洪水的調(diào)度，充分利用洪水資源，以緩解干旱缺水的嚴峻局面，對促進我國經(jīng)濟社會持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展十分有益。由于對安全影響大，一般對大洪水調(diào)度研究較多，而做好中小洪水調(diào)度，對蓄水更為重要。首先要制定好科學(xué)合理的調(diào)度方案，上游的大中型水庫充分攔蓄洪水，以不超汛限水位為原則，如無大汛可在汛限水位上下適當浮動，注重攔蓄洪尾；其次中下游水庫適時引蓄洪水，做好實時調(diào)度。

（4）區(qū)間洪水調(diào)度問題實質(zhì)上就是錯峰調(diào)度問題，當預(yù)報區(qū)間有較大洪水時，上游水庫及時減少出庫流量，利用調(diào)節(jié)庫容進行錯峰調(diào)度，以減小下游水庫的防汛壓力。

（5）南方洪水與北方洪水特性差異：我國水資源地區(qū)分布不平衡，東多西少，南多北少。南部濕潤地區(qū)約占全國總面積的40%，其徑流量卻占全國總徑流量的80%以上；北部半濕潤、半干旱和干旱地區(qū)約占全國總面積的60%，但徑流量不足全國總徑流量的20%。在洪水方面，南方多為暴雨洪水，峰高量大；北方除暴雨洪水外還有融雪洪水和冰凌洪水。在制定預(yù)報模型和調(diào)度方案時，應(yīng)考慮南北洪水的差異性。

（6）大流域洪水與中小流域洪水特性差異問題：大流域洪水一般歷時較長，中小流域暴雨洪水災(zāi)害是指由于受短歷時暴雨的影響,洪水暴發(fā)所帶來的災(zāi)害,具有突發(fā)性強、危害大、極難防御等特點,主要表現(xiàn)為季節(jié)性強、區(qū)域性明顯、來勢兇猛、成災(zāi)快、破壞性強等。由于中小流域的降雨徑流資料不完整，水文站點少甚至無站點，水文系列長度較短，使得洪水預(yù)報模型建立和計算比較困難。

（7）隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，河道岸線開發(fā)利用活動日益增多，對河道水沙運動及河床變形產(chǎn)生影響，進而對河勢、防洪等帶來不利影響，河道問題日益凸顯，影響上游水庫泄洪，使水庫洪水調(diào)度難度增加，從河道安全考慮，開閘泄洪前須做好汛情傳達等相關(guān)工作。

（8）在超標準洪水的判斷上，應(yīng)為一個區(qū)間。此外，受水庫調(diào)蓄影響，使得設(shè)計洪水過程與入庫洪水過程不盡相同。

3 未來發(fā)展趨勢

隨著系統(tǒng)科學(xué)理論、方法和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展、以及大規(guī)模梯級水庫群的形成，水庫優(yōu)化調(diào)度研究將緊跟現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將理論研究應(yīng)用到生產(chǎn)實際中，并在生產(chǎn)實踐中不斷完善理論成果，在更大范圍內(nèi)開展研究。具體講水庫調(diào)度方面發(fā)展三大趨勢：一是研究新環(huán)境下，高維梯級水電站水庫調(diào)度最優(yōu)準則、數(shù)學(xué)模型的建立及求解方法；二是深入生產(chǎn)實際，了解優(yōu)化調(diào)度的各種約束條件，描述各約束條件之間的關(guān)系，使理論與實際更加緊密地結(jié)合；三是電力市場下開展水電與火電、光伏及風(fēng)電等多能源互補研究。

防洪調(diào)度領(lǐng)域科技發(fā)展體現(xiàn)的三大趨勢：一是自然科學(xué)中相關(guān)學(xué)科的深入與綜合，同時社會科學(xué)在交叉領(lǐng)域的開拓與交融，非工程措施得以加強；二是基于風(fēng)險的洪水管理得到發(fā)展；三是強化整體論的預(yù)報集成技術(shù)逐步形成?！?/p>

[1]林一萍,王勇.水庫群優(yōu)化調(diào)度研究進展綜述[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2007,27(4)：96-100.

[2]張勇傳,李福生,熊斯毅,等.水電站水庫群優(yōu)化調(diào)度方法的研究[J].水力發(fā)電,1981(11)：50-54.

[3]程曉陶.防洪抗旱減災(zāi)研究進展[J].中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報,2008,6(3)：191-198.

[4]任明磊,何曉燕.對水庫防洪調(diào)度的認識與探討[J].人民長江,2011,42(s2)：58-60.

[5]楊大文,李翀,倪廣恒,等.分布式水文模型在黃河流域的應(yīng)用[J].地理學(xué)報,2004,59(1)：143-154.

作者郵箱：tdjsbo@163.com

水利部發(fā)文部署農(nóng)村水電站安全度汛

據(jù)中國水力發(fā)電工程學(xué)會為貫徹2017年全國防汛抗旱工作視頻會議精神，切實做好2017年農(nóng)村水電防汛度汛準備工作，水利部辦公廳發(fā)布通知，要求做好農(nóng)村水電站安全度汛工作。

通知要求,高度重視農(nóng)村水電站安全度汛工作，加強組織領(lǐng)導(dǎo)，嚴格落實以行政首長負責(zé)制為核心的農(nóng)村水電站安全責(zé)任體系，逐站逐庫、逐級逐崗落實度汛安全職責(zé)，及早落實防汛責(zé)任人，并將防汛責(zé)任人名單及時向社會公布，接受社會監(jiān)督。加大監(jiān)督檢查和問責(zé)力度，對因責(zé)任不落實、工作不到位等造成嚴重后果的，要依法追究責(zé)任。

通知還要求，組織農(nóng)村水電站開展隱患排查，并對隱患排查情況開展監(jiān)督檢查?？缪雌谑┕さ男陆ê透臄U建農(nóng)村水電站，要對工地和宿營區(qū)的安全隱患進行重點排查。已建農(nóng)村水電站，要及時修復(fù)去年水毀的防汛設(shè)施設(shè)備，加強擋水、泄水和引水建筑物安全保障措施檢查，對設(shè)施設(shè)備及運行管理等方面開展排查。對排查中發(fā)現(xiàn)的問題要立即整改并限期完成，徹底消除隱患。

此外，提前做好度汛準備。農(nóng)村水電站要加強報汛設(shè)施設(shè)備建設(shè)，強化與當?shù)卣?、防汛抗旱指揮部和氣象、水文等部門的溝通聯(lián)系，及時掌握雨情和水情動態(tài)，預(yù)置搶險力量和防汛搶險物資。已建農(nóng)村水電站要加強電站運行管理和設(shè)備設(shè)施的維修養(yǎng)護，提前檢修溢洪道、閘門和啟閉機等重要設(shè)施；測試水位計量、通訊、視頻等報汛設(shè)備可靠情況，確保運行正常；在建農(nóng)村水電站要強化施工期安全度汛措施，保障度汛安全。

通知明確，在汛期特別是強降雨期間，要嚴格執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)帶班和24小時值班制度，必要時加強值守力量。農(nóng)村水電站要堅持興利服從防汛、電調(diào)服從水調(diào)的原則，嚴格執(zhí)行調(diào)度規(guī)程和批準的調(diào)度運用計劃，嚴禁擅自超汛限水位運行，必要時空庫運行。擅自超汛限水位運行的，要嚴肅問責(zé)。

各地水行政主管部門要在汛前、汛中至少各開展一次農(nóng)村水電站安全度汛情況檢查，重點檢查防汛責(zé)任制落實情況；汛期值守制度落實情況，防汛預(yù)案編制、審批及落實情況；防汛薄弱環(huán)節(jié)整改消除情況；在建工程安全度汛措施及實施情況；已建電站特別是龍頭水庫電站備汛、防汛情況；應(yīng)急搶險預(yù)案制定、演練情況等。水利部將在汛前派出工作組對部分省份農(nóng)村水電站備汛情況進行抽查。

The development of reservoir regulation and flood control technique in recent years is reviewed and summarized in this paper.Based on the discussion of current situation of electricity industry reform and flood control concept,the future development trend is prospected.

reservoir regulation;flood control;development status;prospect

TV697.1

A

1671-1092（2017）02-0033-08

2017-02-15

靳少波（1965-），男，河南西峽人，教授級高級工程師，主要從事水庫調(diào)度工作。

Title:Development status and prospect of reservoir regulation and flood control technique//by JIN Shaobo and LI Ji//Yellow River Upstream Hydropower Development Co.,Ltd.