综合利用水库宏观调度策略浅析_水库综合利用调度

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综合利用水库宏观调度策略浅析

杨旭

摘 要：通过对当前我国水资源形势和水库调度发展概况的分析，提出了开展水库宏观调度策略研究的途径。

关键词：水库；宏观调度

随着我国社会经济的发展，各种用水量在一个相当长的时期内还将继续增加，水资源问题将变得更加复杂和严峻。由于水资源与人口、耕地资源的分布、经济发展的格局极其不相匹配，导致了水资源的掠夺性开发利用，对社会经济与生态环境的协调、健康和可持续发展产生了严重影响。尤其是我国干旱半干旱地区，水资源已成为制约其社会经济发展的重要因素。因此，如何科学、有效地利用当地有限的水资源，并坚持水资源可持续开发利用的原则，是当前十分迫切需要研究和解决的课题。

针对水资源利用的现状，我国水利的任务就确定为控制好水，利用好水，使其有利于社会的发展，因此水利现代化首先是实现水资源调控现代化，其主要目标是实现水资源的优化配置。通过应用先进的科技手段，搞好水资源的优化配置和科学管理是我国水利今后的发展方向。

水资源的优化配置和科学管理要求决策者经常做出宏观调度决策，而中长期水文预报成果是宏观调度决策的重要依据，因此开展中长期水文预报及宏观调度策略的研究有着十分重要的现实意义。

当前，我国的水利发展已从“工程水利”转向“资源水利”，因此，从经济发展、水资源利用和生态环境保护的关系看，宏观调度策略研究应坚持合理开发水资源，促进社会经济与生态环境相互协调发展的指导思想。

水库的安全运用，是依一定的规范、标准设计的，在安全及效益计算时，同时假定计算年即可能出现设计洪水，又可能出现设计枯水，并依此规定水库在任何实际年份的运用方式。但在水库的实际运行中，大量面对的是一般年份，在这些年份中，洪水没有设计的那么大，枯水也没有设计的那么小。换言之，在这些年份并不需要那么大的防洪库容，或不需要按设计预留那样大的防洪库容；对兴利供水可提供较之设计更多的水量及更充分的水位条件，以取得更好的效益。所以水库是有潜力可挖的，挖掘这部分潜力的关键是提高中长期水文预报的精度及开展宏观调度策略的研究。水库调度发展概况

目前，水库是人类实现水资源调控的主要工程措施。而水库调度方式的研究是一种非工程措施，实践已经证明，非工程措施在水利工程管理中发挥了极其重要的作用。

水库可能负担的任务包括防洪、发电、灌溉、航运、给水、养殖、旅游、卫生、水质改善、淤积滞蓄和控制等，凡负担上述任务两种或两种以上的水库，均属综合利用水库。实际上仅承担单一任务的水库很少，绝大部分水库都属于综合利用水库。

综合利用水库需协调好所承担的各种任务之间的矛盾，如防洪和兴利关系的处理，要使之相互协调，主要体现在运行特性水位、库容分配、蓄水时间和预留防洪库容时间等方面，应尽可能做到防洪和兴利库容重复使用；水库承担两种以上的兴利任务，要尽可能使各部门用水在时间和空间上结合。由于各兴利任务的设计保证率及引水方式的不同，以及主次关系的差异，要求水库对不同来水年份，对不同任务采取不同的供水原则。

水库调度是指根据水库承担的任务的主次及规定的调度原则，运用水库的调蓄能力，在保证工程 1 安全的前提下，有计划地对入库的天然径流进行蓄泄，以达到除害兴利、综合利用水资源、最大限度地满足国民经济各部门需要的目的。它是水库运行管理的中心环节，其主要内容包括：编制水库调度规程和年度调度计划；拟定各项水利任务的调度方式；确定面临时段（日、旬）水库蓄泄计划及日常实时操作规则等。水库调度分为常规调度、优化调度、分期防洪调度、预报调度等方式。

1.1 常规调度

20世纪初，由于水库和水电站的大量兴建，促进了河川径流调节理论的发展，开始应用经验的方法（以实测水文要素为依据），利用水库对洪水和枯水进行调节。1926年，苏联的莫洛佐夫（А.А.Морозов）提出水电站水库调配调节的概念，而后逐步发展形成以水库调度图为指南的水库调度方法，这种方法至今仍被广泛采用。

水库按调度图运行的优点是：以实测资料为依据，调度方法比较简单直观，如果水库运行期间实际入库径流规律与建库前相似，各综合需水部门对水库的需求与编制调度图时没有变化，按调度图运行，总的来说，一般能满足调度原则，结果也会比较合理。但是，该方法也有不足之处。例如，按调度图运行总带有一定的经验性，所获得的结果一般只是合理解而非最优解。绘制调度图主要根据已有实测水文资料，而一般河流实测径流系列均较短，代表性常不够理想，其次，绘制调度图时往往不能考虑水文预报，特别是中长期水文预报，使信息未能得到充分利用。

1.2 优化调度

随着系统科学及计算技术的快速发展，优化调度得到了一定的发展。水库优化调度是根据入库径流过程，通过最优化方法，寻求最好的调度方案。但是，在研究水库优化调度过程中，较多地注重调度模型的建立和新的优化理论、算法的采用，往往对水库优化调度规划在实际中如何实施不够重视。在水库优化调度研究中，调度规划的研究是至关重要的，但是若不进一步研究规划实施及相应配套措施，如径流预报，用水预测，以及实施细则等，其成果很难为生产管理运行人员和决策者所接受，最终应用将受到限制。因此，水库优化调度的研究应包括两部分内容，其一是调度模型的建立求解，以获得调度规划；其二是预测预报模型建立求解和调度规划的实施细则，以便成果的推广应用，其中中长期水文预报是制约优化调度实施的重要因素。

1.3 分期防洪调度

分期防洪调度是基于对水库流域洪水在汛期不同时段有明显变化规律而采取的调度方式，是对洪水沿时程分布规律的深入认识结果。这种调度方式，可以部分地把防洪库容与兴利库容结合起来，在确保工程安全条件下，取得更好的兴利效果。这种调度方式是对常规调度的完善和发展。

1.4 预报调度

运用气象、水文预报进行水库调度是协调防洪兴利矛盾的重要手段。水库防洪预报调度是利用水文预报，并参考天气预报成果，指导水库实时蓄泄过程的调度方式。在多数情况下，成功地进行预报调度所获得的效益将会大于实行优化调度所得效益。但是，目前的预报调度仅仅是利用了短期水文预报，中长期水文预报的成果还无法得到应用，使预报调度无法发挥更大的工程效益。

从以上分析可以看出，水库调度方式的研究经历了常规调度、优化调度、分期防洪调度、预报调度等阶段。最初的水库调度是不考虑水文预报的，以后逐渐发展到考虑短期水文预报，即现行的预报调度。水库调度方式再向前发展，就应该到了考虑中长期水文预报的阶段了，中长期水文预报与短期水文预报的结合可望使水库调度的研究迈上一个新的台阶。宏观调度策略浅析

经济的发展和生产力水平的提高使许多综合利用水库既定的水利任务发生了很大的变化，如随着生活水平的提高和环境意识的增强，人们对水质和环境用水的要求越来越高。又如以往的水库主要是为农业供水，对供水保证率的要求相对较低，而现在转向为城市、工业、居民生活供水，供水的保证率明显提高。所有这些变化都对水库调度提出了新的更高的要求，为此，水库应大力开展宏观调度策略的研究，以适应新的水利任务的要求。

1）加强中长期水文预报的研究。首先要加强中长期入库径流的预报，也就是尽早、尽确地掌握来水信息。在此基础上，研究用水和需水的变化情况，以中长期水文预报及其概率分布，再结合水库调度图拟定的年内水库运行控制水位过程线及其可能的变幅，作为执行年度调度计划的重要依据。实践已经证明，没有可靠的水情测报结果作为依据，水量分配协议、用水计划和节水计划等都将无法科学地付诸实施，也难以对水资源进行合理调度。

2）要加强对中长期水文预报所需资料的观测与积累。资料的拥有情况将直接影响到中长期水文预报的精度及宏观调度的可靠性。随着通讯及信息处理技术的快速发展，也为数据采集提供了新的发展空间。在水库水情测报自动化系统的基础上，还应建立水库流域水情、工情的地理信息系统。

3）要加强宏观调度方案的实时修正研究。随着新的水文、气象、用水、需水资料的收集和整理，对原有调度方案进行合理的补充和调整，是十分必要的。调度方案的实时修正可使水库调度决策更加科学化。但实时修正技术是一个需要研究的课题。

4）要加强对超标准洪水的研究。现行水库设计标准没有预留调节超标准洪水的库容。且现行实时调度方式也无法解决超标准洪水的防御问题。借助于中长期水文预报及宏观调度策略的研究可为防御超标准洪水探索出一条新的途径。辽宁省大伙房水库对此进行了有益的尝试。

5）要加强风险调度的研究。一般来说，洪水期仅占汛期中较短的时间，在设计中所确定的水库工程安全标准、下游防洪标准、上游淹没标准不能突破的前提下，依入库水量的中长期预报情况，实施实时防洪的风险调度是提高水库设计效益的一条途径。实时风险调度中沿时程实际所预留防洪库容适当小于设计规定的防洪库容，抬高了防洪的起调水位，导致了发生小洪水时占用了较大洪水的防洪库容。因此，水库超汛限水位运行、提前蓄水，要有遭遇大洪水的对策。

6）从水库调度的发展现状可以看出，目前水库调度中研究较多的是实时调度问题，特别是汛期洪水的实时调度问题，因为水库安全永远是放在首位的。但是水库实际运用的许多问题在实时调度中很难得到有效的解决，例如多年调节水库兴利用水的年际分配问题；汛后期洪水的预蓄（提前收水）问题；超标准洪水的防御问题；兴利库容与防洪库容的共用问题等，这些问题的解决只有依靠宏观调度策略的研究，把宏观调度与实时调度有机地结合起来，才能更加充分地发挥综合利用水库的工程效益。

7）以流域为单元对经济用水和生态用水统一配置，要从“不断地去满足需水要求”的供水管理转变为“实施全面节水，不断提高用水效率，来达到平衡水的供需矛盾”的需水管理，特别是在水资源短缺地区，社会经济的发展要充分考虑水资源条件，要量水而行，以水定供，以供定需。要研究流域内水库群的宏观调度策略问题，在此基础上，研究一个地区或更大范围内的水资源调配及其宏观调度问题。

参考文献

[1] 水利部长江流域规划办公室,河海大学,水利部丹江口水利枢纽管理局合编.综合利用水库调度.北京:水利电力出版社,1990年3月.[2] 中国水利百科全书·水利管理分册.北京:中国水利水电出版社,2004年1月.刘爱杰,杨旭,刘健,等.浑太流域水库群”动态渡汛标准”实施方案.科研报告,辽宁省大伙房水库管理局,1999年7月.[3]