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从“独奏”到“合奏”——记长江上中游水库群联合调度实践

作者:朱俊君 彭理 杨莹 发布日期:2018-06-29 09:29

 

2017年10月8日三峡大坝开闸泄洪  本报通讯员 张伟革/摄

  

  从长江中游溯流而上,能见到几十座具有防洪功能的大型水库遍布干支流水脉,鳞次排开。这是近几十年来,中国水利建设在长江上中游史诗般的呈现。

  对于一座独立水库的运行,无论是防洪、供水,还是发电,只要在控制风险的前提下,必定要获取最大的效益。但对于水库群而言,效益最大化被赋予了新的含义。在新标准之下,对上下游、汛期与非汛期、洪水与水量、单库与多库的调度,便成了一项庞杂精细的系统工程,犹如兵家布阵,牵一发而动全身;更如一支乐队,必须统筹协调、精准配合才能奏出美妙的乐章。

  2012年至今,精细联合调度的研究与应用得到充分重视,在洪旱、咸潮等自然命题的考验下,在处置突发应急事件的担当中,一次次印证其合理与必要。多年来,长江防总统筹协调长江上游水库群,结成一条水库生态链,奏响了一曲互利多赢的“合奏曲”,惠及长江全流域。

  琴瑟相和 

  从研究到实践,数年的积累,长江流域终于迈出了联合调度从无到有的历史性一步,水库群“合奏”正式开始。  

  时间回溯到2012年10月30日,三峡水库连续第三年蓄水至175米。

  175米,意味着长江中下游抗旱、供水安全、通航、发电等综合效应得到保障,昭示来年春灌和丰收的希望。然而鲜为人知的是这个数字背后的殚精竭虑。

  此时,长江上游已经规划了三峡、金沙江溪洛渡等一批库容大、调节性能好的综合利用水利枢纽工程,梯级水库总库容达1000余亿立方米,预留防洪库容500余亿立方米。

  随着这些水库群的逐步建成运行,在兴利之外,蓄泄矛盾也逐步升级。

  “面对如此大的防洪库容,如果在汛期,水库的调度都各自为政的话,一场洪水下来,该拦洪时不拦洪,该下泄时不下泄,就可能人为造成洪水的叠加,形成人造洪峰,反而大大增加防洪压力。”长江委防办主任陈敏说。

  如果是特旱年份,则可能会出现上游水库争抢蓄水,1000多亿立方米的调节库容,若集中在汛末一个月蓄满的话,需要截留长江流量约3.8万立方米每秒,极有可能导致三峡水库无法蓄满,进而对发电、航运、供水及生态等综合效益带来不可估量的损失。

  各水库之间休戚相关,怎样才能获取整体的最大效益?这正是联合调度要解决的核心问题,必须对上游的大型水库群进行通盘考虑,妥善、有序、依次地安排好调度工作。

  在前期大量研究的基础上,2010年开始谋划安排水库群联合调度工作,2012年长江防总通过充分准备、统筹考虑,将三峡、二滩、紫坪铺、构皮滩、碧口等10座大型水库纳入联合调度范围。在汛期,精心开展水雨情预测预报,积极探索实施水库优化调度,在汛末,成功协调三峡、二滩、瀑布沟、向家坝等上游水库有序蓄水,三峡水库得以成功蓄水至175米。上游水库群调度从单库“独奏”变成了水库群“合奏”,水库群的整体效益大于单个水库效益之和,实现了多赢的局面。

  事实上,在此之前数年,长江防总就对长江上游多座水库的联合调度,做过初步尝试。2007年年初,长江、嘉陵江来水量严重偏少,重庆市120万人的供水受到影响。经长江防总紧急协调,对嘉陵江上的宝珠寺、东西关、桐子壕3座水电站进行水量调度,并明确要求四川省嘉陵江上各水电站不得蓄水,有效缓解了重庆市的缺水状况。这可以说是长江流域水库群联合调度实践的发端。

  此后,水库群的联合调度不断有了新的探索,逐年增加列入联合调度计划的水库。2012年年初,修订后的《长江洪水调度方案》获国家防总正式批复,增加了三峡及干支流主要水库(群)的调度;同年8月,由长江防总组织编制的《2012年度长江上游水库群联合调度方案》获国家防总批复,这也是国家防总批复的全国第一个水库群联合调度方案。

  至此,长江上游水库群联合调度步入规范化轨道。

  初闻啼声  

  从应对支流洪患,到处置涉水突发应急公共事件,联合调度“牛刀初试”,充分发挥了水库群综合效益。  

  2014年年初,长江口遭遇历史最长咸潮期。

  受长江枯水期低水位和潮汐现象共同影响,这一年2月的咸潮入侵使上海市约200万人饮水受到影响。

  合理采取相应措施,保障长江口供水安全,一刻不能耽搁!上海供水安全牵动着千里之外的长江防总。

  经过周密会商,三峡水库历史上首次补水应急调度启动——

  根据长江口咸潮发展态势,统筹考虑长江来水情况、补水需要和后期用水需求,统筹协调、科学调度以三峡水库为核心的长江上游水库群,及时增加下泄流量,适时为下游补水,同时细化下游引江调水工作,保障了上海城市供水安全。随着春季雨量逐渐增多,长江上游来水明显增多,长江口咸潮悄然消退。

  往年,每到枯水季,长江口都有不同程度的咸潮现象,加之沿江各省市已建成引提水工程近40万处,巨大的引提水能力使得枯水期水资源供需矛盾日益加剧。为了长效应对,长江防总联合有关单位编制了相关预案,不断探索以常态化机制处理应急事件,不仅为三峡工程巨大的综合效益做出全新注解,也将长江中上游水库群联合调度工作向纵深推进。

  几个月后的主汛期,乌江流域出现超历史洪水。乌江沿岸的重庆彭水、武隆两县洪峰水位预计超过堤防3米,计划按20年一遇洪水划定转移范围约5万人。危急关头,乌江水库群首次启动防洪联合调度。

  此次联合调度涉及贵州、重庆两省市多座水库,难度大,时间紧。长江防总与两省防指密切沟通,及时了解乌江沿岸城镇的防汛形势,在针对上游水库群联合调度开展的大量研究和探索的基础上,充分发挥上游洪家渡、乌江渡、构皮滩水库拦蓄洪水的功能,并协调贵州省防办控制洪水下泄流量,为重庆市应急抢险赢得了时间。

  乌江水库群联合调度成功实施,彭水、武隆两地的洪峰水位均削减至5年一遇,洪峰安全通过。乌江,有惊无险地避免了一场巨大损失,两岸繁华依旧。“通宵会商调度仍不显倦意,战胜洪水是最终目标和强大动力,这次乌江梯级水库应战洪水的成功调度,仅是牛刀初试。”长江委防办巡视员陈桂亚说。

  惊心动魄背后的运筹帷幄,不是一蹴而就的。由于要考虑水文、气象等各种因素的随机性以及各水库需满足多种目标要求,水库群联合调度决策实际上是一个非常复杂的过程。

  几年来,纳入上游水库群联合调度的水库不断增加,大量的基础性研究亟待推进,包括水文径流特性、水文气象预报技术、以及各水库管理单位或部门之间的沟通协调等都不容轻视。

  所幸,从成功应对2012年三峡水库建库以来最大入库洪峰开始,联合调度在防汛、发电、生态、供水等多方面开花结果,取得不俗成绩。特别是已经连续开展12次的促进长江“四大家鱼”自然产卵繁殖的联合生态调度实验,通过联合调度三峡、向家坝、溪洛渡梯级水库,对宜昌至监利江段四大家鱼早期资源量的增加起到了积极作用,也展开了长江流域水库群联合生态调度工作的壮美画卷。

  引商刻羽  

  2016年、2017年接连发生的大洪水,对长江流域防灾减灾体系是一次大考,而在这次大考中,联合调度交出了近乎完美的答卷。  

  2016年汛期,长江流域风起云涌。谁也不承想,自1998年后,人与水的紧张关系将再度到达峰值。

  入汛后,28场强降雨连番袭击,长江干支流部分河段出现超警戒甚至超保证水位洪水,沿江各省市洪涝、滑坡、泥石流灾害频发,堤防决口,水库出险,群众生命财产遭受巨大威胁。

  进入7月,长江中下游地区发生1998年以来最大洪水。

  3日之内,长江1号、2号洪峰在长江上游和中下游干流相继形成,湖北省监利县以下长江干流全线超警,两湖水系水位高涨,防汛形势异常严峻。

  其间,中下游与干支流洪水恶劣遭遇,巨量的洪水如何有序安全地东排入海?巨大的考验之下,联合调控再一次彰显它“杀手锏”的作用。

  此时,长江上游已有21座水库纳入水库群联合调度,防洪库容360多亿立方米。每一座控制性水库都成为流域防洪和水资源配置这盘大棋上的关键棋子,发挥着巨大的作用,一招错,满盘输,调度容不得丝毫纰漏,必须通盘考虑。

  国家防总、长江防总和地方防指利用上中游水库群联合调度的有效机制、信息共享平台和相关研究成果,统筹兼顾,科学研判,打出了一套精妙的“组合拳”——

  控泄三峡水库,应对长江上游1号洪峰,同时,对上游水库群联调联控,金沙江、雅砻江、大渡河等水库配合三峡同步拦蓄洪水,为主汛期后续洪水留出调蓄空间;

  洞庭湖水系柘溪、五强溪紧随其后,大幅度拦蓄入库洪峰,避免了益阳、桃江城区灭顶之灾;

  7月中旬,三峡以下诸多河流同时发生洪水,提前腾出库容的上游水库削峰蓄洪,三峡水库进一步减泄,与区间洪水错峰,避免了荆江全河段超警戒。

  2016年,通过精细调度和联合调度,长江防汛实现了三峡水库风险可控、洞庭湖不分洪、荆江河段不超警、长江重要堤防无溃口性险情等多重目标,长江流域1998年以来最大洪水俯首东去。

  时隔一年,2017年主汛期的长江流域,再次需要上游水库群蓄峰调洪,为中下游防洪“减负”。

  这一年7月,洞庭湖区大洪水,长江中游型大洪水来势汹汹。长江中下游干流水位维持快速上涨势态,莲花塘至大通河段全线超警。长江防总34个小时内,先后发出5道调度令,一步步将三峡出库流量从2.73万立方米每秒削减到8000立方米每秒。

  “8000立方米每秒”成了2017年的关键词。这个数字对于7月的三峡水库来说,是破天荒的。

  三峡主汛期多年入库流量3万立方米每秒,而2017年削减到不足三成的下泄流量,很可能造成三峡水库库水位快速上涨,而给后续防洪留下巨大压力。

  这看似“兵行险招”的背后,却是审时度势、未雨绸缪的成竹在胸。在预测到长江中下游将经历强降雨过程后,长江防总就紧张有序开始联合调度金沙江等上游梯级水库腾空库容,减少进入三峡水库的洪量,最大限度减轻中下游防洪压力。

  “金沙江梯级水库下泄的洪水,要经过6天才能出三峡水库,所以要想让三峡水库发挥防洪作用,就必须算好时间,既不能把水叠加到中下游的洪水上,又不能把水留在三峡水库中,侵占防洪库容。”陈桂亚分析。

  加之后期长江上游来水偏小,这样的罕见情况,给了长江防总大幅度减少三峡下泄的底气与信心,造就了“8000立方米每秒”的传奇。

  “水库联合调度就好比下棋,必须要有全局思维,站在全流域的视角,通盘考虑,谋兵布阵,留足余地,绝不能只是走一步看一步。”陈桂亚说。

  曲高和众  

  多年的实践与总结,长江流域联合调度取得了卓绝的成绩,尽管前路坎坷,但随着联合调度工作推向深入,人与水的关系必将不断走向和谐。 

  2012年至今,长江防总已经连续7年编制长江上游水库群年度联合调度方案。

  2015年11月,长江委组织编制完成《长江流域控制性水库群联合调度研究顶层设计》,系统提出了若干调度关键技术研究方向、联合调度方案及实施计划。

  2016年8月,水利部批复长江委防汛抗旱办公室加挂水库联合调度管理局,进一步完善了水库联合调度管理机构,翻开水库群联合调度管理的新篇章。

  2017年,中游清江、洞庭湖区7座控制性水库群纳入水库群联合调度之中,使调度范围由上游扩展至中游城陵矶控制断面以上,水库群“军团”由最初的10座增至28座。

  2018年,“水库群联合调度”这张硬牌,实力再度扩充,40座水库枕戈待旦,覆盖湖口以上长江上中游地区,防洪库容574亿立方米,成为迎战长江洪水最为直接有效的武器。

  而到2020年前,长江流域联合调度将逐步把下游控制性水工程纳入调度范围,充分发挥流域防洪、供水、发电、航运和生态等综合效益。

  尽管如此,联合调度或许依然是防汛抗旱、水资源配置中最难的部分。

  说联合调度难,不仅仅是因为调度水库蓄泄洪水,往往涉及几十万甚至上百万人民群众的生命财产安全,举足轻重;更是因为水库群联合调度既要考虑上下游、左右岸等不同区域需求,又要考虑水利、交通、电力、环保、国土等多部门和多行业的特殊性,同时还要考虑汛期、非汛期等不同时段的不同特点,涉及方方面面。

  说联合调度难,也不仅仅是因为长江流域水库群是世界上规模最大的巨型水库群,联合调度工作责任大,任务重;更是因为当前我国经济发展已进入新常态,国家实施长江经济带发展战略,流域城镇化、工业化的快速发展对水库群联合调度保障流域防洪、生态、供水、发电、航运等方面提出了新的衡量标准。

  如何把有限的水资源恰到好处地分配到流域上下各水库中,把防洪与减灾、除害与兴利有效地结合起来,实现由控制洪水向洪水管理的有益转变,是新发展理念对防洪工作提出的更高要求。

  然而前路艰难,却也是康庄大道。

  尽管还存在诸如基础研究较弱,综合调度和信息共享平台不健全,水文气象预报水平待突破等问题,但全流域各级防汛部门和水库管理单位,势必充分估计制约因素的复杂性,把握调度工作的规律性,将“联”与“合”的优势发挥到极致。

  在这一次次的博弈过程中,人类追求水安全的手段越来越科学合理,人与水的关系走向更加理性,人与自然相处更加和谐。

  

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来源:中国水利网报 编辑:李楠