关键词：长江中上游水库群；联合调度；三峡水库；本底调查
1长江中上游控制性水库群联合调度
1.1长江水电资源开发的重要意义
1.1.1长江流量丰富，水流落差大，水能资源丰富。根据近期普查成果，全流域水能资源理论蕴藏量平均功率27781亿kW，年发电量24336亿kWh，约占全国总量的40%，长江流域水能资源的89.4%集中在上游地区[1]。水电作为可再生能源，开发水能资源对我国能源发展战略具有重要的意义。
1.1.2长江流域已建成一批以三峡水库为核心的控制性水利水电工程，在流域防洪、生态保护、供水、发电、航运等方面发挥了巨大作用。目前，长江中上游主要干支流的大型水库已建23座，在建17座，拟建63座，主要控制性水库如表1所示，它们之间以串联、并联或混联的方式相互联系，各河段、各水库间水力联系紧密[2]。
表1 长江中上游控制性水库建设情况
1.2纳入联合调度范围的水库群
1.2.1长江宜昌以上为上游，集水面积约100万km2。随着三峡、溪洛渡、向家坝等控制性水库相继建设并投入运行，长江流域上中游干支流控制性工程布局正逐步形成。为最大限度发挥水库群的整体效益，协调防洪、发电、供水、灌溉、航运和水生态环境保护，避免单库调度可能出现的上下游水库蓄泄矛盾，对长江中上游控制性水库群实施联合调度。
1.2.2综合考虑上游水库的建设规模、防洪能力、调节库容、控制作用、建设进度等因素，国家防总正式批复的《2017年度长江上中游水库群联合调度方案》，联合调度范围由上游扩展至中游城陵矶控制断面以上，控制性水库有28座，总库容达1295亿m³。纳入2017年度联合调度范围内的水库有：金沙江梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩、溪洛渡、向家坝、雅砻江锦屏一级、二滩、岷江紫坪铺、瀑布沟、嘉陵江碧口、宝珠寺、亭子口、草街、乌江构皮滩、思林、沙沱、彭水、长江干流三峡、清江水布垭、隔河岩水库和洞庭湖水系资水柘溪，沅江凤滩、五强溪，澧水江垭、皂市水库等。
2长江中上游水库群调度运行方式
水库调度首先需要确保水库大坝安全并承担水库上、下游防洪任务。在此基础上，水库群的联合调度是对流域内一群相互间具有水文、水力、水利联系的水库以及相关工程设施进行统一的协调调度，利用各水库在水文径流特性和水库调节能力等方面的差别，使流域内水利效益最大化。
2.1不同调度运行方式
水库调度从不同的角度有不同的划分标准。按照调度期可划分为汛期调度、枯水期调度、消落调度和蓄水期调度；按照调度目标分为防洪、发电、供水、航运、灌溉和生态调度[3]。长江中上游控制性水库群联合调度主要考虑防洪联合调度、兴利联合调度、生态联合调度等。
2.1.1防洪联合调度
联合调度首要任务是防洪，遵循“兴利服从于防洪”的原则。防洪调度时，首先确保各枢纽工程自身安全；对兼有所在河流防洪和分担长江中下游防洪任务的水库，应协调好所在河流防洪与长江中下游防洪的关系，在满足所有河流防洪要求的前提条件下，根据需要分担长江中下游防洪任务。三峡水库应保证荆江河段防洪设计标准；三峡上游水库通过蓄洪滞洪、削峰错峰等措施，配合三峡水库防洪调度，减少水库最大泄量，达到保证各水库和区间防洪安全的目的。
2.1.2兴利联合调度
(1)发电联合调度。在保证流域防洪安全的前提下，水库还需要满足发电需求。发电调度遵循汛期水位控制在汛限水位，汛后水位回蓄至正常蓄水位的原则。在汛期，统筹上下游水库群之间蓄放水次序，可减少水库大量弃水造成电能损失；在枯水期，采用耗能最小的方式进行联合调度，满足梯级水库群在运行过程中总水头最大化。
(2)灌溉或供水联合调度。水库群联合灌溉或供水调度是根据流域生活、生产、生态等用水需求，通过控制水库运行过程调整水资源的时空分布，增加枯水期和缺水期的供水流量，缓解流域水资源供需矛盾。
（3）航运联合调度。长江流域水库群的兴建，阻断了天然航道，对长江航运有着重大影响。为了满足下游航运正常运行，上游控制性水库群联合调度，在枯水期增加下泄流量，改善航运条件。
2.1.3生态联合调度
在满足水库及下游防洪安全的前提下，水库调度既要考虑水(电)资源合理充分利用，又要维护流域生态环境健康的要求，达到社会经济效益和生态效益总体最优为目标。将生态环境因素增加到水库调度方式中，创造适合水生动植物生存和自然环境恢复的水文条件，尽量保留自然流态，可保护长江流域生态环境。
2.2水库联合调度不同运行水位
2.2.1三峡水利枢纽位于湖北省宜昌市三斗坪镇，是长江中上游控制性水库联合调度的核心工程。三峡工程正常蓄水水位为175m，相应三峡水库总库容为393亿m³；防洪限制水位为145m，在145m至175m之间防洪库容为221.5亿m³；枯水期最低消落水位为155m，相应水库兴利库容为165亿m³。
2.2.2初步设计阶段确定的水库淹没处理范围是进行水库调度运行的基础，通过三峡水库投产运行检验，水库水库达到了初设目标，调度正常，对库区的影响符合初设预期范围。但是三峡水库库区淹没涉及范围广，地形、地质条件复杂，在水库群联合调度运行过程中，对库区的影响也出现了一些新情况、新问题，需要进行科学研究。
3联合调度下不同运行水位对库区淹没及相关影响的调查
3.1淹没及相关影响敏感库段
对水库不同运行水位特别容易受到淹没及产生相关影响特别严重和特别大的库段称为敏感库段。主要特点包括：（1）水库库尾回水变动区，特别是淹没处理设计洪水回水末端附近库段；（2）库区迁建城市、县城、主要集镇，人口密集，房屋及各类专业设施多、规模大的库段；（3）两岸地形平坦、农田集中的库段；（4）库岸不稳定易于发生塌岸、滑坡等地质灾害的库段；（5）试验性蓄水或试运行以来，发生淹没及相关影响等新问题比较多、比较大的库段。
3.2淹没及相关影响敏感库段高程范围
水库不同运行水位淹没及相关影响一般在水库库周岸线上一定高程范围之内，根据工程开发目标、调度运行规程、水库特征设计水位和试验性蓄水运行中出现的新情况等因素，分析确定敏感地带高程范围。敏感地带下边沿高程线以设计土地征用线为基础，上边沿高程线根据各库段地质、地形和水文特征等因素确定。以三峡工程为例，敏感地带下边沿高程线，为汛期20%洪水回水水面线和非汛期11月份20%来水回水水面线的高程，即淹没设计土地征用线高程；上边沿高程线分四段：（1）第一段为坝址到涪陵盐汉溪库段的干支流两岸，这一库段干支流5%洪水和1%洪水位设计高程都只有177米，敏感地带上边沿高程为177米；（2）第二段从盐汉溪到嘉陵江口下库段干支流两岸，其敏感地带上边沿高程为各地点5%移民迁移线以上1～2m的高程；(3)第三段为嘉陵江口下到江津花红堡库段，该库段为非汛期库区上段，考虑到十月底坝前达175m水位时5%设计来水流量，大于现在11月份5%设计来水流量，其回水高程会比现在高程有所增高。敏感地带上边沿高程设定为现非汛期移民迁移以上1～2m高程。(4)第四段为乌江网背沱到江口库段是三峡水库乌江设计洪水翘尾巴库段，敏感地带上边沿高程设定为移民迁移线上1～2m高程。
3.3淹没及相关影响要素类别和项目
3.3.1第一类为基本地理信息，指淹没及相关影响地块本身的高程、坡度、长度、岸线类型（人工或自然）、地类、稳定状况等基本属性的基本地理信息。
3.3.2第二类为淹没影响实物要素，指淹没及相关影响地块之内的土地类别、房屋、专业设施等附着物类别、数量等地理信息和人口，一般称实物指标。
3.3.3第三类为相关影响要素，指在该地块之外，由于该地块淹没而在其相邻地域上可能产生的“次生”影响的地理信息，如，该地块高程以上库岸上的滑坡塌岸变形区上地类、地物等地理信息和影响人口。
3.4淹没及相关影响要素采集方法
3.4.1第一类信息要素采集：用遥感影像图及地形图分析并现场核查确定。
3.4.2第二类和第三类信息：用无人机遥感解译、综合监理、地灾勘测治理、地方建设成果及有关资料量算、分析等并现场复核、确定。
3.5建立淹没及相关影响要素信息库
3.5.1数据仓库将基本地理信息、淹没影响实物要素信息、相关影响要素信息等以地块为元数据单元进行面向分析整合，形成集成一致的数据中心，直接为要素信息库提供查询与分析服务。
图1数据仓库逻辑结构设计
3.5.2数据库以基础地理数据建设为基础，同时涵盖实物指标信息及与地块受淹相关的次生影响信息，服务于不同运行水位淹没及相关影响实物指标分析。数据库管理系统能集成并管理多专业专题属性信息、多区域空间等多源数据，实现多源数据集中存储、网络共享、分布式处理；同时考虑海量数据管理和性能问题，并解决空间数据与非空间数据统一管理问题。
3.5.3基于三维建模技术，对地形及影像图进行二维到三维的坐标变换、隐藏线、面消除、阴影处理、光照模型等技术处理，将得到敏感区域三维实景模型。用户可以绕X、Y、Z三轴任意旋转、缩放、改变视点位置和观察方向，透视显示实景模型，提供给用户动态水位淹没过程的仿真展示，提高对水位变化对不同区域直接淹没及相关影响的科学认知。
4结语
通过对联合调度运行条件下，各水库淹没及相关影响要素的本底调查，设计建立不同运行水位淹没及相关影响要素齐全的信息库，结合相关监测成果，分析不同运行水位下以及不同频率洪水和常遇洪水等典型水面线条件下库区淹没影响的范围、类别、实物量、程度，构建标准、精度一致的、具有可比性的分析平台，可以为不同运行水位调度方案选择提供决策参考。
参考文献：
[1]陈进,翁立达.水利部现代水利科技创新项目专题基金项目：长江上游水电开发对流域生态环境影响初探.
[2]李英海，张琪，董晓华，郭家力，林伟．长江中上游水库群汛末蓄水调度研究综述[J]．水资源研究，2016，5(5)：452-45
[3]李纯龙.长江上游大规模水库群综合运用联合优化调度研究[D].华中科技大学.2016.
论文作者:刘卫娟 杨亚辉
论文发表刊物:《科技中国》2018年3期
论文发表时间:2018/8/6
标签：水库论文; 高程论文; 长江论文; 水位论文; 控制性论文; 库区论文; 长江流域论文; 《科技中国》2018年3期论文;