长江流域水工程联合调度实践与思考

胡 向 阳

(长江水利委员会 水旱灾害防御局，湖北 武汉 430010)

0 引 言

长江流域经过70余年的治理与保护，已建成较为完备的水工程体系[1]。长江流域水工程涵盖控制性水库、蓄滞洪区、排涝泵站、引调水工程等，对于兴水利除水患发挥着重要的不可替代的作用。多年实践表明，长江流域控制性水工程整体效益明显提升，防洪、供水、生态、发电、航运等综合效益显著，为长江经济带高质量发展提供了有力保障[2]。当前长江流域正处在城镇化的高峰期，怎样调度运用好流域水工程，让其发挥巨大的综合效益并持续提供坚实水利支撑是一个需要不断思考的问题[3]。随着人民群众对水旱灾害防御的安全性及良好水资源水生态水环境需求的日益增长[4]，以及新时代治水思路和长江经济带发展战略对保障防洪安全、供水安全和生态安全提出的更高要求，迫切需要从以往调度经验中进一步汲取智慧，进一步优化与完善流域控制性水工程联合调度工作。基于此，本文系统梳理了长江流域水工程联合调度历程以及取得的实践成效，在此基础上剖析新发展阶段水工程联合调度面临的一些新挑战并提出对策措施，旨在为流域水工程联合调度管理提供借鉴。

1 长江流域水工程联合调度实践

早在三峡水库蓄水初期，水利部和长江水利委员会(以下简称“长江委”)就开始谋划长江流域水库群联合调度工作。2007年启动以三峡水库为核心的长江上游水库群联合调度技术研究，2009年开始逐步将研究成果用于控制性水库群调度实践。同时积极申请水利公益行业科研课题和国家重点研发计划水资源高效开发利用重点专项项目，聚焦水库群防洪、供水、生态、发电、应急等多目标综合调度关键技术研究；采取与水工程运行管理单位联合攻关的方式，联合开展长江流域控制性水工程联合调度关键技术及重要区域联合调度方案等研究。十多年来，通过在水工程联合调度的基础研究、能力提升、信息化建设、体制机制、调度实践等方面持续深化完善，联合调度对象从单一水库逐步向包含水库、排涝泵站、蓄滞洪区、引调水工程等多工程联合转变，调度范围从上游控制性水库群向流域干支流水工程群转变，时间跨度从汛期调度向全年(汛前消落、汛后蓄水、全年供水调度)全过程调度转变，调度目标从单一防洪调度向防洪、供水、生态、发电、航运、应急等多目标综合调度转变。

1.1 联合调度范围不断扩展

2012年，长江流域首个水库群联合调度方案获得批复，标志着流域联合调度从无到有迈出历史性一步。2012年首次纳入联合调度的水工程是长江上游10座控制性水库，2014年联合调度的长江上游水库群扩大到21座水库；2017年将中游清江和洞庭湖水系的7座控制性水库纳入联合调度范围，2018年将汉江和鄱阳湖水系的12座水库纳入，至此纳入联合调度的控制性水库达到40座。2019年将10座大型排涝泵站、4项引调水工程、46个蓄滞洪区纳入联合调度，联合调度的控制性水工程达100座。2020年将金沙江乌东德水库纳入联合调度。2021年将金沙江白鹤滩、雅砻江两河口、澧水江坪河及大渡河猴子岩、大岗山、长河坝纳入联合调度范围，总调节库容达1 036亿m3，总防洪库容达695亿m3。当前基本形成了以三峡水库为核心、金沙江下游梯级水库为骨干，金沙江中游群、雅砻江群、岷江群、嘉陵江群、乌江群、清江群、洞庭湖“四水”群和鄱阳湖“五河”群等8个水库群组相配合的涵盖长江湖口以上的流域控制性水库群和排涝泵站、蓄滞洪区、引调水工程的水工程联合调度体系。

1.2 联合调度方案预案不断完善

为了规范水工程联合调度工作，在持续深化联合调度研究的基础上，不断优化完善水工程联合调度方案。2012年以来，逐年修订年度长江流域水工程联合调度方案(计划)并报水利部审批后实施。联合调度方案明确了联合调度原则与目标，拟定各控制性水库的调度方案，明确调度权限，不断细化汛期防洪、汛末蓄水、枯期补水、汛前消落等调度和应急调度的内容。同时，组织编制的《长江防御洪水方案》获国务院批复、《汉江洪水与水量调度方案》获国家防总批复，编制并印发了《滁河洪水调度方案》《水阳江洪水调度方案》《乌江洪水调度方案》《嘉陵江洪水调度方案》等，修订了三峡枢纽调度规程、丹江口水库优化调度方案，编制了长江和嘉陵江、乌江、汉江、水阳江、滁河跨省支流超标准洪水防御预案。以防御洪水方案、洪水调度方案为指导，流域水工程联合调度方案(计划)与三峡枢纽等一系列控制性水库调度规程相互融合、相互支撑，形成了较为完整的长江流域水工程联合调度方案预案体系，可操作性日益增强，有力地指导了调度管理实践。

1.3 联合调度智能化水平不断提高

从2014年开始，长江委组织有关部门和单位共同推进联合调度信息共享平台建设，纳入联合调度的控制性水库已实现主要信息共享。当前，长江防洪预报调度系统纳入水雨情信息站点近30 000个、预报节点341个、预报方案695套、调度方案100余套，实现了监测预报调度会商一体化，在水工程调度中发挥了重要作用。2018年《长江流域控制性水利工程综合调度支持系统总体方案》获得水利部批复，该系统建成后将提供全流域监视与评价、流域水模拟、防洪调度、水量调度、泥沙调度、生态水量调度、水生态调度、应急调度、综合调度会商等应用功能，增强在信息共享、集成应用、业务协同等方面的能力，全面提升流域水资源管理能力及水利工程综合调度管理智能化科学化水平。当前该系统建设已全面展开，部分建设成果已于2021年投入使用。后续将以长江流域水利工程综合调度系统为依托，持续推进监测预报和水工程调度能力建设，不断提升水工程联合调度信息化智能化水平。

1.4 水工程联合协作机制逐步形成

经过多年的探索和实践，逐步构建了“政府主导、部门联动、企业参与”的流域水工程联合调度协作机制，体现为：① 强化了水工程联合调度工作在流域治理与保护中的地位和作用，流域内相关地区、部门和单位对水工程联合调度工作重要性认识日益提高，对相关工作的支持力度也不断增强；② 搭建了水利部、长江委、地方政府、有关部门、水工程管理单位之间协作交流平台，每年召开近100个部门和单位参加的水工程联合调度工作座谈会，总结联合调度工作成效和不足，共同协商改进措施；③ 夯实了水工程联合调度基础保障，并通过加强政企合作，聚焦防洪、供水、生态、发电、应急等多目标综合调度需求，推进“补短板、固基础、强弱项”，实现共同攻关、协作共赢；④ 开展了水工程联合调度管理制度探索，在总结多年调度实践的基础上，初步编制了《长江流域控制性水工程联合调度管理办法》，经水利部同意已列入2021年部门规章编制计划。

2 长江流域水工程联合调度成效

2.1 流域防洪减灾

通过流域水工程科学精细化调度，成功应对了2010年和2012年上游型区域性较大洪水、2016年中下游型区域性较大洪水、2017年中游型区域性较大洪水、2020年全流域性大洪水，切实保障了流域人民群众生命财产安全，极大减轻了洪涝灾害损失。以2020年仅次于1954年和1998年的流域性大洪水为例，5次编号洪水通过上中游控制性水库群联合调度，分别降低岷江、嘉陵江、长江干流川渝河段洪峰水位1.4～3.3 m，减少洪水淹没面积约224 km2，减少受灾人口约70万人；将长江中下游干流水位控制在分洪运用水位以下，未启用荆江分洪区直接避免了区内60余万人转移和3.29万hm2(49.3万亩)耕地、0.67万hm2(10万亩)水产养殖田(塘)被淹没；未启用城陵矶附近蓄滞洪区直接减少了2.67万hm2(40万亩)耕地被淹和20余万人转移。流域水库群作为长江防洪体系的重要组成部分，发挥了巨大的防洪减灾效益，显著提升了长江中下游防洪保障能力。

2.2 流域水资源利用

长江流域基本建成以大中型骨干水库、引水、提水、调水工程为主体的水资源配置体系，其中已建成大、中、小型水库约5.2万座，总库容4 141亿m3，城乡供水安全保障能力不断提升，基本实现流域主要跨省江河水量分配全覆盖，同时逐步形成中国南北调配、东西互济的水资源配置大水网。2009年以来三峡水库在枯水季节为中下游补水累计约2 700亿m3，2018～2019年供水期三峡水库累计向长江中下游补水量约230亿m3，补水时间达到125 d；丹江口水库自2014年以来累计向北方供水约390亿m3，为经济社会发展提供了有力的供水保障。

2.3 改善流域生态

长江委协调流域相关单位，积极推进“三峡库区产粘沉性卵鱼类自然繁殖的生态调度需求及调度方式研究”“基于鱼类早期存活需求的三峡水库生境修复技术及调度策略研究”“金沙江下游典型水生生物图谱库构建”等基础研究，并在此基础上，积极开展生态调度尝试，在厘清相关机理的同时也促进了鱼类的自然繁殖。从2011年开始连续12 a实施17次(截至2022年6月8日)三峡水库产漂流性卵鱼类生态调度试验，2020年以来开展6次三峡水库产粘沉性卵鱼类生态调度试验，还开展了金沙江下游、汉江中下游等生态调度试验。2017年开始(除2020年受疫情影响未开展外)，开展了5 a金沙江梯级下游分层取水调度试验，减缓枢纽下泄低温水对下游生态环境的影响，促进长江水生态环境保护修复。

2.4 清洁能源供给保障

长江流域已建、在建水电站(单站装机容量0.5 MW以上，不含抽水蓄能电站)约1万座，总装机容量23.7万MW，年发电量8 700亿kW·h，发电量约占流域技术可开发量的67%。在确保防洪安全的前提下，长江委科学调度水库群充分利用洪水资源激发电站潜能，增发电量效益显著，水库群提供的清洁能源已成为推动长江经济带发展的巨大“绿色引擎”。2009～2021年底，仅流域控制性水库群已累计增发电量达1 454亿kW·h，相当于节约标准煤约4 650万t，减少二氧化碳约1.25亿t，支撑约1.9万亿元的GDP。

2.5 长江黄金水道通航效能

梯级水库的渠化作用明显，长江水系航道通航里程已达6.48万km，通过调度梯级水库汛期联合拦洪削峰错峰及蓄丰补枯运行，长江航运条件得到显著改善，通航保证率显著提高，2021年长江干线港口累计完成货物吞吐量35.3亿t，长江黄金水道通航功能进一步发挥。三峡船闸连续19 a安全、高效运行，分别于2013年较设计提前17 a突破了单向5 000万t设计通行能力，2014年提前16 a实现双向1亿t的通行目标；2014～2021年三峡船闸过闸货运量连续8 a突破亿吨，有力促进了长江航运的快速发展和沿江经济的协同发展。

2.6 流域涉水重大灾害应急处置

2015年紧急调度三峡水库大幅减小出库流量，为“东方之星”号沉船救援创造条件。2018年和2019年初，为应对寒潮引发的低温雨雪天气和长江口咸潮入侵等不利影响，应急调度三峡水库日均下泄流量加大至10 000 m3/s，有效保障了电力供应和长江口地区供水安全。2018年金沙江白格连续发生两次堰塞湖险情，联合调度金沙江中游水库腾库13亿m3，将“11·3”堰塞湖溃坝洪水消纳在金沙江中游，有效保障了堰塞湖下游沿岸和梯级水库运行安全。近年来实施汉江水工程联合调度，有效扼制了汉江中下游水华发生和发展，2021年1月中下旬，联合调度兴隆枢纽、引江济汉工程、丹江口水库和其他水工程，及时抑制了沙洋及以下水华暴发，保障了40万人供水安全。

3 新阶段水工程联合调度面临的新挑战

新发展阶段全国将形成统一大市场和畅通的国内大循环的新格局，新格局需要更强有力的水资源支撑，对提高水资源利用率、利用效率和流域水工程调度提出了新的更高要求。国民经济和社会发展“十四五”规划和2035年远景目标纲要明确提出“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”，李国英部长在2022年全国水旱灾害防御工作视频会议上要求“强化预报、预警、预演、预案‘四预’措施，贯通雨情、水情、险情、灾情‘四情’防御”“精准调度运用各类水工程，充分发挥流域水工程体系综合减灾功能”等均强调了加强水工程联合调度的重要性和迫切性。当前水工程联合调度范围仍在持续扩大，联合调度的广度和深度在不断延伸，新时代水工程联合调度面临需求不断增多和调度协调越来越困难等挑战。

3.1 水工程联合调度体制机制尚不完善

水工程联合调度涉及多行业、多部门和多利益主体，影响范围覆盖多区域，流域机构要统筹流域和区域、发展与安全等的关系，协调上下游、干支流、左右岸的矛盾，需要加快建立健全水工程联合调度体制机制。虽然近年来的不断探索取得了一定成效，但水工程联合调度管理体制机制仍缺乏有机的顶层设计，国家对水工程联合调度的立法规制尚处于起步阶段；信息共享机制仍不健全，联合调度部分信息共享不及时，泵站、闸坝、蓄滞洪区、洲滩民垸等信息尚处于临时性、碎片化；不同区域、不同行业、不同利益主体的横向利益补偿机制未建立，这些短板在很大程度上影响了调度决策效率，制约了整体效益的发挥。

3.2 水文监测预报体系仍需加强

全球气候变化和极端天气频繁，人类活动日益加剧，气象水文预报难度越来越大，主要体现在：水文监测站网仍需补充优化，监测预报方案亟待完善等；受上游工程调度影响下游重点区域和重要断面预报精度不足，局部地区仍存在预报盲点；信息共享范围和信息报送时效性还需提升；越来越多元化的实时调度需求对预报精度和预见期均提出了更高要求，监测预报技术手段和科技水平需要持续提升。

3.3 部分水工程仍不能满足实际调度运用需求

当前中下游蓄滞洪区布局调整和建设进度滞后，难以达到适时适量分洪运用要求。中下游干流和两湖地区995个洲滩民垸容积约333.1亿m3，但防洪治理与保护措施缺失，遇一般洪水还有550万人口防洪安全得不到保障，遇大洪水时没有妥善的解决方案进行蓄滞洪区、洲滩民垸人员转移与安置，致使行蓄洪运用困难。长江中下游直接排入长江干流及通江水体的排涝泵站近1 640座、设计排水能力约23 800 m3/s，长江干流高洪水位时排涝运行可抬高城陵矶(莲花塘)、汉口、湖口等干流主要控制站水位0.5～1.0 m，直接影响对防洪形势的判断和调度决策，而当前其运用信息尚未实时报送流域机构，距离纳入实际统一调度还有差距。

3.4 联合调度技术及信息化智能化支撑能力仍显不足

当前部分水工程联合调度方式还较为原则，如重要支流梯级水库联合调度方式还存在较大优化空间，洲滩民垸分类管理和运用方案缺乏研究，蓄滞洪区运用时序有待完善，排涝泵站统一调度机制尚未建立，水生态调度需求亟待量化，这些问题既制约了水工程整体效益的发挥，也阻碍了信息化智能化发展。由于调度方式还较为原则和缺乏量化指标，现阶段水工程调度专家经验判断还占据重要地位，随着联合调度范围扩大、多目标综合调度深入，当前算据、算力、算法越来越难以满足多目标联合调度快速、精准要求，水工程联合调度智能化软硬件水平亟待提高。

4 对策及措施

深入贯彻落实习近平总书记在推动南水北调后续工程高质量发展座谈会上讲话精神，遵循“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，坚持问题导向、创新引领，统筹开源与节流、存量与增量、时间与空间，进一步强化长江流域控制性水工程联合调度，切实保障流域防洪安全、供水安全、生态安全，推动水工程综合效益最大化。

4.1 不断完善水工程联合调度体制机制

进一步完善信息共享机制，统筹推进各地区、各部门和各单位水情、工情与调度等信息共享，加强水文气象联合会商研判。健全流域统筹协调调度机制，推动《长江流域控制性水工程联合调度管理办法》尽快颁布实施，进一步厘清并明晰水工程联合调度管理权责[5]，健全“流域统筹、区域协同、部门协作”的调度管理机制，推动水工程联合调度步入法制化轨道，实现水工程联合调度依法依规。

4.2 不断强化“四预”措施

补充优化汉江流域及中小河流气象水文监测站网布局，完善水文气象监测预报方案，建立水文气象定期联合会商机制，提升短中长期预报精度；健全水旱灾害预警响应联动机制。强化调度模拟预演，充分运用数字孪生流域长江试点建设成果、仿真模拟、人工智能等手段，构建“2+N”长江流域智慧应用服务，开展预报调度一体化模拟预演，编制调度运用方案预案，提高调度决策支撑能力。

4.3 稳步扩大水工程联合调度范围

长江流域已建成大型水库302座，总调节库容1 573亿m3，防洪库容816亿m3。2021年纳入联合调度的47座水库总调节库容1 036亿m3，总防洪库容695亿m3，10座排涝泵站设计流量1 562 m3/s，与已建成控制性水工程规模相比还有较大差距。按照循序渐进的原则，逐步将青弋江陈村水库、沮漳河漳河水库、富水干流富水水库、皖河水系花凉亭水库及巢湖水系龙河口水库等调节库容较大且具有防洪功能的控制性水库、长江中下游大型排涝闸站、洲滩民垸等尽快纳入联合调度范围，推动流域控制性水工程联合调度全覆盖。

4.4 大力提升水工程联合调度智能化水平

共同推进水工程联合调度能力提升，通过中央引导、部门协作、政企合作、产学研结合等多模式合作、多渠道筹资，持续深化水工程调度基础研究。整合现有信息化业务系统资源，推进大数据、云计算、互联网、三维可视化技术与水利业务深度融合，强化机器学习、知识图谱等技术的应用和系统集成，增强在信息共享、集成应用、业务协同等方面的能力。加快数字孪生流域建设，不断优化水工程调度方案，推动创新成果转化，提高水工程调度智能化决策水平，创新驱动水工程整体效益不断提升。

5 结 语

长江流域水工程联合调度是一项庞大的、复杂的系统工程，本文在系统梳理长江流域水工程联合调度实践历程、调度成效的基础上，坚持问题导向、创新引领，剖析新发展阶段水工程联合调度面临的一些新挑战，从体制机制、“四预”措施、基础能力、智能决策等多方面提出对策，为流域水工程联合调度管理提供有益借鉴，并为切实保障流域防洪安全、供水安全、生态安全进一步发挥水工程综合效益提供应对措施。