三峽大壩右壩肩與秭歸新縣城 攝影/王廣浩

為什么需要聯(lián)合調度

一座獨立的水庫運行，無論是防洪、用水，還是發(fā)電，只要在控制風險的前提下，必定要獲取最大的效益。但當一座水庫的運行對上下游的水庫產(chǎn)生影響時，這就要考慮怎樣獲取整體的最大效益。而且，隨著我國人口的增長和經(jīng)濟社會發(fā)展以及城市化、工業(yè)化進程的加快，對水的需求進一步提高，水的供需矛盾和水環(huán)境問題愈發(fā)突出，水庫由于具有調蓄功能，因此在水資源的優(yōu)化配置中發(fā)揮著重要的作用。

隨著水資源的不斷開發(fā)利用，往往在一條河流上或一個流域內建成一批水庫，形成了一個水庫群，如黃河上游、長江上游和清江梯級水庫群等。從保障流域可持續(xù)發(fā)展和維護河流健康出發(fā)，需要建立興利、減災與生態(tài)協(xié)調統(tǒng)一的水庫綜合調度運用方式，這些水庫調度運用要納入到全流域的統(tǒng)一調配，從而實現(xiàn)流域水資源的優(yōu)化配置。原有的單庫分散調度的方式在進行防洪和興利調度的同時，沒有考慮其對水庫群以及整個流域的影響，不利于流域內水利綜合效益的發(fā)揮。水庫群的形成，改變了原來單庫或少庫的水力條件，各水庫之間存在相互影響，這就需要站在全流域的高度，采取聯(lián)合調度的方式，開展水庫群優(yōu)化調度，讓它們在保證安全的基礎上發(fā)揮最大的“群體”效益。

什么是聯(lián)合調度

水庫群的聯(lián)合調度是指對流域內一群相互間具有水文、水力、水利聯(lián)系的水庫以及相關工程設施進行統(tǒng)一的協(xié)調調度，使流域內水利效益最大化。如何調控水庫群，不僅關系到各種效益的發(fā)揮，還關系到水庫大壩的安全，怎樣調度才是既安全又有效的？水庫群的聯(lián)合調度通常采取系統(tǒng)工程的處理方式，采取系統(tǒng)工程的理論與方法，開展水庫群優(yōu)化調度。在實踐中，根據(jù)不同的調度目標，可分為防洪聯(lián)合調度、興利聯(lián)合調度、生態(tài)聯(lián)合調度、應急聯(lián)合調度等。

怎樣進行聯(lián)合調度

水庫調度首先需要確保水庫大壩安全并承擔水庫上、下游防洪任務。因此，水庫群的防洪聯(lián)合調度是首要任務。現(xiàn)在，水文氣象預報精度的提高、系統(tǒng)決策科學理論的日益完善和計算機軟硬件技術的快速發(fā)展，使得水庫群間的聯(lián)合優(yōu)化調度變得越來越“智慧”。通過超級計算機的運算，我們已經(jīng)能夠比較準確地進行某一區(qū)域中短期的天氣預報，結合調度模型對各水庫的運行進行統(tǒng)一協(xié)調、統(tǒng)一安排。通過采取蓄洪滯洪、削峰錯峰等措施，減少水庫最大泄量，達到保證各水庫和區(qū)間防洪安全的目的，充分發(fā)揮水庫群的防洪效益。例如，2010年7月長江上游干流發(fā)生了1987年以來的最大洪峰流量7萬立方米/秒，超過了1998年，但是洪災嚴重程度與損失卻小于1998年時的情況，這主要歸功于以三峽水庫為龍頭的水庫群的防洪聯(lián)合調度發(fā)揮了巨大的作用。此次洪水，僅三峽水庫攔蓄洪水就達到了70億立方米，有效地減輕了長江中下游的防洪壓力，再加上堤防、水閘、泵站、分洪區(qū)等配套防洪工程，有效保障了長江中下游的防洪安全。在我國的清江流域，研究人員針對清江梯級水庫群，在不降低水庫及梯級原有的防洪標準前提下，建立聯(lián)合調度模型，有效地利用了上游水布埡水庫的防洪庫容分擔隔河巖水庫部分防洪任務，還顯著提高了梯級水庫的發(fā)電量。

上：三峽電廠工作人員在左岸電站中控室工作 攝影/王廣浩

下：三峽電廠左岸電站中控室 攝影/王廣浩

水庫群作為一個系統(tǒng)、一個整體，其效益不再是各水庫效益的簡單相加，而應大于各水庫效益之和。水庫群的聯(lián)合調度利用各水庫在水文徑流特性和水庫調節(jié)能力等方面的差別，通過統(tǒng)一調度，在水力、水量等方面取長補短，提高流域水資源的社會、經(jīng)濟與環(huán)境效益。比如，在黃河干流上，現(xiàn)已建有龍羊峽、劉家峽、萬家寨、三門峽和小浪底等水庫，近年來，通過水庫群的聯(lián)合調度運用，進行調水調沙、水量調度、防洪防凌調度、興利調度等，對優(yōu)化配置水資源，保護生態(tài)環(huán)境，維護河流健康，促進社會經(jīng)濟的健康發(fā)展等都發(fā)揮了重要作用，社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益顯著。

當然，根據(jù)調度目標不同，水庫群的調度方式和調度基本原則也不相同。比如，當對水庫群進行灌溉及供水調度時，以總棄水量最小擬定各個水庫的蓄水和放水次序，梯級水庫上游水庫應先蓄水后供水，庫群中如有調節(jié)能力高、汛期結束較早的水庫應先蓄水，在供水期按總供水要求進行補償調節(jié)。此外，利用水庫大壩進行流域或區(qū)域生態(tài)調節(jié)或補償?shù)纳鷳B(tài)聯(lián)合調度（比如前面提到的萬家寨、三門峽、小浪底水庫之間的調水調沙調度）以及應對緊急事件的應急聯(lián)合調度（比如發(fā)生地震時，震區(qū)水庫要盡快降低水庫水位）等都需要根據(jù)實際情況科學地進行水庫群的聯(lián)合調度，從而滿足不同的優(yōu)化調度目標。

如前所述，水庫群的聯(lián)合調度是流域水資源優(yōu)化配置的重要組成部分。從更大范圍內來看，還可以對跨流域的水資源進行優(yōu)化調度。我國的南水北調工程就是基于跨流域的水資源調度而修建的。我國南澇北旱，南水北調工程通過跨流域的水資源調度，大大緩解我國北方水資源嚴重短缺的問題。南水北調總體規(guī)劃包括東線、中線和西線三條調水線路。通過三條調水線路與長江、黃河、淮河和海河四大江河的聯(lián)系，構成以“四橫三縱”為主體的總體布局，以利于實現(xiàn)我國水資源南北調配、東西互濟的合理配置格局。

考慮到水文、氣象等各種因素的隨機性以及不少水庫需滿足多種目標，水庫群聯(lián)合調度決策實際上是一個非常復雜的過程。隨著水文氣象預報和計算機應用技術的不斷進步，將會產(chǎn)生一些適用于水庫群聯(lián)合調度的新理論和新技術，水庫群的聯(lián)合調度研究及應用仍有很長的路要走。