水库调度与防洪度汛技术发展现状与展望

水库调度与防洪度汛技术发展现状与展望

罗布占堆

（国网西藏电力有限公司直孔发电公司西藏拉萨850000）

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，水库一直是进行防洪抗旱、调节水资源利用的水利工程，水库调度的主要任务就是拦蓄洪水、削减洪峰，合理调节防洪与兴利，切实发挥水库综合效益。在传统的人工操作模式下，水库防洪、调度任务异常艰巨，如何以信息化手段实现水库的防洪和调度的实时监控和操作，成为当今水利工作者孜孜不倦研究和实践的课题。

关键词：水库调度；防洪度汛；发展现状；展望

引言

水电站水库调度技术得到了较大发展，已形成国家电网水库调度自动化系统，为各级调度机构进行科学的水库调度发挥了积极作用。此外，水库防洪技术也得到快速发展，全国范围防洪决策系统基本建成，为防御大洪水提供调度决策依据。水库调度管理系统建设是我国水库发展的必然要求，是保证水库兴利防洪功能发挥的关键。文章针对我国水库调度管理信息化发展背景展开了分析。

1我国水库调度管理信息化发展背景

水库是我国重要的水利工程体系的重要组成部分，其承担着防洪、灌溉、发电、供水等诸多的任务。根据水库实际运行情况分析可知，水库究竟有多少水可调，水库调度管理人员是否将“水帐”算清，直接关系到水库兴利除害作用的发挥，也直接关系到区域安全、经济发展等问题。水库调度是一个多目标、多属性、多阶段的复杂决策过程，必须综合分析水库防洪与兴利的矛盾、水库上下游防洪的矛盾，及时收集流域的天气形势、掌握水库运行参数，如：闸门状态、机组状态、来水和发电用水等等，通过对大量基础数据的分析，实现对水库未来形势的精确预测，由此合理安排水库蓄泄，削减洪峰保证区域安全、拦蓄洪尾创造效益，最大限度地发挥水库运行综合效益。为了实现水库的科学调度，必须要对大量的基础数据进行计算分析，手工计算方法局限性十分大，由此自20世纪70年代开始，随着计算机网络技术的发展，水库调度管理开始朝着信息化方向发展，目前我国不少水库已经逐步开发构建了调度运行管理系统，为水库安全高效运行提供了技术支撑。国内很多水电站在前几年开展无人值班（少人值守）实践的基础上，经过多年的不懈努力和探索，远程控制运行管理不断向前推进。特别是近几年来随着水电站机电装备水平的大幅提高，自动化测控元件、网络通信技术、计算机控制技术的提高，电站的安全可靠性和自动化技术达到了一个较高水平，给水电站远程集控奠定了坚实的物质基础，同时电网网架结构日益加强，发电备用容量较多，给远程集控提供了较好的外部条件。很多发电公司相继成立了流域电站集控中心，实现了对电站的远程集中监控，建立了远程集中监控、现场值守维护的生产管理模式，是水电厂运行管理体制的又一次变革。流域电站的生产运行管理涉及到防洪、发电、航运、供水等诸多方面，建立流域电站集控中心，把机电设备计算机监控系统、水调自动化系统和大坝安全自动监测系统三大系统集中起来，构建全流域统一的技术平台，才能科学高效地协调好各方面的关系，最大限度地发挥好工程的经济效益和社会效益。同时开展远程集控可以改善运行人员的工作环境，对高海拔和边远地区的水电站具有重要意义。

2防洪度汛工作进展

2.1防洪度汛理念进展

（1）洪水资源利用的理念

为了构建人与自然和谐的发展模式，必须深刻领会洪水的利害两重性及其转换关系。随着经济社会发展和人民生活水平提高，生产、生活和生态用水需求持续增加，水资源短缺已成为我国水问题的主要矛盾，研究如何有效利用洪水资源、缓解水资源危机可以变害为利，实现双赢。经过多年的水利工程建设、水文气象预测预报水平的提高，以及防洪调度经验积累，人们对洪水的掌控能力不断增强，对洪水的认识也从被动的防御转变为在防御的同时加以适当利用。

（2）洪水管理理念

基于洪水风险的可管理性，中国洪水管理战略研究报告指出：洪水管理是人类按可持续发展的原则，以协调人与洪水的关系为目的，理性规范洪水调控行为，努力增强自适应能力，适度承受一定风险以合理利用洪水资源，并有助于改善水环境等一系列活动的总称。近年来，围绕洪水管理战略、关键策略、蓄滞洪区补偿政策、防洪抗旱技术标准体系、洪水资源综合利用、洪涝灾害损失评估与风险评价等课题开展了大量研究，并取得了丰富的成果。人们在与洪水灾害斗争的实践中，提出了由“控制洪水”向“洪水管理”转变的新的防洪理念，洪水管理的核心就是对洪水风险进行管理。

2.2预报技术进展

（1）分布式水文模型

该模型用质量、能量或动量守恒的偏微分方程来描述流域的主要水文物理过程，并采用差分形式求解，同时也采用一些实验研究得来的经验关系作为边界条件。模型考虑植物截留、蒸散发、融雪、坡面和河网汇流、土壤饱和非饱和流、地表和地下水交换等水文过程，模型参数都具有一定的物理意义，可以通过观测或从数据分析得到。为了描述流域特性、降水和水文响应的空间分布，在垂直方向采用分层表示，在水平方向则采用正交的长方形网格来表示。分布式模型从水循环过程的物理机制入手，将产汇流、蒸散发、土壤水和地下水运动等过程联立求解，并考虑水文变量的空间变异性。单从SHE模型的研制思路可以看出，要细致地刻画一个流域的空间特性，真正实现模拟水文过程在时间和空间的变化规律，即使是小流域，都需要大量的信息及强大的数据处理能力来支持，这也是SHE模型没有得到很好应用的缘由之一。进入20世纪90年代以来，随着计算机技术、地理信息系统（GIS）、数字高程模型（DEM）和遥感技术（RS）的迅速发展，为研制和建立分布式物理模型提供了强大的技术支撑，使得分布式水文模型成为水文科学研究和应用的前沿热点，出现了许多比较知名的分布式水文模型，如：MIKE-SHE、IHDM、TOPMODEL、TOPIKAPI、HEC-HMS等。

（2）洪水应急管理

近年来，我国政府已将制定突发灾害和公共事件应对措施、主动防范风险提高到维护国家安全、社会稳定和保障人民群众利益的重要位置。2006年1月份国务院发布了《国家突发公共事件总体应急预案》，水旱灾害被列为自然灾害类突发公共事件的首位。国务院首批发布的5个自然灾害类突发公共事件专项应急预案中包括了《国家防汛抗旱应急预案》。洪水应急管理的主要对象是突发性洪水灾害，如溃坝洪水、山洪及其伴生的滑坡与泥石流、风暴潮、城市暴雨洪涝、行蓄洪区分洪运用及流域型大洪水等。突发性洪水不仅本身危害严重，而且易于形成次生、衍生灾害。在水利部专项“水库溃坝风险与减灾技术研究”设立了“溃坝洪水应急管理研究”专题，提出《中国水库安全应急反应预案编制导则》，涉及应急组织体系、通讯网络系统、人员转移和安置等方面的技术要求及实施措施，水库风险等级划分方法等。

结语

未来发展趋势随着系统科学理论、方法和计算机技术的飞速发展、以及大规模梯级水库群的形成，水库优化调度研究将紧跟现代科学技术的发展，将理论研究应用到生产实际中，并在生产实践中不断完善理论成果，在更大范围内开展研究。具体讲水库调度方面发展三大趋势：一是研究新环境下，高维梯级水电站水库调度最优准则、数学模型的建立及求解方法；二是深入生产实际，了解优化调度的各种约束条件，描述各约束条件之间的关系，使理论与实际更加紧密地结合；三是电力市场下开展水电与火电、光伏及风电等多能源互补研究。

参考文献：

［1］黄小锋，纪昌明，黄海涛，等.新形势下的水库调度自动化系统建设［J］.水力发电，2010，36（1）：100-102.

［2］唐国磊，周惠成，彭勇，等.水库群预报调度系统业务层重构研究［J］.大连理工大学学报，2010，50（5）：742-748.