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综合调度关键技术为长江水库群防洪兴利保驾护航
2018-05-22 08:40:32 来源: 科技日报
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  长江流域已形成世界规模最大巨型水库群,其防洪兴利综合调度,事关防洪、能源、供水、生态及航运多方面效益的发挥,战略地位十分突出。然而,受全球气候变化影响,极端水文事件频发,加上水利工程运行影响,流域水文情势发生显著变化,带来了一系列国际学术前沿难题,流域水库群综合调度已成为一项世界性难题。

  水利部长江水利委员会承担的“长江水库群防洪兴利综合调度关键技术研究及应用”项目研究对象为长江流域以三峡工程为核心的26座控制性水库组成的水库群,依托20多项国家科技支撑计划和重大工程科研课题,坚持产学研用相结合,经十余年系统研究、技术攻关和应用实践,创建了一整套防洪兴利综合调度的先进理论与方法体系,攻克了洪水时空演变与预报、水库群防洪、水资源高效利用和调度平台集成等关键技术难题,实现重大突破。

  该项目成果已获2017年度湖北省科技进步特等奖。

  突破关键技术创新成果斐然

  建立了复杂河网洪水情势分析新理论与实时洪水预报技术,解决了长江洪水时空演变模拟复杂和实时调度预报精度偏低、预见期短的技术难题。

  项目提出了洪水情势的多变量联合分析理论和方法,揭示了长江上游干支流间的洪水遭遇规律。推求了水库群条件下长江上游干支流主要控制站点的洪水过程,定量揭示了水库群对流域防洪情势的影响。创建了面向河道型水库库区水面线预报方法,解决了库区沿程水动力过程精确描述、水面线模拟和预报难题;发展了气象水文耦合预报及误差校正理论等,有效解决了实时洪水预报难题。

  创建了长江水库群长距离、大范围、多区域联合防洪调度技术,解决了长江整体防洪与区域防洪耦合的建模难题。

  长江防洪保护对象众多且防洪标准不一,项目建立了长江上游区域防洪与流域整体防洪耦合补偿调度模型,并提出了大系统分解协调—离散微分动态规划混合优化高效降维求解算法;为兼顾城陵矶附近地区防洪需求,建立了适应多重防洪需求的三峡水库库容分配及多目标防洪补偿调度模型,拓展了三峡工程的防洪效益。在确保区域防洪目标实现的同时,显著提高长江中下游的防洪能力。

  攻克了水库群汛期运行水位动态控制和梯级水库蓄水时序难题,提出了洪水资源安全高效利用技术方案。

  针对水库洪水资源利用效率不高的问题,项目提出了水库面临时段风险可控的运行水位动态控制域推求方法,创建了基于预报预泄的汛期运行水位动态控制技术,在确保防洪安全的前提下,拦蓄一部分洪水资源,使水库群洪水资源利用效率大幅提高。针对汛末集中蓄水可能带来的用水矛盾,项目创建了基于预报预蓄的水库群自适应动态蓄水调度和风险控制方法,提出并动态优化蓄水时机、次序、分阶段蓄水水位等关键控制指标,实现了长江水库群蓄水科学有序,有效提高了蓄满率。

  研发了长江水库群防洪兴利综合调度系统,解决了一体化调度系统集成开发中系统规模和时空尺度庞大、硬件体系结构和软件逻辑复杂的技术难题,实现流域水资源安全高效利用。

  系统以长江防总办为核心,宽带接入三峡、金沙江以及各支流集控中心,并采用去中心化的分布式架构部署,实现跨地域、跨网络环境的多源异构水文信息数据交换共享。在信息共享基础上,集成了27个长江流域预报调度体系(9200余个遥测报汛站点、341个预报节点、695套预报方案、35个调度节点、100余套调度方案),长江流域180万平方公里全覆盖。该系统实现了国家防总、长江防总、省市防指与干支流控制性水库间远程异地协同会商和决策,在2016年、2017年长江大洪水中发挥了巨大作用。

  示范推广应用社会效益显著

  该项目攻克了水库调度理论障碍和技术难题,形成了水库群综合调度成套技术标准,成果的系统性、创新性和实用性突出,奠定了我国水库群调度技术世界领先地位。

  项目获国家发明专利41项、软件著作权27项,编写国家及行业标准13部,出版专著22部,发表论文1241篇,其中SCI收录论文180篇、EI收录论文401篇。使洪水预报预见期由1—3天延长至3—7天,短期洪水预报准确率提高至90%以上,水库群联合防洪调度显著提升长江中下游防洪能力,如遇1954年大洪水,荆江地区不分洪,可减少中下游地区分蓄洪量65亿立方米;洪水资源利用率大幅提高至90%以上。

  2012年起,在国家防总、水利部指导下,该项目率先在我国实现大流域层面的水库群联合调度,成为推动我国大江大河水库群防洪兴利综合调度工作的典范。

  如今,该项目成果已在国家防总、长江防总、长江电力、国电公司等20余家单位推广应用,长江中下游特别是宜昌至螺山江段沿江两岸的防洪能力进一步提高,航运条件明显改善,中下游供水保障能力显著提升,水生态与水环境得到改善,提高了长江经济带建设和绿色发展的水利保障能力,社会效益十分显著。

  该项目负责人介绍,在防洪方面,遭遇一般洪水时,该项目的技术可控制荆江等主要江段不超警戒水位;遇较大洪水时,主要江段水位可控制在保证水位以下并缩短超警戒水位时间,减少上堤查险人数和时间,降低堤防高水位长时间运行风险。2016年长江发生中下游型区域性大洪水, 2017年长江发生了中游型大洪水,通过实施水库群联合拦洪、削峰、错峰及补偿调度,分别降低了城陵矶附近地区洪峰水位1米、1.5米,确保了莲花塘站水位不超分洪水位,分别消除城陵矶附近地区30亿、42亿立方米左右的超额洪量,两年都避免了50多万亩耕地被淹、38万多人转移。

  在航运方面,应用该项目技术后,汛期大幅削减洪峰流量,船舶安全性明显提高;枯水期增加航运水深0.5—1.0米,改善航运条件,增加航运效益。2013—2017年仅重庆至宜昌江段航运成本就降低78亿元。长江通航量世界最大,有效保障了长江经济带黄金水道航运安全。

  在供水方面,项目使水库群连续多年累计向下游补水2000亿立方米,有效保障了中下游供水安全。

  在节能减排方面,水库群近三年增加发电量379亿千瓦时,相当于节约标准煤1429万吨,减少温室气体排放3767万吨。自2011年开始实施生态调度,四大家鱼自然繁殖规模显著增加,生态环境效益显著。

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【纠错】 责任编辑: 刘佳
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