【南京純水設(shè)備行業(yè)新聞】2023年12月18日，水利部印發(fā)《水利部關(guān)于加強(qiáng)水庫庫容管理的指導(dǎo)意見》指出水庫庫容是水庫有效發(fā)揮防洪、供水、生態(tài)、發(fā)電等功能的重要保證，事關(guān)工程平安、防洪平安、供水平安和生態(tài)安全，要求統(tǒng)籌發(fā)展和安全，全面加強(qiáng)水庫庫容管理，確保水庫平安運(yùn)行和防洪興利效益充分發(fā)揮，為水利高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)保證。
三峽工程是國家水網(wǎng)重要結(jié)點(diǎn)及國家重要淡水資源貯藏庫，三峽庫區(qū)是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的重要組成局部、長(zhǎng)江上游的生態(tài)屏障及百萬移民的安排地，三峽水庫的平安、高效運(yùn)行和庫區(qū)的高質(zhì)量發(fā)展，對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展具有基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性意義，對(duì)國家戰(zhàn)略的實(shí)施和經(jīng)濟(jì)社會(huì)臨時(shí)發(fā)展至關(guān)重要。全面建成三峽工程是萬里長(zhǎng)征第一步，深入優(yōu)化其管理和運(yùn)行是更長(zhǎng)遠(yuǎn)、艱巨的任務(wù)。智慧化是提高三峽水庫庫容管理精準(zhǔn)化、信息化、現(xiàn)代化水平的關(guān)鍵途徑。
經(jīng)過70多年的發(fā)展和創(chuàng)新，十三五”期間，水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)江水文”將智慧水文等理念逐步推廣，并在局部區(qū)域開展實(shí)踐，有效支持了水庫庫容智慧化管理。本文基于長(zhǎng)江水文多年的智慧積累，分析了水庫庫容智慧化管理的問題與需求，介紹了庫容智慧化管理關(guān)鍵感知技術(shù)與管理平臺(tái)，并針對(duì)三峽水庫總結(jié)了實(shí)踐效果。
01對(duì)水庫庫容管理的理解
水庫庫容管理的重要性
庫容作為水庫運(yùn)行管理的核心決策變量，其重要性顯而易見。庫容直接決定了水庫的蓄水能力，進(jìn)而關(guān)聯(lián)到水庫的防洪、供水、生態(tài)維護(hù)以及發(fā)電等多方面功能的發(fā)揮。防洪方面，合理的庫容管理能夠確保水庫在暴雨洪水期間有足夠的調(diào)蓄空間，減輕下游地區(qū)的防洪壓力；供水方面，庫容的合理調(diào)度可以滿足不同季節(jié)的用水需求，保證供水平安；生態(tài)維護(hù)方面，庫容管理能夠維持水庫水位的穩(wěn)定，維護(hù)水生生物的生存環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的平衡；發(fā)電方面，庫容調(diào)控可以優(yōu)化水能資源利用效率，提高發(fā)電效益。對(duì)庫容進(jìn)行合理、高效的管理，確保水庫各項(xiàng)功能繼續(xù)正常發(fā)揮的關(guān)鍵，水庫運(yùn)行管理的重要任務(wù)。
水庫庫容管理的關(guān)鍵問題
近年來，氣候變化和人類活動(dòng)改變了流域極端水文氣象事件演變規(guī)律。流域旱澇等災(zāi)害事件頻發(fā)，尤其是21世紀(jì)以來，旱澇轉(zhuǎn)換十分頻繁，旱澇出現(xiàn)次數(shù)遠(yuǎn)超以前，且旱澇水平加重，對(duì)水庫功能的高效發(fā)揮提出更高要求。提高水庫庫容的管理水平，必需處置好如下幾個(gè)關(guān)鍵問題。
運(yùn)行數(shù)據(jù)感知
準(zhǔn)確的運(yùn)行數(shù)據(jù)感知是水庫庫容管理的基礎(chǔ)，也是提高調(diào)度決策效率的前提。局部水庫在運(yùn)行數(shù)據(jù)感知方面存在缺乏，如感知體系不完善，監(jiān)測(cè)手段落后，感知體系要素內(nèi)容和覆蓋范圍不全面，下游預(yù)警內(nèi)容缺乏，自動(dòng)化、智能化水平低，水文監(jiān)測(cè)設(shè)備老化、失效、損壞等。
運(yùn)行管理信息化
信息化是提升水庫庫容管理效率和決策質(zhì)量的關(guān)鍵。建立整合數(shù)據(jù)采集、分析、預(yù)測(cè)及決策支持的數(shù)字管理平臺(tái)能提升決策的效率和科學(xué)性。同時(shí)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可以進(jìn)一步為管理決策提供支持。當(dāng)前，局部水庫管理還依賴紙質(zhì)文檔，信息系統(tǒng)資源有限且類型單一，影響數(shù)據(jù)深度挖掘應(yīng)用。此外，網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器設(shè)備老化、基礎(chǔ)設(shè)施單薄等問題，限制了數(shù)據(jù)傳輸能力和緊急情況下的遠(yuǎn)程會(huì)商決策能力。
多目標(biāo)調(diào)度
水庫調(diào)度需考慮防洪、供水、航運(yùn)、生態(tài)、發(fā)電等多種目標(biāo)，應(yīng)合理優(yōu)化水資源配置以滿足各方需求。隨著氣候變化對(duì)水資源的影響日益加劇，水庫運(yùn)行管理愈發(fā)需要考慮極端氣候事件（如超標(biāo)準(zhǔn)洪水等）應(yīng)對(duì)戰(zhàn)略，這需要依賴準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)、水文模型和有效的應(yīng)急預(yù)案，水庫管理單位與地方政府、應(yīng)急管理部門的協(xié)作也至關(guān)重要。然而，局部水庫缺乏完善的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)急機(jī)制，限制了其對(duì)極端天氣事件的應(yīng)對(duì)能力。
庫容維持
局部水庫庫區(qū)存在管理與維護(hù)邊境模糊、監(jiān)管不嚴(yán)、遭受非法侵占等問題，水庫的維護(hù)區(qū)域難以得到有效劃定和維護(hù)；水庫的泥沙淤積問題也不容忽視，泥沙的積累會(huì)逐漸減少水庫的興利庫容，降低水庫的蓄水、防洪能力，嚴(yán)重影響水庫平安運(yùn)行和功能實(shí)現(xiàn)。
庫容智慧化管理需求
三峽工程初期運(yùn)行后，為進(jìn)一步促進(jìn)三峽移民平穩(wěn)致富，更好助力長(zhǎng)江大保護(hù)，合理推進(jìn)三峽庫區(qū)高質(zhì)量發(fā)展，國務(wù)院作出重大決策，討論通過《三峽后續(xù)工作規(guī)劃》針對(duì)三峽工程臨時(shí)平安運(yùn)行和繼續(xù)發(fā)揮綜合效益的需求，提出建立和完善由移民、生態(tài)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害與地震、工程運(yùn)行等監(jiān)測(cè)分系統(tǒng)組成的綜合監(jiān)測(cè)體系，提高在線監(jiān)測(cè)能力，以綜合信息服務(wù)平臺(tái)為支撐，向相關(guān)部門、地方政府和工程運(yùn)行管理單位提供綜合會(huì)商與決策支持服務(wù)，提高信息綜合、快速響應(yīng)、綜合協(xié)調(diào)、協(xié)同管理和科學(xué)決策能力，滿足三峽庫區(qū)綜合管理、科學(xué)研究和公眾知情的需要，做到信息資源共享和綜合分析利用。
此外，十四五”規(guī)劃綱要和《數(shù)字中國建設(shè)整體布局規(guī)劃》明確提出要構(gòu)建以數(shù)字孿生流域?yàn)楹诵牡闹腔鬯w系，指明了智慧水利建設(shè)方向。新一代“云物大智移”云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)）信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)下，數(shù)字孿生水利建設(shè)是水利信息化發(fā)展的肯定趨勢(shì)。水利部發(fā)布了關(guān)于大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見》智慧水利建設(shè)頂層設(shè)計(jì)》等系列文件，印發(fā)了數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱（試行）數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）等指導(dǎo)性文件。2022年2月，水利部印發(fā)《水利部關(guān)于開展數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試工作的通知》明確在重要水利工程開展數(shù)字孿生工程建設(shè)先行先試，并將三峽工程列為水利部本級(jí)組織落實(shí)的先行先試對(duì)象之一。推進(jìn)實(shí)體工程與數(shù)字孿生工程同步交互映像，將有效提升三峽工程綜合管理能力，確保三峽工程臨時(shí)穩(wěn)定平安運(yùn)行，更好地發(fā)揮三峽工程巨大綜合效益。
02三峽水庫庫容智慧化管理關(guān)鍵感知技術(shù)
庫區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、智能感知體系建設(shè)是精準(zhǔn)掌控水庫庫容平安狀況的必備手段。多年來，長(zhǎng)江水文研發(fā)了大批適應(yīng)三峽水庫水沙等多要素感知需求的檢驗(yàn)新技術(shù)、新方法，不時(shí)提升庫容管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平。
水沙多要素在線感知技術(shù)
降雨量、水位自動(dòng)感知
降雨量、水位是三峽水庫科學(xué)調(diào)度的關(guān)鍵信息。長(zhǎng)江水文成立初期，基本采用人工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的方式收集降雨量、水位信息，效率極為低下。數(shù)十年的建設(shè)攻關(guān)下，水文監(jiān)測(cè)技術(shù)水平取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。2005年7月1日，長(zhǎng)江水文在全國率先實(shí)現(xiàn)了流域內(nèi)118個(gè)中央報(bào)汛站對(duì)降雨量、水位信息的自動(dòng)測(cè)報(bào)。如今，長(zhǎng)江水文已實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)全部水文測(cè)站的降雨量、水位信息自動(dòng)采集、固態(tài)存貯和實(shí)時(shí)傳輸。
流量在線感知
流量信息在線感知是三峽水庫科學(xué)調(diào)度的基本要求。20世紀(jì)90年代初，長(zhǎng)江水文在感潮河段的流量監(jiān)測(cè)工作中率先引入走航式聲學(xué)多普勒流速剖面儀（ADCP勝利縮短重要測(cè)站的測(cè)流歷時(shí)，局部河段實(shí)現(xiàn)了流量在線監(jiān)測(cè)，取得顯著效果。然而，進(jìn)一步應(yīng)用的過程中，許多技術(shù)難題逐漸浮現(xiàn)，如高含沙量水流導(dǎo)致高丈量失敗率、船只與儀器設(shè)備間的磁場(chǎng)干擾、河床“底沙運(yùn)動(dòng)”對(duì)測(cè)量誤差的影響等，以及ADCP精度是否符合我國現(xiàn)行相關(guān)檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)范，都成為亟待應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)。為此，自2002年起，長(zhǎng)江水文在長(zhǎng)江干流的多個(gè)關(guān)鍵站點(diǎn)（黃陵廟、宜昌、枝城、沙市、螺山、漢口、九江、大通、城陵磯等）陸續(xù)開展了聲學(xué)多普勒技術(shù)的野外對(duì)比測(cè)試與開發(fā)研究，全面系統(tǒng)地研究走航式ADCP長(zhǎng)江流域的應(yīng)用難點(diǎn)，并提供針對(duì)性的解決方案。這一研究深入探討了丈量原理、底跟蹤、GNSS和羅經(jīng)校正、參數(shù)設(shè)置，以及不同檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼闪空`差對(duì)比等技術(shù)問題，為走航式ADCP流量檢驗(yàn)規(guī)范的制定提供了科學(xué)依據(jù)。
泥沙實(shí)時(shí)感知
入庫泥沙的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)是三峽水庫科學(xué)管理的重要依賴。保守的懸移質(zhì)含沙量丈量方式存在數(shù)據(jù)滯后的問題，難以滿足現(xiàn)代化管理的時(shí)效性要求。自2010年起，長(zhǎng)江水文在多個(gè)測(cè)站實(shí)施了懸移質(zhì)泥沙的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)工作，為三峽水庫的泥沙輸移過程提供了及時(shí)的預(yù)測(cè)信息。然而，隨著金沙江下游烏東德至向家壩梯級(jí)電站的蓄水運(yùn)行，區(qū)間支流逐漸成為三峽入庫泥沙的主要來源，特別是洪水期間，支流泥沙含量高且輸沙集中。為應(yīng)對(duì)這一新的挑戰(zhàn)，長(zhǎng)江水文自2017年起，白鶴灘到宜昌主要干支流上的多個(gè)測(cè)站建立了覆蓋長(zhǎng)江上游的泥沙實(shí)時(shí)報(bào)汛網(wǎng)絡(luò)，為三峽水庫的泥沙預(yù)報(bào)和沙峰排沙調(diào)度提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。
庫容快速感知技術(shù)
自20世紀(jì)50年代起，長(zhǎng)江水文便著手開展固定斷面與水道地形的監(jiān)測(cè)工作，針對(duì)諸多關(guān)鍵河段進(jìn)行了詳盡的水道地形測(cè)繪、流速流向檢驗(yàn)、分流分沙研究、河床演變監(jiān)測(cè)以及泥沙運(yùn)動(dòng)觀測(cè)等研究活動(dòng)，為長(zhǎng)江防洪、河道綜合治理及三峽、葛洲壩等水利樞紐的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等收集了豐富的河道觀測(cè)資料和分析研究效果。
長(zhǎng)江水文承當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)江三峽工程水文泥沙觀測(cè)研究，與三峽工程設(shè)計(jì)同步開展，以三峽入庫水沙條件、水庫泥沙淤積、引航道泥沙淤積、變化回水區(qū)走沙規(guī)律及壩下游水文情勢(shì)變化、河床沖淤與河勢(shì)演變等為監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，貫穿于工程的論證期（1993年以前）設(shè)計(jì)與施工期（19932009年）蓄水運(yùn)行期（2010年及以后）等各個(gè)階段，三峽工程管理能力建設(shè)的重要組成局部，也是三峽工程正常運(yùn)行、發(fā)揮綜合效益的重要基礎(chǔ)。
十四五”期間，以應(yīng)用5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感器等新技術(shù)提高監(jiān)測(cè)能力、豐富監(jiān)測(cè)內(nèi)容為目的長(zhǎng)江水文重點(diǎn)創(chuàng)新水庫、河道測(cè)繪技術(shù)。一方面研究無人機(jī)航測(cè)與水下地形自動(dòng)結(jié)合丈量方法，提高水庫、河道測(cè)繪的效率；另一方面開展地面、水面三維掃描與水下機(jī)器人同步丈量技術(shù)探索，實(shí)現(xiàn)陸地水下地形同步丈量；開展基于多源衛(wèi)星融合的觀測(cè)研究，突破衛(wèi)星消落帶地形檢驗(yàn)難題，進(jìn)一步加強(qiáng)水庫、河道測(cè)繪的時(shí)效性。
03三峽水庫庫容智慧化管理平臺(tái)構(gòu)建
著眼強(qiáng)化預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”能力，構(gòu)建智能業(yè)務(wù)應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)提前發(fā)現(xiàn)、預(yù)警提前發(fā)布、方案提前制定、措施提前實(shí)施。長(zhǎng)江水文近年來全力打造一批水文智慧化業(yè)務(wù)平臺(tái)，其中，自主研發(fā)了防洪預(yù)報(bào)調(diào)度、泥沙減淤調(diào)度、庫容計(jì)算等管理平臺(tái)。
防洪預(yù)報(bào)調(diào)度管理平臺(tái)
自20世紀(jì)50年代以來，長(zhǎng)江流域洪水預(yù)報(bào)實(shí)現(xiàn)了從空白到完善、由局部至全面的飛躍式發(fā)展，逐漸邁向現(xiàn)代化。20世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，長(zhǎng)江水文開始開發(fā)基于圖形交互處置技術(shù)的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)的功能。1994年起，長(zhǎng)江水文開發(fā)名為“長(zhǎng)江專家交互式預(yù)報(bào)系統(tǒng)”先進(jìn)工具，該系統(tǒng)整合了計(jì)算機(jī)模擬與專家經(jīng)驗(yàn)，允許專家根據(jù)模型輸出手動(dòng)調(diào)整預(yù)報(bào)結(jié)果。這一創(chuàng)新方法有效性在1998年的洪水災(zāi)害應(yīng)對(duì)中得到證明。
進(jìn)入21世紀(jì)，2006年，長(zhǎng)江水文構(gòu)建了一個(gè)基于Web通用型水文預(yù)報(bào)平臺(tái)，該平臺(tái)使得跨地區(qū)的水文數(shù)據(jù)處置與會(huì)商決策變得可行，三峽庫區(qū)的洪水管理中發(fā)揮了重要作用。2016年，國首個(gè)一體化預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)“長(zhǎng)江防洪預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)”建成，提升了防洪減災(zāi)效率。2022年，長(zhǎng)江流域的水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)迎來了一次重大升級(jí)—長(zhǎng)江流域控制性水利工程綜合調(diào)度系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“綜合調(diào)度系統(tǒng)”業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)投入使用。該系統(tǒng)不只覆蓋洪水預(yù)報(bào)功能，還實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)綜合調(diào)度功能，為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的可繼續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。這些技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，標(biāo)志著長(zhǎng)江流域洪水預(yù)報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)向綜合性、多功能管理和決策支持系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。
三峽水庫庫容智慧化管理的水文實(shí)踐與思考
長(zhǎng)江防洪預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)
泥沙減淤調(diào)度管理平臺(tái)
泥沙沖淤預(yù)測(cè)是水庫科學(xué)調(diào)度中最大限度減少水庫泥沙淤積、改善泥沙淤積形態(tài)的基礎(chǔ)。綜合調(diào)度系統(tǒng)中，長(zhǎng)江水文開發(fā)了泥沙預(yù)報(bào)調(diào)度模塊。三峽水庫以朱沱站為干流進(jìn)口，除嘉陵江、烏江2條大的支流外，還有21條較大支流，入口為三峽水庫壩址。其中嘉陵江（及其支流）烏江上設(shè)有水沙實(shí)時(shí)報(bào)汛站，有泥沙實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。長(zhǎng)江干流共布置404個(gè)斷面，斷面間距3001600m支流斷面共249個(gè)。泥沙預(yù)報(bào)調(diào)度模塊在集成單站水沙模型和區(qū)間降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙模型邊境條件預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，結(jié)合一維水沙數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)水庫排沙和河道沖淤的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，支撐水庫實(shí)時(shí)泥沙調(diào)度。
三峽水庫庫容智慧化管理的水文實(shí)踐與思考
泥沙預(yù)報(bào)調(diào)度模塊
庫容計(jì)算管理平臺(tái)
三峽工程論證、初步設(shè)計(jì)階段，使用的庫容曲線是基于1958年1∶5萬航測(cè)地形圖等資料量算的庫容效果。隨著三峽工程的建設(shè)運(yùn)行，三峽水庫庫容量算的范圍較三峽初設(shè)階段已有所不同，加之庫區(qū)泥沙淤積、庫區(qū)涉水項(xiàng)目建設(shè)等，水庫庫容較初設(shè)階段發(fā)生了一些變化。
為更好地發(fā)揮三峽工程防洪、發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益，2013年3月，受中國長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司委托，長(zhǎng)江水文對(duì)三峽水庫庫容進(jìn)行了計(jì)算和分析。庫容計(jì)算主要利用三峽水庫2003年（蓄水前）2006年、2011年實(shí)測(cè)河道地形和局部航拍數(shù)字高程模型（DEM等資料，通過數(shù)據(jù)處置構(gòu)建高精度的水庫地形數(shù)字線劃地圖（DLG和DEM結(jié)合GIS技術(shù)，采用長(zhǎng)江水文泥沙信息分析管理系統(tǒng)（GeoHydrology2.0DEM庫容量算算法計(jì)算。
三峽水庫庫容智慧化管理的水文實(shí)踐與思考
長(zhǎng)江水文庫容計(jì)算管理系統(tǒng)
GeoHydrology2.0由長(zhǎng)江水文研發(fā)的專業(yè)水文泥沙信息處置軟件系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江水文泥沙監(jiān)測(cè)與分析工作的數(shù)字化與信息化。系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫GIS遙感（RemotSens和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（NetworkSystem等“多S結(jié)合與集成化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的水文泥沙專業(yè)計(jì)算與數(shù)據(jù)管理，以解決水文泥沙數(shù)據(jù)管理技術(shù)和手段落后的問題，推動(dòng)長(zhǎng)江流域水文泥沙監(jiān)測(cè)、分析工作的信息化。系統(tǒng)的研發(fā)目標(biāo)是真實(shí)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)搜集并分析長(zhǎng)江流域河道水文泥沙及河道變化信息，快速、高效地處理大量的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合現(xiàn)代水文泥沙分析計(jì)算和預(yù)測(cè)模型進(jìn)行科學(xué)分析和處理，真實(shí)再現(xiàn)長(zhǎng)江河道三維地形景觀，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確地反映長(zhǎng)江干流水沙特征及其變化規(guī)律。
04三峽水庫庫容智慧化管理實(shí)踐及成效
近年來，長(zhǎng)江水文在三峽水庫防洪預(yù)報(bào)調(diào)度、泥沙減淤調(diào)度、庫容計(jì)算等方面開展了大量工作，有效支撐了三峽水庫庫容智慧化管理，取得了突出效果。
防洪預(yù)報(bào)調(diào)度
2022年長(zhǎng)江防洪預(yù)報(bào)調(diào)度
2022年6月10日，正值長(zhǎng)江流域遭遇嚴(yán)重枯水與歷史上最早的咸潮侵襲之際，綜合調(diào)度系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的主體功能正式上線并進(jìn)入試運(yùn)行階段。系統(tǒng)以業(yè)務(wù)應(yīng)用為核心導(dǎo)向，水量預(yù)測(cè)與優(yōu)化調(diào)度功能板塊方面表示尤為突出，長(zhǎng)江委8月和9月連續(xù)進(jìn)行的兩輪“長(zhǎng)江流域水庫群抗旱保供水聯(lián)合調(diào)度專項(xiàng)行動(dòng)”中發(fā)揮了不可或缺的作用。此外，10月以三峽水庫為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的水工程抗咸潮保供水應(yīng)急調(diào)度方案制定過程中，綜合調(diào)度系統(tǒng)也貢獻(xiàn)了重要力量。
長(zhǎng)江“1999+洪水防洪調(diào)度演練
2023年4月21日，水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)在長(zhǎng)江中游城陵磯周邊區(qū)域組織了防洪調(diào)度演練，模擬1999年大洪水的嚴(yán)峻形勢(shì)，旨在通過實(shí)際情境檢驗(yàn)和提升長(zhǎng)江流域防洪體系的應(yīng)對(duì)能力。綜合調(diào)度系統(tǒng)在演練中起到關(guān)鍵作用，實(shí)現(xiàn)了正向反饋和逆向智能推薦，進(jìn)一步提高了調(diào)度的智能化水平。仿真技術(shù)方面，系統(tǒng)借助多源影像和先進(jìn)的仿真技術(shù)勝利復(fù)刻了三峽庫區(qū)模型，全面評(píng)估并預(yù)警了庫區(qū)水面線變化對(duì)兩岸的影響，為決策者提供了詳細(xì)的調(diào)度方案得失分析。這次演練檢驗(yàn)了綜合調(diào)度系統(tǒng)的可靠性，為長(zhǎng)江流域防洪調(diào)度能力的提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
泥沙減淤調(diào)度
庫尾減淤
三峽工程的設(shè)計(jì)論證過程中，深入探討了水庫變化回水區(qū)泥沙的沖刷與淤積對(duì)航運(yùn)的潛在影響，以及回水末端洪水位上升的問題。關(guān)于重慶主城區(qū)河段的現(xiàn)有泥沙沖淤研究多基于模型分析開展，多數(shù)觀點(diǎn)傾向于認(rèn)為，隨著壩前水位的逐漸提升，汛后河段水位顯著升高，水流坡度減小、流速下降，這將導(dǎo)致河流的挾沙能力減弱，進(jìn)而引發(fā)泥沙淤積。久而久之，可能導(dǎo)致洪水位上升，進(jìn)而對(duì)港區(qū)作業(yè)和通航發(fā)生有利影響。當(dāng)三峽水庫實(shí)施175m試驗(yàn)性蓄水之后，回水末端已接近江津區(qū)域，重慶主城區(qū)河段則位于變化回水區(qū)內(nèi)，其河道水動(dòng)力條件受到壩前水位的顯著影響，將出現(xiàn)泥沙輸移期推遲、繼續(xù)時(shí)間縮短以及河床沖刷強(qiáng)度減弱等一系列現(xiàn)象。
針對(duì)保證重慶主城區(qū)河段淤積較少、較緩的目標(biāo)，對(duì)優(yōu)化水庫調(diào)度提出可控的指標(biāo)性建議，保證河道防洪平安、航運(yùn)條件及碼頭正常作業(yè)的重要手段之一。近幾年，根據(jù)泥沙實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)成果，三峽水庫在進(jìn)行防洪、航運(yùn)調(diào)度的基礎(chǔ)上，提出了消落期減淤調(diào)度方案，利用消落期水庫庫尾的泥沙沖淤特性及走沙時(shí)機(jī)，2012年、2013年、2015年、2019年、2022年消落期進(jìn)行了減淤調(diào)度試驗(yàn)，進(jìn)一步減少了庫尾特別是變化回水區(qū)的泥沙淤積，取得較好成果。
沙峰排沙
三峽工程早期論證階段，鑒于長(zhǎng)江泥沙含量較多的特點(diǎn)，研究提出了蓄清排渾”調(diào)度戰(zhàn)略，其主要原則是汛期降低水庫水位以排沙，待汛后上游泥沙含量下降再進(jìn)行蓄水，從而確保三峽水庫的有效庫容。近年來，由于入庫泥沙顯著減少，水庫淤積問題得到有效緩解，使得三峽水庫的優(yōu)化調(diào)度更加可行。然而，汛期局部暴雨導(dǎo)致的洪水使得泥沙輸移更加集中，需要實(shí)施更加精細(xì)的調(diào)度戰(zhàn)略。
因此，利用洪峰和沙峰傳播異步的特點(diǎn)，合理細(xì)分汛期階段，依托泥沙監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)系統(tǒng)，精準(zhǔn)執(zhí)行“蓄清排渾”戰(zhàn)略。操作層面上，遵循“蓄清排渾”原則，結(jié)合水沙輸移規(guī)律與入庫泥沙的實(shí)際變化，水位上漲時(shí)采取攔洪削峰的戰(zhàn)略，而在退水時(shí)加大泄量排沙，確保泥沙排放調(diào)度更加精準(zhǔn)有效。2012年、2013年、2018年、2020年汛期針對(duì)三峽水庫進(jìn)行了初步試驗(yàn)，結(jié)果顯示，預(yù)報(bào)沙峰峰值與報(bào)汛值基本吻合，泥沙預(yù)報(bào)效果整體上精度較高，取得了較好的排沙和減淤效果，為三峽水庫臨時(shí)堅(jiān)持有效庫容提供了有力的基礎(chǔ)支撐。
庫容快速精算與管理
2022年11月—12月，長(zhǎng)江水文開展了三峽水庫水下地形丈量，丈量比例尺為1∶5000主要以干流地形丈量為主，大部分支流地形測(cè)至口門以上300m局部較大的支流測(cè)至口門以上25km不等。長(zhǎng)江水文充分結(jié)合機(jī)（船）載激光雷達(dá)丈量、低空航空攝影丈量、單（多）波束測(cè)深系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要采用庫岸一體化地形獲取技術(shù)對(duì)陸上及水下地形進(jìn)行同步丈量，輔以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)丈量（RealTimeKinematRTK全站儀等激進(jìn)觀測(cè)方法作為補(bǔ)充丈量，完成內(nèi)外業(yè)一體化成圖。對(duì)收集到各類丈量資料進(jìn)行分類整理，建立各類數(shù)據(jù)的說明文檔和完整的存儲(chǔ)體系，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換使坐標(biāo)系統(tǒng)和投影一致，統(tǒng)一導(dǎo)入空間數(shù)據(jù)引擎支撐下的空間數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行管理。采用前述庫容計(jì)算管理平臺(tái)進(jìn)行三峽水庫庫容計(jì)算（其中，對(duì)于庫區(qū)支流未丈量區(qū)域采用2011年支流地形資料彌補(bǔ)，并考慮重慶兩江新區(qū)御臨河生態(tài)調(diào)節(jié)壩、烏江白馬航電樞紐等新建、建工程對(duì)三峽水庫庫容的影響）計(jì)算得到三峽水庫水位175m以下庫容、145175m防洪庫容。
2023年至今，為有力保證三峽水庫庫容平安，進(jìn)一步厘清三峽水庫庫容現(xiàn)狀，長(zhǎng)江水文對(duì)三峽庫區(qū)所有支流進(jìn)行地形丈量并復(fù)核庫容，以準(zhǔn)確掌握支流庫容現(xiàn)狀，為三峽水庫平安運(yùn)行提供有力保證。
05展望
三峽工程是中華民族日益走向繁榮強(qiáng)盛的典范，為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)乃至我國社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)提供有力支撐。確保三峽水庫臨時(shí)平安穩(wěn)定運(yùn)行，繼續(xù)發(fā)揮“國之重器”功能，不時(shí)拓展工程防洪、發(fā)電、航運(yùn)、水資源利用、生態(tài)環(huán)境維護(hù)等綜合效益，事關(guān)庫區(qū)百萬移民平穩(wěn)致富、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶久遠(yuǎn)發(fā)展乃至國家發(fā)展全局，進(jìn)一步深入開展三峽水庫庫容智慧化管理勢(shì)在必行。從加快感知監(jiān)測(cè)和評(píng)估能力建設(shè)、庫容維持調(diào)度等方面，提出如下展望。
①繼續(xù)優(yōu)化三峽水庫庫容感知系統(tǒng)。系統(tǒng)摸排庫容占用情況監(jiān)測(cè)盲區(qū)，不時(shí)優(yōu)化庫區(qū)淤積、庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害等監(jiān)測(cè)體系的建設(shè)和成果運(yùn)用，提高水庫庫容變化感知能力。
②加快數(shù)字孿生三峽工程建設(shè)。繼續(xù)推進(jìn)數(shù)字孿生三峽工程建設(shè)，加快三峽水利樞紐工程、庫區(qū)及下游河道平安管控與運(yùn)行調(diào)度的預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能建設(shè)，及時(shí)開展庫容變化對(duì)水庫各項(xiàng)功能的影響評(píng)估。
③科學(xué)推進(jìn)常態(tài)化水庫減淤調(diào)度，探索多維安全調(diào)度。進(jìn)一步鞏固消落區(qū)庫尾減淤調(diào)度和汛期沙峰調(diào)度實(shí)踐效果，繼續(xù)開展減淤、排沙調(diào)度研究，有效減小三峽水庫庫容損失，保證三峽庫容平安。多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度實(shí)踐基礎(chǔ)上，加強(qiáng)底線思維和憂患意識(shí)，探索綜合保證多維度安全的調(diào)度方式。