“興水利、除水害是治國安邦的大事”
科普水庫
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科普｜水庫調度
作為藕合水資源系統中自然過程(“降雨一徑流一蒸發”)與人工工程(“取水一用水一耗水一排水”)的關鍵節點，水庫是實現水資源調控的基礎單元和技術設施。
水庫調度也就是實現區域水資源調控。也稱水庫調度運用、水庫水務管理、水庫控制運用等，指在水庫來水和用水變動的情況下，根據徑流的特性和水庫的任務要求，有目的、有計劃地統籌安排水庫蓄水、發電，灌溉、供水、攔洪與泄洪、發揮水庫防洪、發電等綜合效益的一種技術措施。
基本任務是在確保水庫大壩、水電站及其他水工建筑物安全的前提下，最大限度地發揮水庫對上下游的防洪效益，正確處理防洪與興利的關系，要力求少留專用的防洪庫容，使調洪庫容盡可能結合興利庫容，并通過預報預泄調度，最大限度地重復利用防洪庫容，減少無益棄水，充分發揮和提高水庫的防洪、發電、灌溉、供水、航運和生態等綜合效益。
現在，水庫調度管理工作重心已從單一水庫調度向復雜水庫系統聯合調度的轉變，需要從流域和水庫群系統的角度出發確定聯合調控措施，以充分發揮水庫群水文補償、庫容補償與電力補償作用，在時間上解決年內與年際水資源分布不均勻的問題，在空間上通過跨流域調水工程調劑水資源的余缺。
01
水庫調度須解決的矛盾
（1）解決水庫來洪與泄洪的矛盾。汛期流域發生暴雨或大暴雨時，洪量很大，而水庫能夠攔蓄的洪量有限，如果蓄洪過多，超過水庫設計洪水位將會危及水庫安全，故必須泄洪。當泄洪流量加上區間流量超過下游河道安全泄量時，就會造成水災。究竟泄洪流量為多少，泄洪時間怎么安排，需要水庫調度運用，恰當解決水庫來洪與泄洪之間的矛盾，以滿足下游及水庫的防洪要求。
（2）解決防洪與興利蓄水的矛盾。從防洪安全來說。汛限水位低比較安全，但對興利蓄水不利；從供水、灌溉、發電等興利角度來說，汛限水位高可多蓄水，產生更大的效益，但可能導致防洪庫容不夠，影響防洪安全；從供水、灌溉、發電等興利角度來說需在枯水期開始前蓄滿水，那么如何在保證下游生態基流、工業供水和航運用水的前提下判斷開始蓄水的時間點？因此必須制定合理的水庫調度運用方案，既滿足一定的防洪要求，又增加水庫的蓄水量，充分發揮水庫的興利作用。
（3）各興利部門的用水要求上（水頭、水量需求）也存在矛盾。
02
水庫調度須遵循的原則
水庫調度必須依據國家的有關法律、法規，并結合當地水文氣象特點和水庫的開發目標等原則進行，具體說，應遵循以下原則：
（1）嚴格遵循《中華人民共和國水法》、《中華人民共和國防洪法》、《》《防汛條例》、《抗旱條列》、《中華人民共和國水庫大壩安全管理條例》、《大中型水電站水庫調度規范》（GB17621、GB50587）、《小型水庫安全運行監督檢查辦法》（DB）及各地方標準等法律法規；
（2）嚴格執行經有資質設計單位論證、并經調度權限的防汛抗旱指揮部門批準的水庫汛限水位控制方案；
（3）水庫兼顧防洪、供水、灌溉、發電效益，以防洪效益為首；兼顧大壩、庫區和下游安全，以大壩安全為主；兼顧汛期、汛前、汛后調度，以汛期調度為重；有灌溉及供水任務的水庫，灌溉、供水和發電用水出現矛盾時，發電調度服從供水、灌溉調度；供水與灌溉用水出現矛盾時，一般優先保證供水。
（4）防洪為主的水庫群，采用補償方式調度，通常以梯級水庫的上游水庫或距防洪保護區較遠的并聯水庫先補償，使控制洪水比重較大、對洪水的調節能力較高、距下游防洪保護區較近的水庫最后控制泄量。
（5）灌溉供水水庫群以總棄水量最小擬定各水庫的蓄放水次序，梯級水庫上游水庫先蓄水后供水，庫群中若有調節能力高、汛期結束較早的水庫先蓄水，供水期按總供水要求補償調節。
（6）發電水庫群，在滿足系統正常供電要求的前提下，以總發電量最大擬定各個水庫的蓄放水次序；對并聯水庫據各水庫情況判別最佳蓄放水次序。
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03
水庫調度分類
按水庫的功能目標分為防洪調度（最大削峰、最大防洪安全保證、最小成災歷時等作準則）、興利調度（灌溉與供水調度、發電水庫常以發電量最大、總出力最大或發電效益最大等作準則，生態調度包含生態需水量調度、生態用水調度，還有航運調度、泥沙調度、水質調度等）和綜合利用調度；按水庫數量可分為單庫調度，梯級水庫群（串聯）、并聯水庫群、混聯水庫群（串并聯）等聯合調度，按調度方式可分為短期調度（為主）和中長期調度；等等。
04
水庫調度方法
水庫調度的實現方法側重于調度函數和調度圖兩種表述形式。除調度圖與調度函數外，語言敘述進行表示的調度原則是水庫群調度規則比較特殊的一種表述形式，即上述02水庫調度須遵循的原則。
1、調度函數是將徑流序列、優化方法確定的最優運行軌跡作為水庫運行要素的實驗觀測數據，利用回歸分析與數據挖掘等技術，提取調度決策與運行要素之間的函數關系。水庫調度函數可看作是決策變量（如供水量、下泄流量等）關于時間、水庫當前時段蓄水狀態、用水戶需水量（或水電站出力）、水文狀態變量（如徑流量、預報誤差等）的關系表達式。
2、調度圖是時段作為橫坐標，水庫蓄水量（或水位、蓄能等）作為縱坐標，將調度函數概化為調度決策變量（出庫流量、電站出力）與水庫水位、時間之間的線性階段關系圖。相比調度函數，調度圖具有更強的直觀性與操作性。
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實現水庫合理調度的方法主要分為常規調度和優化調度兩種。
1、常規調度是借助于常規調度圖進行水庫調度。而常規調度圖則根據實測的徑流時歷特性資料計算和繪制的一組調度線及由這些調度線和水庫特征水位劃分的若干調度區組成的。它是水庫調度工作的原則和依據，以月份為橫坐標，以庫水位為縱坐標，包含防棄水線、上調度線、下調度線等幾條指示線劃分出的正常工作區、防棄水區、加大出力區、降低出力區等指示區的曲線圖，類似以下兩圖樣式。
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2、優化調度是借助于優化方法（建立優化調度模型）尋求水庫最優運行方式的一種調度方法，它能夠更有效地利用水庫的調蓄能力，獲得更大的經濟效益，最大限度提高水資源利用率，目標是效益最大化而耗水率最小。
根據入流過程，通過最優化方法，尋求最好的水庫調度方案，即水庫按這種方案蓄泄，可以使防洪，灌溉、發電、航運等各部門所構成的總體不利影響在容許的范圍內，整個計算周期總的效益最大，或在效益基本滿足要求的情況下，使不利影響最小。
水庫優化調度目前階段可歸結為優化技術（常規：線性規劃法、非線性規劃法、動態規劃法等；智能優化：遺傳算法、粒子群算法、模擬退火算法等）和數據挖掘技術（人工神經網絡ANN、決策樹、遺傳規劃GP等）。
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水庫群聯合調度規則的提取流程
05
水庫調度目前研究趨勢
1、水庫群聯合調度效益分配和經濟補償問題；
2、庫群防洪聯合調度和衛星、遙感與遙測技術、地理信息系統的結合；
3、“過去的不能代表未來的”，實現＂預報－調度＂的耦合，結合水文不確定性的理論與方法，探討變化環境下自適應性水庫群聯合調度；
4、水量水質水生態聯合調控下涉水工程聯合調度；
5、跨流域供水水庫群多主體多層次多目標的調度；
等等。
06
科普小問答
6、水庫的調度包括（）和興利調度。
7、水庫調度圖依據（）編制，是進行水庫常規調度最為常用的工具。
本文供稿：李海燕
微信排版：李海燕
微信審核：陳俊廷
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