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從獨奏到合奏——長江中上游水庫群聯合調度五年實踐
  2017-09-28 17:00  

  從獨奏到合奏

  ——長江中上游水庫群聯合調度五年實踐

  朱俊君   彭理

  從長江中游溯流而上,能見到幾十座大小水庫遍佈干支流水脈,鱗次排開。這是近幾十年來,中國水利建設在長江中上遊史詩般的呈現。

  對於一座獨立水庫的運行,無論是防洪、用水,還是發電,只要在控制風險的前提下,必定要獲取最大的效益。但對於水庫群而言,效益最大化被賦予了新的含義。在新標準之下,對上下游、汛期與非汛期、洪水與水量、單庫與多庫的調度,便成了一項龐雜精細的工程,猶如兵家布陣,牽一髮而動全身,更如一支樂隊,必須統籌協調才能奏出美妙的樂章。

  2012年至今,精細聯合調度的研究與應用得到充分重視,在洪旱、鹹潮等自然命題的考驗下,在處置突發應急事件的擔當中,一次次印證其合理與必要。五年來,長江防總統籌協調長江上游水庫群,結成一條水庫生態鏈,奏響了一曲互利多贏的“合奏曲”,惠及長江全流域。

  琴瑟相和

  從研究到實踐,數年的積累,長江流域踏終於出了聯合調度從無到有的歷史性一步,水庫群“合奏”正式開始。

  時間回溯到2012年10月30日,三峽水庫連續第三年蓄水至175米。

  175米,意味著長江中下游抗旱、供水安全、通航、發電等綜合效應得到保障,昭示來年春灌和豐收的希望。然而鮮為人知的,是這個數字背後的殫精竭慮。

  此時,長江上遊已經規劃了三峽、金沙江溪洛渡等一批庫容大、調節能力好的綜合利用水利樞紐工程,梯級水庫總庫容達1000余億立方米、預留防洪庫容500余億立方米。

  隨著這些水庫群的逐步建立,在興利之外,蓄泄矛盾的也逐步升級。

  “面對如此大的防洪庫容,如果在汛期,水庫的調度都各自為政的話,一場洪水下來,該攔洪時不攔洪,該下泄時不下泄,就可能人為造成洪水的疊加,形成人造洪峰,反而大大增加防洪壓力。”長江委防辦主任陳敏説。

  如果是特旱年份,則可能會出現上游水庫爭搶蓄水,1000多億立方米的調節庫容,若集中在汛末一個月蓄滿的話,需要截流長江流量約38000立方米每秒,極有可能導致三峽水庫無法蓄滿之虞,進而對發電、航運及供水等綜合效應的影響帶來的損失將不可估量。

  各水庫之間休戚相關,怎樣才能獲取整體的最大效益?這正是聯合調度要解決的核心問題,必須對上遊的大型水庫群進行通盤考慮,妥善、有序、依次地安排好調度工作。

  長江防總統籌考慮,將三峽、二灘、紫坪埔、構皮灘、碧口等10座大型水庫納入聯合調度範圍。在汛期,精心開展水雨情預測預報,積極探索實施水庫優化調度,在汛末,成功協調三峽、二灘、瀑布溝、向家壩等上游水庫有序蓄水,三峽水庫得以成功蓄水至175米。上游水庫群調度從單庫“獨奏”變成了水庫群“合奏”,水庫群的整體效應大於單個水庫效益之和,實現了多贏的局面。

  事實上,在此之前數年,長江防總就對長江上遊多座水庫的聯合調水,做過初步嘗試。2007年初,長江、嘉陵江來水量嚴重偏少,重慶市120萬人的供水受到影響。經長江防總緊急協調,對嘉陵江上的寶珠寺、東西關、桐子壕3座水電站進行水量調度,並明確要求,四川省嘉陵江上各水電站不得蓄水,有效緩解了重慶市的缺水狀況。這可以説是長江流域水庫群聯合調度實踐的發端。

  此後,水庫群的聯合調度不斷有了新的探索,逐年增加列入聯合調度計劃的水庫。2012年初,修訂後的《長江洪水調度方案》獲國家防總正式批復,增加了三峽及干支流主要水庫(群)的調度;同年8月,由長江防總組織編制的《2012年度長江上游水庫群聯合調度方案》獲國家防總的批復,明確指出:在流域遭遇大洪水時,充分發揮水庫群對長江流域的整體防洪作用;汛末或汛後實施有序逐步蓄水,提高水庫蓄滿率,同時避免集中蓄水對水庫下游河段或長江中下游帶來的不利影響。

  至此,長江上游水庫群聯合調度步入了規範化軌道。

  初試啼聲

  從應對支流洪患,到處置涉水突發應急公共事件,聯合調度“牛刀初試”,充分發揮了水庫群綜合效益。

  2014年初,長江口遭遇歷史最長鹹潮期。

  受長江枯水期低水位和潮汐現象共同影響,這一年2月的鹹潮入侵使上海市約200萬人飲水受到影響。

  合理採取相應措施,保障長江口供水安全,一刻不能耽擱!上海供水安全牽動著千里之外的長江防總。

  經過週密會商,三峽水庫歷史上首次補水應急調度啟動——

  根據長江口鹹潮發展態勢,統籌考慮長江來水情況、補水需要和後期用水需求,統籌協調、科學調度以三峽水庫為核心的長江上游水庫群,及時增加下泄流量,適時為下游補水,同時細化下游引江調水工作,保障了上海城市供水安全。加上天公作美,春季雨量逐漸增多,長江上游來水明顯增多,長江口鹹潮悄然消退。

  往年,每到枯水季,長江口都有不同程度的鹹潮現象,加之沿江各省市已建成引提水工程近40萬處,巨大的引提水能力使得枯期水資源供需矛盾日益加劇。為了長效應對,長江防總聯合有關單位編制了相關預案,不斷探索以常態化機制處理應急事件,不僅為三峽工程巨大的綜合效益做出全新注解,也將長江中上游水庫群聯合調度工作向縱深推進。

  幾個月後的主汛期,超歷史洪水侵襲烏江流域。烏江沿岸的重慶彭水、武隆兩縣洪峰水位預計超過堤防3米,計劃按20年一遇洪水,劃定轉移範圍約5萬人,沿岸地區將遭受巨大損失。危急關頭,烏江水庫群首次啟動防洪聯合調度。

  此次聯合調度涉及貴州、重慶兩省市多座水庫,難度大,時間緊。長江防總與兩省防指密切溝通,及時了解烏江沿岸城鎮的防汛形勢,在針對上游水庫群聯合調度開展的大量研究和探索的基礎上,充分發揮上遊洪家渡、烏江渡、構皮灘水庫攔蓄洪水的功能,並協調貴州省防辦控制洪水下泄流量,為重慶市應急搶險贏得了時間。

  烏江水庫群聯合調度成功實施,彭水、武隆兩地的洪峰水位均削減至5年一遇,洪峰水位最終低於堤頂高程。烏江,有驚無險地避免了一場巨大損失,兩江四岸繁華依舊。

  驚心動魄背後的運籌帷幄,不是一蹴而成。由於要考慮水文、氣象等各種因素的隨機性以及各水庫需滿足多種目標要求,水庫群聯合調度決策實際上是一個非常複雜的過程。

  幾年來,納入上游水庫群聯合調度的水庫不斷增加,大量的基礎性研究亟待推進,包括水文徑流特性、水文氣象預報技術、以及各水庫管理單位或部門之間的溝通協調等都不容輕視。

  所幸,從成功應對2012年三峽水庫建庫以來最大入庫洪峰開始,“聯合調度”早已牛刀初試,預報並疏散洪水期間滯留三峽壩區水域的中小船舶、處置長江口鹹潮入侵、應對長江中下游區域性大洪水、應對“東方之星”號客輪在長江中游湖北監利水域發生的傾覆事件,在防汛、發電、生態、供水等多方面開花結果,取得不俗成績。

  引商刻羽

  2016年、2017年接連發生的大洪水,對長江流域防災減災體系是一次大考,而在這次大考中,聯合調度交出了近乎完美的答卷。

  2016年汛期,長江流域風起雲涌。誰也不曾想,自1998年後,人與水的緊張關係將再度到達峰值。

  入汛後,28場強降雨連番襲擊,長江干支流部分河段出現超警戒甚至超保證水位洪水,沿江各省市洪澇、滑坡、泥石流災害頻發,堤防決口,水庫出險,群眾生命財産遭受巨大威脅。

  進入7月,長江中下游地區發生1998年以來最大洪水。

  3日之內,長江1、2號洪峰在長江上遊和中下游幹流相繼形成,湖北省監利縣以下長江幹流全線超警,兩湖水系水位高漲,防汛形勢異常嚴峻。

  加之中下游與干支流洪水惡劣相遇,巨量的洪水如何有序安全地東排入海?巨大的考驗之下,聯合調控再一次彰顯它“殺手锏“的作用。

  截至此時,長江上遊已有21座水庫納入水庫群聯合調度,防洪庫容360多億立方米。每一座控制性水庫都成為流域防洪和水資源配置這盤大棋上的關鍵棋子,發揮著巨大的作用,一招錯,滿盤輸,調度容不得有絲毫紕漏,必須通盤考慮。

  國家防總、長江防總和地方防指利用上中游水庫群聯合調度的有效機制、信息共享平臺和相關研究成果,統籌兼顧,科學研判,打出了一套精妙的“組合拳”——

  控泄三峽水庫,應對長江上遊1號洪峰,同時,對上游水庫群聯調聯控,金沙江、雅礱江、大渡河等水庫配合三峽同步攔蓄洪水,為主汛期後續洪水留出調蓄空間;

  洞庭湖柘溪、五強溪緊隨其後,大幅攔蓄入庫洪峰,避免了益陽、桃江城區滅頂之災;

  7月中旬,三峽以下諸多河流同時發生洪水,提前騰出庫容的上游水庫消峰蓄洪,三峽水庫進一步減泄與區間洪水錯峰,避免了荊江全河段超警戒。

  2016年,通過精細調度和聯合調度,長江防汛實現了三峽水庫風險可控、洞庭湖不分洪、荊江河段不超警、長江重要堤防無潰口性險情等多重目標,長江流域1998年以來最大洪水俯首東去。

  時隔一年,2017年主汛期的長江流域再次對上游水庫群調峰馴洪,為中下游防洪“減負。

  這一年7月,洞庭湖區大洪水,長江中游型大洪水來勢洶洶。長江中下游幹流水位維持快速上漲勢態,蓮花塘至大通河段全線超警。

  長江防總34個小時內,先後發出5道調度令,一步步將三峽出庫流量從27300立方米每秒削減到8000立方米每秒。

  “8000立方米每秒”成了今年的關鍵詞。這個數字對於七月份的三峽水庫來説,是破天荒的。

  三峽主汛期多年入庫流量30000,而今年消減到不足3成的下泄流量,很可能造成三峽水庫庫水位快速上漲,而給後續防洪留下巨大壓力。

  這看似“兵行險招”的背後,卻有著審時度勢、未雨綢繆的結果。在預測到長江中下游將經歷強降雨過程後,長江防總就緊鑼密鼓地開始聯合調度金沙江等上遊梯級水庫騰空庫容,減少進入三峽水庫的洪量,最大限度減輕中下游防洪壓力。

  “金沙江梯級水庫下泄的洪水,要經過6天才能出三峽水庫,所以要想讓三峽水庫發揮防洪作用,就必須算好時間,既不能把水疊加到中下游的洪水上,又不能把水留在三峽水庫中,侵佔防洪庫容。”陳桂亞分析道。

  加之後期長江上游來水偏小,這樣的罕見情況,給了長江防總大幅減少三峽下泄的底氣與信心,造就了“8000立方米每秒”的傳奇。

  “水庫聯合調度就好比下棋,必須要有全局思維,站在全流域的視角,通盤考慮,謀兵布陣,留足餘地,絕不能只是走一步看一步。”陳桂亞説。2017年防汛工作取得的根本性勝利。

  曲高和眾

  5年的實踐與總結,長江流域聯合調度取得了卓絕的成績,儘管前路坎坷,但隨著聯合調度工作推向深入,人與水的關係必將不斷走向和諧。

  2012至今,長江防總已經連續5年編制長江上游水庫群年度聯合調度方案。

  2015年11月,長江委組織編制完成《長江流域控制性水庫群聯合調度研究頂層設計》,系統提出了若干調度關鍵技術研究方向、聯合調度方案及實施計劃。

  2016年8月,水利部批復長江委防汛抗旱辦公室加挂水庫聯合調度管理局,進一步完善了水庫聯合調度管理機構,翻開水庫群聯合調度管理的新篇章。

  今年,“水庫群聯合調度”這張硬牌,再度得到實力擴充,中游清江、洞庭湖區7座控制性水庫群的納入,使調度範圍由上遊擴展至中游城陵磯控制斷面以上,水庫群“軍團”由最初的10座增至28座,從而為應戰中游一號洪水提供了更為直接有效的武器。

  而到2020年前,長江流域聯合調度將逐步把漢江、鄱陽湖五河以及下游控制性水工程納入調度範圍,充分發揮流域防洪、供水、發電、航運和生態等綜合效益。

  儘管如此,聯合調度或許依然是防汛抗旱、水資源配置中最難的部分。

  説聯合調度難,不僅僅是因為調度水庫蓄泄洪水,往往涉及幾十萬甚至上百萬人民群眾的生命財産安全,舉足輕重,更是因為水庫群聯合調度既要考慮上下游、左右岸等不同區域需求,又要考慮水利、交通、電力、環保、國土等多部門和多行業的特殊性,同時還要考慮汛期、非汛期等不同時段的不同特點,涉及方方面面。

  説聯合調度難,也不僅僅是因為長江流域水庫群是世界上規模最大的巨型水庫群,聯合調度工作責任大,任務重,更是因為當前我國經濟發展已進入新常態,國家實施“一帶一路”和長江經濟帶發展戰略,流域城鎮化、工業化的快速發展對水庫群聯合調度保障流域防洪、生態、供水、發電、航運等方面提出了新的衡量標準。

  如何把有限的水資源恰到好處地分配到流域上下各水庫中,把防洪與減災、除害與興利有效地結合起來,實現由控制洪水向管理洪水的有益轉變,是新時期五大發展理念對防洪工作提出的更高要求。

  然而前路艱難,卻也是康莊大道。

  儘管還存在諸如基礎研究較弱,綜合調度和信息共享平臺不健全,水文氣象預報水平待突破等一眾問題,但全流域各級防汛部門和水庫管理單位,勢必充分估計制約因素的複雜性,把握調度工作的規律性,將“聯”與“合”的優勢發揮到極致。

  在這一次次的博弈過程中,人與水的關係正在不斷走向理性,人與自然該如何相處將會有新的答案。

責編:李珊珊  
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