基于实时调度的水资源配置与调控——十五攻关

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：针对上述问题，“十五”科技攻关重大项目“水安全保障技术研究”第2课题“黑河流域水资源调配管理信息系统”提出面向全属性功能的流域水资源配置概念。“十五”攻关中首次提出并实践了以“模拟—配置—评价—调度”为基本环节的流域水资源调配4层总控结构，为流域水资源调配研究提供较为完整的框架体系。

随着我国人口增长和经济社会的发展，用水量不断攀升，造成或进一步加剧了一些流域河湖干涸、河道断流、地下水位下降、林木枯亡、草场退化、沙尘暴肆虐等生态环境问题。对于缺水地区而言，水资源问题衍生的核心是经济社会用水和生态用水之间的不平衡，两大系统在流域水资源调配格局不当所引起的经济、生态后果。为此建立与流域水资源条件相适应的合理生态保护格局和高效经济结构体系，统一合理调配流域水资源，是实现流域可持续发展的根本出路。随着流域水资源问题的普遍化和严重化，流域水资源统一调配与管理具有重大的现实意义和紧迫性，一些流域开始尝试对流域水资源实行统一调配，如黄河流域实行非汛期水量统一调度，防止河道断流。但由于流域水资源真正的统一调配刚刚起步，在调配的技术和系统建设方面还处于探索阶段，能够真正应用于区域水资源管理的调配系统很少，且区域水资源宏观优化配置与微观实时调度系统耦合尚有待加强，现状技术条件远远跟不上流域水资源统一管理和调配的要求。

针对上述问题，“十五”科技攻关重大项目“水安全保障技术研究”第2课题“黑河流域水资源调配管理信息系统”提出面向全属性功能的流域水资源配置概念。天然条件下，水资源具有3种基本属性，即因其物理性质所具有的自然属性，因其化学性质而具有的环境属性，因其生命组成物质特性而具有的生态属性。自经济社会系统取用水开始，水资源便具有了特定的经济社会服务功能，水资源具备明显的经济属性和社会属性。上述5种基本属性关联伴生，某一属性的破坏不仅影响与其伴生的资源服务功能，而且还会给其他属性功能的实现带来负面影响，因此流域水资源合理配置必须以维护水资源自然、生态、环境、经济和社会等全属性功能为目标。其内在决策机制包括5个方面，自然属性的维护必须以流域水资源可再生性维持机制为准则，社会属性的维护是以人权平等机制为准则，生态属性的维护以水分—生态演替驱动关系为决策机制，经济属性的维护以水分—经济的互动机制为准则，环境属性的维护是以水环境可承载性维持为准则。

流域水资源形成和演化依存于水循环，流域水循环过程模拟是水资源调配的科学基础。“十五”攻关中首次提出并实践了以“模拟—配置—评价—调度”为基本环节的流域水资源调配4层总控结构，为流域水资源调配研究提供较为完整的框架体系。该层次化结构体系以“模拟—配置—评价—调度”为基本环节，实现流域水资源的基础模拟、宏观规划与日常调度，以及各环节之间的耦合和嵌套，进而通过流域水资源调配管理信息系统的构建，为黑河流域水资源的规划配置和管理调度提供了较为全面的技术支持。

同时，流域水资源配置与实施调度的耦合实现了水资源宏观配置方案和实时调度方案的耦合与嵌套，为流域水资源统一管理提供了有效手段。流域水资源合理配置方案采用的是长系列过程模拟方法，受水文过程随机性和实时调度事前决策的影响，合理配置方案不能直接应用于水资源实时调度。本次攻关提出了与合理配置方案相嵌套的水资源实时调度的方案生成与操作方法，即“宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动修正”方法，其中“宏观总控”是指实时调度是以流域水资源合理配置方案作为总控；“长短嵌套”是根据中长期气象和来水预报信息制定长时段调度预案，并以此为上层嵌套方案，根据实时调度时段预报信息制定短期调度方案；“实时决策”是逐时段预报当前时段降雨、径流、气象、土壤墒情信息，并结合水情状况做出当前时段的调度决策；“滚动修正”就是根据新的径流信息、气象信息、土壤墒情信息修正历史预报信息所带来的偏差，逐时段、逐月滚动修正，直到调度期结束。通过上述过程，有效实现了规划层面的宏观水资源配置方案和操作层面的实时调度方案的总控与嵌套，保障了水资源实时调度的宏观合理性及可操作性。

在配置的水资源范围上，“十五”攻关中作了进一步扩展，从常规水源扩展到了非常规水资源，包括径流性水资源、地下水资源等被纳入到配置范围，土壤水、大气水通量等也通过植被生长调控、雨水利用等方式得到合理配置，除了一次性的水资源，污水处理再利用、中水回用等再生性水资源利用也得到了重视。

基于实时调度的水资源配置与调控——十五攻关

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