仲志余　邹强　王学敏　饶光辉　丁毅

摘要：长江上游梯级水库是流域治理开发保护的骨干性工程，在保障流域防洪安全、供水安全、生态安全等方面发挥着重要作用。为有效解决长江上游巨型水库群防洪、供水、生态、发电、航运、应急等多目标联合调度关键技术瓶颈，开展了“长江上游梯级水库群多目标联合调度技术”研究攻关。首先重点介绍了长江上游梯级水库群多目标联合调度研究的重点难点问题;然后从水文、防洪、供水、生态、发电、航运、应急、风险、多目标调度集成等调度关键技术层面，全面系统地梳理了研究取得的主要创新性研究成果和成果应用情况;最后展望了长江流域梯级水库群多目标联合调度技术以及水工程多目标联合调度等发展方向。研究成果可为更好地为水工程调度运行管理提供理论与技术支撑。

关键词：梯级水库群; 多目标联合调度; 关键技术; 长江上游

中图法分类号： TV122

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.02.003

0引 言

长江是世界第三、中国第一大河，不仅是中华文明的发源地之一，更是当代中国经济社会发展的重要命脉[1-2]。治理好、利用好、保护好长江，不仅是长江流域4亿多人民的福祉所系，也关系到全国经济社会可持续发展的大局，具有十分重要的战略意义。作为长江流域治理开发保护的骨干性工程，长江上游巨型水库群在保障流域防洪安全、供水安全、生态安全等方面发挥着重要作用[3]。当前，随着长江流域控制性水库群的数量逐年增加，可调规模不断扩大，拓扑关系日趋复杂、联合调度难度日益显现[4-5]。水库群联合调度研究是一项兼具艰巨性、复杂性、紧密性的系统工程，涉及防洪、抗旱、供水、生态、发电、航运等相互竞争、不可公度的调度目标，是一类多层次、多属性的复杂群多目标决策问题，是亟需统筹谋划、科技攻关的技术难题[6-7]。如何充分发挥长江上游水库群调度综合效益，在保障水库开发任务要求的同时，通过联合调度在流域层面上获取更大的效益外延，对提升保障支撑能力、推动实施长江经济带发展战略和长江大保护具有重大意义[8]。

国家重点研发计划水资源高效开发利用重点专项“长江上游梯级水库群多目标联合调度技术”，于2016年7月启动，集合了长江勘测规划设计研究有限责任公司、长江水利委员会水文局、中国水利水电科学研究院、南京水利科学研究院、武汉大学、华中科技大学、中国长江三峡集团有限公司、中国科学院水工程生态研究所、长江水利委员会长江科学院、河海大学、清华大学、中国科学院南京地理与湖泊研究所、四川大学、大连理工大学、华北电力大学、湖北工业大学、长江水资源保护科学研究所、天津大学、长江流域水环境监测中心等国内水库群调度领域的19家优势单位，基于海量的原始资料和坚实的研究基础，产学研用相结合，通过合理可行的组织实施和保障措施，历时5 a多的艰苦研究探索和团队共同努力，圆满出色地完成了该项目的全部技术研发和应用示范工作，已于2021年顺利通过绩效评价，在水文预报、防洪调度、水资源综合调度、多目标调度系统集成等方面亮点突出，创新性与应用性兼备，在长江流域水文气象预报、水旱灾害防御、水资源配置、水环境水生态保护、水利信息化等研究领域形成了一批具有自主知识产权的成果，研究成果成功应用于2020年长江流域性大洪水防御实践，防洪社会、经济等综合效益显著。

该项目以长江上游溪洛渡、三峡等30座控制性水库（总库容为1 633亿m3，总防洪库容为498亿m3）为研究对象，通过拓展调度范畴、深化调度内涵、强化调度实践，针对梯级水库多目标联合调度领域的防洪、供水、生态、发电、航运、应急、风险分析等調度关键技术瓶颈开展了系统深入的研究，攻克了防洪、供水、生态、发电、航运、应急等综合调度关键技术瓶颈，提出了具有一定普适性和自主知识产权的流域巨型水库群多目标调度的整套方案和技术体系，开发了“全周期-自适应-嵌套式”的水库群多目标综合调度系统平台，并在金沙江下游和三峡梯级进行智能调度应用示范，有效促进了长江经济带可持续发展，深入落实了长江大保护方针，提升了流域综合管理水平[9-10]。

基于此，本文首先综述了近年来关于长江上游梯级水库群多目标联合调度研究的重点难点问题。然后介绍了项目研究取得的主要创新性研究成果，可为指导流域水库群联合调度管理提供理论技术支撑。最后探讨了今后梯级水库群多目标联合调度的发展趋势，为下一步研究指明了方向。

1长江上游水库群多目标联合调度的重难点问题

1.1水系多阻断水文预报方法

长江流域上游梯级水库群建设运行对流域水文预报任务、预报方式及预报精度均产生了较大的影响，具体分为两个方向：① 长江上游梯级水库群建设对流域水文预报的影响，主要体现在流域水系由天然河道演变为逐级多阻断河道，一定程度上干扰了流域水文自然循环过程，致使预报节点加密和预报区域精细化破碎化;② 长江上游梯级水库群运行对流域水文预报的需求，主要体现在流域梯级水库调度任务逐渐丰富且多元化，流域水文预报任务、预报内容逐渐增多，预报时效性和预报准确性逐渐增强。

因此，亟需针对长江流域防洪抗旱需求并结合长江上游梯级水库群调度运行方式，开展适应长江流域大流域空间跨度、流域水系多阻断、长中短期水文预测需求等特点的多尺度多阻断大流域水文预测预报方法研究。

1.2水库群协同联合防洪

长江上游水库群数目规模大、分布范围广、防洪对象多，防洪调度具有多区域防洪、多水库协同、长距离河道演进等复杂特征。长江上游水库群防洪调度，需根据工程规划任务和实际运行需求，合理安排水库防洪库容。现有研究主要针对水库自身防洪安全的库容划定和分配，鲜有针对多区域防洪的研究实例，当水库群规模较大且兼有本流域、跨流域的防洪调度目标时，相关调度模型对多区域防洪问题的描述不够充分。

因此，面对大范围多区域防洪调度建模时，应进一步开展不同洪水地区组成、不同水库防洪库容分配方案及对不同区域防洪调度效果研究，寻求不同洪水地区条件下满足多区域防洪要求的长江上游水库群防洪库容分配的优化组合方案，进而构建面向多区域防洪的长江上游水库群协同防洪调度模型，为流域水库群防洪调度决策提供快速有效支撑。

1.3水库群联合发电调度

长江上游巨型水库群水力、电力联系紧密且拓扑关系复杂，其联合发电调度是一类多层次、多阶段、多决策变量和多重约束的复杂优化决策问题。如何揭示流域水库群跨区多电网水力、电力补偿调节规律，探明不同调度周期、不同运行工况组合下水库群多维时空尺度发电调度模型的耦合途径和方式，建立发电调度模型自适应匹配和无缝嵌套模式，是水库群跨区发电调度协同优化技术的重点问题。

此外，流域梯级水库群枯水期联合运行受供水需求、发电控制、航运管理、生态响应等多种复杂因素影响，如何推求汛前梯级水库群水位消落最优时机，探明水位消落最优次序，演算水位消落最优深度，协调均衡水头、水量效益以最大化流域梯级水能资源综合效益，是水库群跨区发电调度协同优化技术的理论难点。

1.4水库群水资源、水生态、水环境调度

长江上游梯级水库群在发挥防洪、发电等设计功能的同时，还需要在满足流域河道、湖泊和区域需水，流域水生态与水环境保护，执行应急调度等方面发挥重要作用。然而，由于缺乏有力的理论技术支撑和统一有效的管理协调机制，水库群无序调度可能严重影响长江流域区域水资源配置和综合效益的持续发挥，带来了一系列亟待解决的重大科学问题和关键技术难题。长江中下游供用水保障、江河湖库生态安全、水库群综合效益最大化等问题十分突出。

因此，充分考虑各水库的共同供水任务和自身供水任务，制定满足多维度用水需求的供水任务分配策略，对指导水库群水资源调度至关重要。同时，基于流域水流时空分配需求及其与水生态环境关系，研究新的水资源分配模式进行河湖结构改造、研发新的生态修复技术“以结构换空间”弥补河湖沿岸带的损失、采用大数据体系进行河流水安全和生态安全评估预警，已成为亟待解决的关键问题。还有，突发水污染事件具有危害性、易扩散性、持续性、处理艰巨性、影响长期性，运用水库群调度进行突发水污染应急处置，需有效解决水污染事件信息收集、水库运用方式制定以及应急管理体系研究等诸多问题。

1.5水库群调度风险评估与决策

水库群联合调度涉及多重因素、多个部门、多个环节，既包括众多自然因素产生的客观风险，又蕴含着人为因素带来的主观风险，两者的共同作用使得问题变得极其复杂，使得水库群联合调度风险评估与决策成为一个具有挑战性的前沿性复杂系统工程问题。

因此，如何构建一套水库群联合调度大系统多目标风险评估与决策理论体系，是亟需解决的关键技术难题，可从以下几方面突破技术瓶颈：① 针对水库群联合调度风险要素进行识别与特征机理分析，尤其是在极端气候事件下形成的物理成因、客观条件以及演变过程，提出多维风险变量联合分布快速估计方法，为复杂水库群多维风险变量定量估计提供一条新途径;② 构建梯级水库群多目标风险对冲序贯决策模型，提出水庫群联合调度多目标风险联合调控技术与策略;③ 充分考虑风险传递过程中风险要素的关联性，揭示联合调度风险传递过程与响应规律，提出水库群大系统多目标风险决策理论;④ 提出水库群联合调度利益补偿原则，为水库群多目标风险调度利益补偿机制的实施作好支撑。

1.6水库群多目标综合调度

现有水库群多目标综合调度建模主要针对具体目标和时段，不符合覆盖全年的实际调度情况，有必要将全年划分为前汛期、主汛期、汛期末段、蓄水期、供水期以及汛前消落期等阶段，分析不同阶段的主要矛盾和重点目标，寻求不同阶段间的转化控制指标，实现对全周期调度目标差异化考虑。同时，目前多目标综合调度模型缺乏对不同水库群实际特征的考虑，通过一定程度的抽象简化并设置“求极限”形式的多目标函数，难以直接在实际生产中运用，有必要从实际调度中提取运行经验和成果，提出科学的、合理的、符合调度管理体制要求的优化决策方法，来有效处理多目标综合调度中的各种决策偏好。

因此，亟待围绕长江上游水库群多目标综合调度关键技术开展理论研究和技术攻关，研究并建立“全周期-自适应-嵌套式”水库群多目标调度模型，解决采用固定边界和约束方法进行多目标调度时存在的多维边界动态耦合难题，提出多层次、多属性、多维度综合调度集成理论与技术，揭示防洪-供水-生态-发电-航运多维调度目标之间协同竞争的生态水文、水资源管理等内在机制，提出长江上游水库群多目标联合调度方案。

2长江上游梯级水库群多目标联合调度主要研究成果

2.1面向水库群调度的水文数值模拟与预测技术

针对变化环境下不同物理背景水文模型的局限性，揭示了长江上游梯级水库群建成运行影响下水文循环时空演变规律，提出了反映“气-陆-库-水”系统之间物质、能量和信息反馈机制以及耦合作用机理的非一致性预测预报方法，以提高水文预报精度并延长预见期。

（1） 面向长江流域巨型水库群的长河系、多阻断水文预报体系。通过研究或构建WRF、ECWMF、T639、日本中期、CFS、RegCM4区域气候模型等数值预报模式，开展短期、中期及延伸期等不同时间尺度融合的1～20 d无缝滚动降雨预报解释应用，提出了短期、中期及延伸期等不同时间尺度融合的1～20 d无缝滚动降雨预报方法，形成了适用于长江上游的基于多时间尺度（短、中期、延伸期）的降雨预报产品。实践应用表明：短期（1～3 d）降雨预报精度较高，中期（4～7 d）降雨预报趋势把握较好，延伸期预报趋势基本正确[11]。

（2） 基于水文风险的非一致性设计洪水计算方法。分析了长江流域控制站点水文资料以及控制站点上游已建、在建和规划的水利工程资料，针对实测洪水序列开展非一致性识别研究，构建了以梯级水库群调蓄能力为协变量的非一致性洪水频率分布模型，采用Bootstrap方法计算了设计洪水的统计不确定性，建立了梯级水库群影响下非一致性水文不确定性概率描述方法，综合考虑气候变化、土地利用、城市供水等渐变因素的影响，推求了未来一定时期内某一水文风险下的设计洪水成果[12]。

2.2面向多区域防洪的长江上游水库群协同调度策略

揭示了流域水库群防洪调度的“时-空-量-序-效”多维度属性，提出了面向多区域防洪的水库群调度体系，并通过不断实践和分析持续对模型进行改进升级，满足流域多区域防洪库容投入时序分配与水库间、区域间防洪协同要求[13]。

（1） 面向多区域防洪的长江上游水库群防洪库容优化分配模型。为科学合理地利用水库群防洪库容，最大程度地降低水库群防洪系统的整体防洪风险，探究了高效使用水库群防洪库容的可行性和必要性[14]，构建了基于变权重剩余防洪库容最大、系统非常线性安全度最大等不同策略的水库群防洪库容优化分配模型[15]，有效发挥了水库群联合防洪能力。在此基础上，创新性提出了长江上游水库群防洪效果系数，揭示了水库群之间防洪库容的等效关系，量化了上游水库配合三峡水库对长江中下游防洪的作用。

（2） 具有“时-空-量-序-效”多维度属性的长江上游水库群多区域协同防洪调度模型。通过多区域协同防洪对象分解、调度规则选择矩阵、防洪控制条件自适应优选、嵌套式多区域协同防洪调度、防洪调度效果评价-反馈-修正的调度模式，达到实现“科学合理利用防洪库容，确保多区域协同防洪安全，兼顾兴利效益，实现长江流域水资源高效利用”的整体防洪目标，攻克了水库之间、区域之间、水库与区域之间的协同调度核心难题[13，16]。

（3） 面向长江流域不同洪水类型的长江上游水库群实时防洪补偿调度技术。为有效应对复杂防汛局势，进一步减轻长江中下游的防洪压力，建立了长江流域面向不同类型洪水的长江上游水库群实时防洪补偿调度模型，提出了长江上游水库群联合防洪调度效益与风险评价方法及指标体系，解决了实时调度中联合调度方案滚动、修正、反馈的难题[17]。

2.3面向水资源、水生态、水环境的长江上游水库群协同调度技术

揭示了长江上游水库群调度方式与中下游不同区域用水需求间的映射关系，解析了江河湖库复合生态系统宏观和微观过程的作用机理，提出了长江上游水库群蓄水联合调度模型及高效求解技术，构建了面向应急调度的梯级水库群水量水质模拟与预警模型，发展了梯级水库群应急与常态协同调度方法，有助于积极响应长江大保护战略。

（1） 适应中下游重点区域取用水安全的水库群供水调度模型。通过分析长江中上游各流域径流年内和年际分布特征，拟定了同丰、丰平、同平、平枯、同枯5种遭遇情景的年份及对应的径流过程，建立了适应中下游重点区域取用水安全的水库群供水调度模型，明确了供水调度模型的约束条件及边界，形成了顺序补供水的整体思路和具体实施细节，提出了满足两湖和长江口地区供水需求的上游水库群联合供水调度方案[18-19]。

（2） 面向流域生態环境保护的长江上游水库群调控模式。针对水华防控、关键水生生物物种保护、通江湖泊湿地生态安全[20]，探究了不同生态调度目标间竞争与协同关系及其触发条件和响应程度，确定了水华防控、葛洲坝下游“四大家鱼”保护、中华鲟生态保护、两湖生态保护等生态调度需求目标[21-22]。进而探究了不同生态需求目标的调度方法以及评价方法，建立了水库群联合生态调度模型，通过多种径流情景下上游水库群生态补偿调度数值模拟分析，构建了面向库区及支流水华防控、长江中游重要生物保护、两湖湖泊湿地生态安全保障等多目标的长江上游水库群调控模式[23]。

（3） 长江上游水库群蓄水联合调度模型及高效求解技术。建立了基于海温多极预报降水量和月径流预报模型，提出了基于月降雨径流预报的水库群蓄水时机选择流程，在现有蓄水方案基础上提前了水库的蓄水时机，可为进一步挖掘水库群蓄水潜力提供思路和方法[24-25]。同时，建立了水库群提前蓄水多目标联合调度模型，采用智能优化、解析优化以及模拟优化相结合的算法，提出了基于重点抽样-并行动态规划算法和并行动态规划算法的水库群蓄水优化调度模型高效求解技术，有效减少各阶段候选状态变量的个数，并利用先进并行计算技术高效求解，有效解决了“维数灾”问题[26-27]。

（4） 长江上游水库群应对突发水安全事件预警调度模型。搭建了长江上游典型区域突发水安全事件风险图及数据库，绘制了覆盖突发水污染事件、涉水地质灾害事件和海损事件的长江上游突发水安全事件风险分布图，研发了长江上游水库群突发水安全事件遥感监测反演解译技术[28-30]。同时，基于突发水污染事件应急调度的特点与需求，以污染物达标所用时间最短以及应急调度过程中损失的电能最少为目标，构建了基于水量水质模拟与常态应急协同优化相结合的长江上游水库群应对突发水安全事件预警调度模型，并基于WEBGIS架构研发了由多源数据自动汇集管理、模型构建、模型运行、成果查看等功能模块组成的河网水量水质模拟预警与调控通用软件平台，实现了水库群水量水质模拟预警模型、应急与常态协同调度模型之间的联动，为突发水污染事件的防控和高效应急处置提供了技术支撑[31]。

2.4长江上游水库群跨区发电调度协同优化技术

针对跨电网水库群发电调度分区优化控制和联合调峰难题，提出了水库群发电“协同调度，分级、分区优化”控制策略，制定了梯级水库群面向分区电网的联合调峰、错峰方案，建立了水电跨区联合调峰与电量消纳模型，提高了水电跨区调峰以及电网消纳水电电量能力，最终形成了一整套水库群多维时空尺度嵌套精细调度的共性支撑技术[32]。

（1） 复杂运行条件下巨型水库群多维时空尺度嵌套精细调度技术。探明了不同调度周期、不同运行工况组合下水库群多维时空尺度发电调度模型的耦合途径和方式，建立了水库群多维时空尺度嵌套精细调度模型，提出了基于全局优化理论、能有效处理复杂约束的高效智能求解算法，实现了多维时空尺度水库群发电优化调度模型工况自适应匹配和水调电调协调调度无缝嵌套[33-35]。

（2） 大规模水库群分区优化控制与跨网调峰响应多级协同发电调度技术。提出了基于水库空间拓扑、补偿效应和异构并网的水库群发电调度逻辑区划及其分区优化控制技术，建立了以电网多受端余荷方差加权和最小为聚合目标的水电短期跨区联合调峰与电量消纳调度模型，研发了单站多电网启发式调峰技术及多站单电网非对称邻域搜索技术，提出了电网关键断面潮流稳定性判据，推求了电网安全稳定运行的调度优化边界，创建了水库群跨区多站多电网短期联合调峰消纳和多级协同发电调度理论与方法体系，缓解了水电弃水窝电与电网调峰不足的矛盾，提高了水电跨区调峰以及电网消纳水电电量能力[36-37]。

（3） 水库群枯水期水位消落联合调控方案和面向水电跨网消纳的丰水期水能资源优化配置方案。提出了基于消落判据的梯级水电站联合调度消落准则制定方法，推求了影响水库群消落时机、次序和深度的消落判据，解析了不同频率来水和消落运行方式对发电效益的影响规律。探明了汛期水库群综合运用效益对不同调度目标优先级次序的响应规律，建立了汛期综合运用多目标兴利协同优化调度模型，提出了联合电力系统间水电跨网消纳及火电出力调整方法，实现了低碳减排目标下流域水能资源的高效利用及其互联电网的安全经济运行[38-39]。

2.5水库群联合调度大系统多目标风险评估与决策理论体系

提出了水库群多阶段-多目标风险效益协同优化调控新技术，探明了水库群优化调度多目标风险-效益互馈响应规律，提出了基于风险-效益多维关联互馈响应关系的水库群多目标群决策方法，建立了一套水库群联合调度的大系统多目标风险评估与决策理论体系。

（1） 水库群联合调度评价指标体系及其多维风险要素快速估计方法。以水库群调度不确定性要素分析为切入点，厘清了水库群联合调度决策及实施过程，通过定性分析与定量计算相结合的方式，系统构建了多目标风险评价指标体系，提出了水库群多维风险变量联合分布的快速估计方法，实现了多维风险要素的识别、筛选与快速估计，全面分析了现行水库群联合调度方式因水文和水力不确定性所面临的潜在风险损失[40]。

（2） 考虑风险-效益互馈响应关系水库群多目标群决策方法。分析了客观风险要素、主观风险要素、客观与主观风险要素间的作用和转化机制，分析归纳了水库群调度风险要素间相互作用与转化规律，提出了水库群风险流、供应链风险流密度和水库群风险流传递速度评价指标，建立了水库群风险传递系统动力学模型，阐明了单一风险源同向串联式传递风险流和多重风险源同向串联式传递风险流演化规律。在此基础上，针对互馈关系下区间数多属性群决策问题，提出了多维关联抽样的多目标风险区间数灰靶群决策方法，有效地解决了多属性、多层次、多阶段的多目标风险效益复杂优化决策的重大工程应用难题[41-42]。

（3） 综合多重风险胁迫和补偿效益贡献的水库群风险-利益补偿理论方法体系。研究了风险共担情形下水库群联合调度风险利益补偿机理，提出了突变理论和相对风险耦合的水库群多目标调度风险利益补偿分摊方法，构建了水库群多目标调度“风险源-风险事件-风险受体-风险终点”概念模型，客观推求并量化了风险受体各水库所面临的多重风险程度。在此基础上，对补偿利益分摊方案进行相对风险系数折减，推求了水库群调度风险利益补偿分摊新方案，均衡分配了水库群调度中各水库承担的风险和收益，提高了水库参与联合调度运行的积极性和合作联盟的稳定性，实现了水库群联合调度综合效益最大化[40]。

2.6长江上游水库群“全周期-自适应-嵌套式”多目标调度集成理论与示范应用

提出了多层次、多属性、多维度综合调度集成理论与技术，建立了“全周期-自适应-嵌套式”长江上游梯级水库群多目标调度模式，揭示防洪-供水-生态-发电-航运多维调度目标之间协同竞争机制，提出了长江上游水库群多目标联合调度方案，构建了长江上游水库群多目标综合调度平台，如图1所示。

（1） 长江上游水库群全周期-自适应-嵌套式的水库群多目标模型。研发了基于生态位的多目标效益竞争关系分析方法和基于领导与服从关系的水库群建模理论，厘清了水库群多目标联合调度涉及的周期划分、任务协同、目标嵌套等调度模式，提出了贯穿多个细分阶段的全周期调度、调度阶段和调度目标的自适应衔接以及流域（区域）干支流目标间的嵌套层次关系，实现了水库群多目标调度的有序高效描述和全周期-自适应-嵌套式集成[43-44]。

（2） 面向服务体系的长江上游水库群综合调度云服务系统示范平台。首先，提出了水库群多目标联合调度海量异构数据融合、大数据深度挖掘与混合云模式下基础云平台建设等共性支撑技术，突破了多目标调度模型方法库规范化构建与智能寻优互操作技术瓶颈。其次，提出了高速联网环境下集群并行协同优化计算平台的多级优化机制和调度模型规范化、结构化表示方法，建立了水库群联合优化调度面向服务体系和分布式网络环境的多模型架构方法库和知识库[45]。然后，提出了基于分布式系统模型服务注册机制，设计和搭建了调度管理节点的模型服务库，存储了各类水资源管理日常辅助与应急决策模型，通过模型的调用实现了对水资源管理事件要素的分析、预测、评价和优化[45-47]。最后，研发了基于多库协同及推理机制的知识挖掘技术，提出了面向水库群智能调度的监测-预测-调度-评估-仿真-会商集成方法[48]。

3成果应用情况

（1） 水文方面。

研究成果已成功应用于2018～2020年长江科学预报和决策调度实际工作中，实现了耦合多尺度数值预报的多阻断大流域水文预测预报方法技术创新，为解决面向长江流域巨型水库群的长河系、多阻断复杂水文预报难题开辟了全新途径，助力实现水文水资源高效精准智能预报。以三峡水库为例，入库流量短期1～3 d过程水量预报合格率在90%以上，中期4～7 d合格率在70%以上，延伸期8～20 d过程预报及长期预测也具有较高准确率，可较好发挥预报警示作用，为长江水库群科学调度决策提供了有效支撑。特别在2020年编号洪水预报中，1 d预见期平均误差在4%左右，合格率在95%左右;3 d预见期内平均误差在10%左右，合格率在80%左右，如表1所列。

（2） 防洪方面。

2020年長江发生流域性大洪水，7～8月连续形成5次编号洪水，三峡水库发生建库以来最大入库洪峰75 000 m3/s。通过防洪研究成果的应用，以三峡水库为核心的流域控制性水库群共拦蓄洪水约500亿m3，避免了荆江河段、城陵矶附近、湖口附近蓄滞洪区的运用，水库群拦蓄情况如表2所列。尤其是在4，5号洪水期间，水库群联合调度分别降低岷江下游、嘉陵江下游洪峰水位1.4 m和2.3 m，降低川渝河段洪峰水位2.9～3.3 m，减少淹没面积约224 km2，减少受灾人口约70万人;避免了荆江分洪区的运用，避免了60余万人转移和3.29万hm2耕地、0.67万hm2水产养殖田（塘）被淹没，发挥了巨大的防洪减灾效益。

（3） 综合利用方面。

① 供水方面。优化水库群对长江中下游防洪调度的库容分布、水位控制，开展中小洪水滞洪调度实践，有效利用洪水资源。水库群按计划分梯次有序蓄水，合理安排起蓄时间，有效提高水库蓄满率，2018～2020年三峡水库连续3 a蓄满。蓄水期，三峡水库的下泄流量远大于批准的最小下泄流量，有效缓解了上游梯级水库群蓄水对长江中下游干流及两湖的影响。2018年以来，纳入联合调度的控制性水库在枯水季节累计向长江中下游补水约1 500亿m3，有效缓解了长江中下游枯水形势，保障了流域供水安全。

② 生态方面。每年5～6月份在宜昌-监利江段水温达到18 ℃以上时，调度三峡水库人为制造持续3～7 d的漲水过程，开展促进四大家鱼自然繁殖的生态调度试验，每年实施1～3次。根据沙市断面的监测数据分析，四大家鱼鱼卵年径流量2019年达到6.68亿粒，2020年达到20.22亿粒，为2011年监测以来的最高值，生态调度的涨水过程对促进四大家鱼繁殖具有明显效果。2018年在溪洛渡、向家坝和三峡水库开展联合生态调度试验，为鱼类创造了适宜产卵的水文条件和环境，对促进川渝河段重要的产漂流性卵鱼类的自然繁殖起到了一定作用。同时开展了溪洛渡分层取水生态调度试验，减轻水库滞温效应对生态环境的影响。

③ 发电方面。在确保防洪安全的前提下充分利用洪水资源，极大提高了水资源利用效率，也显著增加了水库发电效益。因联合优化调度、洪水资源利用等调度取得的发电效益显著，2018年三峡电站年发电量达1 016亿kW·h，创历史最高值，比设计年发电量多120亿kW·h，其中依靠联合调度为其有效利用汛期洪水资源约120亿m3。2020年，三峡电站累计发电量1 118亿kW·h，其中因优化调度利用洪水资源增发电量约58亿kW·h，刷新单座水电站年发电量世界纪录。同时，通过合理分配梯级电站水头和库容、充分利用汛期洪水资源，相关成果已在三峡梯级应用并上线部署，为金沙江下游和三峡梯级枢纽联合调度提供了重要技术支撑和参考，较同等来水条件下的常规调度增发电量5%左右，水量利用率提高4%左右。2018～2019年分别增发电107.74亿，105.23亿kW·h，经济效益显著。

4结 语

围绕长江上游梯级水库群多目标综合调度面临的关键科学问题，突破了水文预报、防洪调度、供水调度、生态安全、发电调度、水库群蓄水、应急调度、多目标联合调度等技术难题。但目前联合调度工程类别单一，主要为水库群，尚未实现与调水工程、蓄滞洪区、涵闸泵站等水工程系统的联合调度，尚未实现防洪、水资源、水环境、水生态等多目标协同调度[49]。在全球气候变化和长江大保护背景下，为更好发挥水库群在流域防洪、水资源配置、水环境保护与水生态修复等作用，亟待针对以下几个方面进行突破：

（1） 长江上游水库群联合防洪调度方案应随着流域防洪形势、工程防洪运用条件、长江防洪体系建设进展等变化而与时俱进、优化完善。这需要通过吸取多年研究成果和工作经验，不断地进行调整、改进、优化和完善，并在调度实践中加以应用和推广，因地制宜地深化细化相关技术方案。

（2） 当前关于水资源、水生态、水环境的研究相对孤立，提出的调度需求往往只考虑特定的研究对象，涉及的控制指标较为单一，尚未形成综合考虑多种因素的调度指标体系[50]。下一步，应当充分发挥流域水利工程的调蓄手段，统筹水资源、水生态、水环境需求及其相关的调度因素，促进“三水”融合，提高水资源综合利用效益。

（3） 以长江上游水库群综合调度为着眼点，进行了多维目标协同竞争机制的突破，下一步应当纳入更多具有调节性能的水库群，并将调度对象扩展到全流域的所有水工程，不断细化调度方式和控制参数，从物理机制上进一步挖掘发挥长江流域综合效益。

（4） 随着联合调度对象的扩展和深度覆盖，亟待建立包括水库群、蓄滞洪区、涵闸泵站、引调水工程等不同调度对象的多目标调度与决策体系，针对防洪、发电、水资源管理、水生态修复、水环境保护等不同调度目标，建立流域水工程多目标调度决策理论与方法体系，实现调度对象的全周期、多场景、多维度覆盖。

致谢

感谢“十三五”国家重点研发计划项目“长江上游梯级水库群多目标联合调度技术”（2016YFC0402200）研究团队多年来的共同攻关和鼎力支持。

参考文献：

[1]魏山忠.长江水库群防洪兴利综合调度关键技术研究及应用[M].北京：中国水利水电出版社，2016.

[2]水利部长江水利委员会.长江流域综合规划（2012～2030年）[R].武汉：水利部长江水利委员会，2012.

[3]水利部长江水利委员会.长江上游控制性水库优化调度方案编制总报告[R].武汉：水利部长江水利委员会，2016.

[4]中华人民共和国水利部.关于2021年长江流域水工程联合调度运用计划的批复[R].北京：中华人民共和国水利部，2021.

[5]中国长江三峡集团有限公司.三峡（正常运行期）-葛洲坝水利枢纽梯级调度规程（2019年修订版）[R].北京：中华人民共和国水利部，2020.

[6]郭生练，陈炯宏，刘攀，等.水库群联合优化调度研究进展与展望[J].水科学进展，2010，21（4）：85-92.

[7]陈桂亚.长江流域水库群联合调度关键技术研究[J].中国水利，2017（14）：11-13.

[8]王浩，王旭，雷晓辉，等.梯级水库群联合调度关键技术发展历程与展望[J].水利学报，2019，50（1）：25-37.

[9]仲志余.长江上游梯级水库群多目标联合调度技术[J].中国管理科学，2017（6）：114-115.

[10]长江勘测规划设计研究有限责任公司.国家重点研发计划项目“长江上游梯级水库群多目标联合调度技术”科技报告[R].武汉：长江勘测规划设计研究有限责任公司，2021.

[11]长江水利委员会水文局.国家重点研发计划课题“面向水库群调度的水文数值模拟与预测技术”科技报告[R].武汉：长江水利委员会水文局，2021.

[12]杜涛，熊立华，李帅，等.基于风险的非一致性设计洪水及其不确定性研究[J].水利学报，2018，49（2）：241-253.

[13]胡向阳，丁毅，邹强，等.面向多区域防洪的长江上游水库群协同调度模型[J].人民长江，2020，51（1）：56-63，79.

[14]邹强，王学敏，李安强，等.基于并行混沌量子粒子群算法的梯级水库群防洪优化调度研究[J].水利学报，2016，47（7）：10-20.

[15]康玲，周丽伟，李争和，等.长江上游水库群非线性安全度防洪调度策略[J].水利水电科技进展，2019，39（3）：1-5.

[16]邹强，胡向阳，张利升，等.长江上游水库群联合调度对武汉地区防洪作用研究[J].人民长江，2018，49（13）：15-21.

[17]长江勘测规划设计研究有限责任公司.国家重点研发计划课题“水库群联合防洪补偿调度技术”科技报告[R].武汉：长江勘测规划设计研究有限责任公司，2021.

[18]CHEN S，XU J J，LI Q Q，et al.A copula-based interval-bistochastic programming method for regional water allocation under uncertainty[J].Agricultural Water Management，2019，217：154-164.

[19]长江水利委员会长江科学院.国家重点研发计划课题“适应多维度用水需求的水库群供水调度技术”科技报告[R].武汉：长江水利委员会长江科学院，2021.

[20]WAN R R，WANG P，DAI X，et al.Water safety assessment and spatio-temporal changes in dongting lake，China on the basis of water regime during 1980-2014[J].Journal of Water and Climate Change，2019，11（10）：1-5.

[21]蔡玉鵬，杨志，徐薇.三峡水库蓄水后水温变化对四大家鱼自然繁殖的影响[J].工程科学与技术，2017，49（1）：70-77.

[22]裴中平，辛小康，胡圣.三峡库区干支流水体营养状态评价[J].水力发电，2008，44（1）：1-4，58.

[23]水利部中国科学院水工程生态研究所.国家重点研发计划课题“面向江河湖库生态安全的水库群调度技术”科技报告[R].武汉：水利部中国科学院水工程生态研究所，2021.

[24]HE S K，GUO S L，CHEN K B，et al.Optimal impoundment operation for cascade reservoirs coupling parallel dynamic programming with importance sampling and successive approximation[J].Advances in Water Resources，2019，131：103375.

[25]陈柯兵，郭生练，何绍坤，等.基于月径流预报的三峡水库提前蓄水研究[J].武汉大学学报（工学版），2018，51（2）：112-116.

[26]郭生练，何绍坤，陈柯兵，等.长江上游巨型水库群联合蓄水调度研究[J].人民长江，2020，51（1）：6-10，35.

[27]武汉大学.国家重点研发计划课题“基于分区控制的水库群优化蓄放水策略研究”科技报告[R].武汉：武汉大学，2021.

[28]XU Y F，QIN B Q，ZHU G W.High temporal resolution monitoring of suspended matter changes from GOCI measurements in Lake Taihu[J].Remote Sensing，2019，11：985.

[29]翟婉盈，欧阳雪姣，周伟，等.长江干流近岸沉积物重金属的空间分布及风险评估[J].环境科学学报，2017，37（11）：4195-4201.

[30]朱惇，徐芸，贾海燕，等 三峡库区江段潜在水环境污染风险评价研究[J].长江流域资源与环境，2021，30（1）：180-189.

[31]水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院.国家重点研发计划课题“应对突发水安全事件的水库群应急调度技术”科技报告[R].南京：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，2021.

[32]华中科技大学.国家重点研发计划课题“水库群跨区发电调度协同优化技术”科技报告[R].武汉：华中科技大学，2021.

[33]YUAN L，ZHOU J Z，MAI Z J，et al.Random Fuzzy Optimization Model for short-term hydropower scheduling considering uncertainty of power load[J].Water Resources Management，2017，31（9）：2713-2728.

[34]HE Z Z，ZHOU J Z，MO L，et al.Multiobjective reservoir operation optimization using improved multiobjective dynamic programming based on reference lines[J].IEEE Access，2019，7：103473-103484.

[35]ZHANG Z D，QIN H，YAO L Q，et al.Improved Multi-objective Moth-flame Optimization Algorithm based on R-domination for cascade reservoirs operation[J].Journal of Hydrology，2020，581：124431.

[36]HE F F，ZHOU J Z，MO L，et al.Day-ahead short-term load probability density forecasting method with a decomposition-based quantile regression forest[J].Applied Energy，2020，262：114396.

[37]肖小刚，周建中，张祥，等.多级协同模式下华中电网大规模水电站群跨网调峰调度研究[J].水电能源科学，2020，38（3）：66-70.

[38]JIA B J，ZHOU J Z，CHEN X，et al.Deriving operating rules of hydropower reservoirs using Gaussian Process Regression[J].IEEE Access，2019，7：158170-158182.

[39]HE Z Z，ZHOU J Z，QIN H，et al.A fast water level optimal control method based on two stage analysis for long term power generation scheduling of hydropower station[J].Energy，2020：118531.

[40]中国水利水电科学研究院.国家重点研发计划课题“水库群调度风险决策理论及评估方法”科技报告[R].北京：中国水利水电科学研究院，2021.

[41]王丽萍，阎晓冉，王渤权，等.基于多维关联抽样的区间数灰靶决策模型及其应用[J].系统工程理论与实践，2019，39（6）：1610-1622.

[42]纪昌明，李荣波，刘丹，等.基于矩估计灰靶模型的梯级水电站负荷调整方案综合评价[J].系统工程理论与实践，2018，38（6）：1609-1617.

[43]NI X K，DONG Z C，XIE W，et al.Research on multi-objective co-opetition mechanism of Jinsha River downstream cascade reservoirs during flood season based on optimized NSGA-Ⅲ[J].Water，2019，11（4）：849.

[44]长江勘测规划设计研究有限责任公司.国家重点研发计划课题“水库群多目标综合调度集成技术”科技报告[R].武汉：长江勘测规划设计研究有限责任公司，2021.

[45]唐海华，罗斌，周超，等.水库群联合调度多模型集成总体技术架构[J].人民长江，2018，49（13）：95-98.

[46]朱思蓉，罗斌，黄樂瑶，等.流域规划时空数据管理关键技术研究[J].人民长江，2017，48（22）：97-102.

[47]黃瓅瑶，罗斌，朱思蓉，等.基于WebGIS的水库群调度拓扑设计分析与应用[J].人民长江，2018，49（13）：99-103.

[48]中国长江三峡集团有限公司.国家重点研发计划课题“水库群智能调度云服务系统平台开发与示范”科技报告[R].宜昌：中国长江三峡集团有限公司，2021.

[49]马建华.2020年长江流域防洪减灾工作实践及思考[J].人民长江，2020，51（12）：1-7.

[50]黄艳.长江流域水工程联合调度方案的实践与思考[J].人民长江，2020，51（12）：116-128，134.

（编辑：谢玲娴）