粵港澳大灣區水安全協同調控理論框架研究

陳文龍，馬志鵬，袁 菲，王 強，賈文豪，張 印

(1.珠江水利委員會珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611；2.水利部珠江河口治理與保護重點實驗室，廣東 廣州 510611)

水安全是指面對水資源短缺、水環境污染、水生態破壞和水災害加劇風險時水系統能夠維系安全的狀態，是水資源安全、水環境安全、水生態安全和水災害防治等關鍵要素的有機整合和協調統一[1]。近年來隨著我國經濟社會的快速發展，水資源短缺、水環境污染、水生態破壞、水災害加劇等“四水”問題日益嚴重，水安全面臨嚴峻挑戰[2]。對水安全系統關鍵要素進行人為干預，統籌推進“四水”系統治理，全面提升水安全保障能力，已成為流域治理工作的重中之重。

目前，水安全保障多以點(水庫、閘壩)、線(河道、渠系)連接為核心的工程措施為主，雖然能在一定程度上解決水安全問題，但水利工程建設耗費大量人力、物力、財力，且會對水文情勢和河流生境產生一定影響，破壞流域生態系統的穩定性。水安全調控綜合運用水庫、閘壩等工程措施與水工程調度、水資源管理等非工程措施，既可充分發揮自然要素對水循環及其伴生過程的多層次調節作用，又可充分挖潛現有水工程體系對流域水文過程和水動力條件的調控作用，從而實現水工程體系多能高效運轉，全面提升流域水安全保障能力。目前，水安全調控已成為流域水問題的熱點研究領域[3-5]，水工程多目標調度、水安全多維協同調控等理念和方法相繼提出，進一步豐富了水安全調控的內涵[6-8]。針對不同流域或區域水問題特征，有關學者也提出了不同的水安全協同調控模式，如吳志廣等[9]針對長江流域水資源開發保護的整體性與系統性水問題治理目標，提出了“四水”問題多維系統治理與保護技術體系；張金良等[10]針對黃河流域巨系統，統籌考慮了河流基本功能維持、區域社會經濟高速發展、流域生態環境有效保護3個維度，研究了不同治理措施之間協同博弈效應；張弛等[11]指出開展松遼流域水資源綜合調控需深入認知“水量要素-水質要素-生態要素”的系統耦合機理，提出了“水量-水質-生態”兼顧的水資源綜合調控理論方法；周斌等[12]針對京津冀地區水利工程阻斷水循環、地下水超采嚴重、河湖污染加劇等突出水問題，提出了自然水循環的循環通暢和社會水循環協同均衡的整體調控思路及應對策略。由此可見，水安全調控需針對不同流域特性，辨析主要水問題，厘清流域水問題背后錯綜復雜的關系與機理，因地制宜構建協同調控技術體系，為流域水安全協同調控提供支撐。

粵港澳大灣區(以下簡稱“大灣區”)是全球四大灣區之一，也是我國開放程度最高、經濟活力最強的區域之一，具有重要戰略地位。大灣區地處珠江流域下游，上承西、北、東三江，下經八大口門與南海相通，上游水資源豐富，下游潮汐動力強勁，東、西、北三面環山，南面臨海，中部以沖積平原為主，呈現出“山-城-?！备窬?，中部平原水系發達，包括近100條骨干汊道組成的外江水系、1.2萬多條內涌與數以千計的湖塘水庫構成的內河水系兩部分，是“上中下游連通、江涌?；钡膹碗s巨系統。大灣區特殊的地理位置、地形地貌和水文情勢等自然條件導致水安全問題復雜多樣。為應對大灣區水安全問題，流域、區域不斷加強工程建設，流域骨干水庫群和區域閘泵群的工程體系已初具規模，隨著大藤峽水利樞紐通過正常蓄水位驗收、珠江三角洲水資源配置工程全線貫通，水安全調控的基礎日臻完善?！痘浉郯拇鬄硡^發展規劃綱要》與十四五發展規劃等一系列重要文件提出了“建設國際一流灣區”的目標，大灣區將持續推進高質量發展，進一步提升水安全保障水平。針對大灣區當前在防洪排澇、供水保障、水生態環境保護等方面存在的問題，迫切需要開展水安全調控研究。

基于此，針對大灣區突出的城市暴雨洪澇、流域性洪水、風暴潮、咸潮上溯、內河水系水環境污染等水問題，本文以水安全調控為主要研究目標，系統梳理水問題特性，闡明大灣區水安全問題的核心機理以及彼此之間復雜的時空聯系、交互作用和協同原理，提出大灣區水安全協同調控理論框架，為大灣區水安全保障和高質量發展提供理論支撐。

1 大灣區水安全問題及其特征

近年來，在氣候變化和人類活動強擾動的背景下，大灣區在防洪潮、暴雨內澇、區域供水及水生態環境等方面水安全問題突出。一是洪潮澇疊加、水災頻發，防災形勢異常嚴峻[13]，1994年、1998年、2005年和2008年連續發生區域大洪水，2008年“黑格比”、2017年“天鴿”、2018年“山竹”風暴潮接連刷新最高潮位歷史記錄；二是當地水資源不足，依賴河道取水，河道供水占總供水量的70.4%，咸潮嚴重影響供水安全[14]；三是內河水環境污染嚴重，河湖水生態惡化問題突出[15-16]，其中珠三角9市廢污水年排放量較20世紀80年代末增加3倍以上，黑臭河涌水體點多量大，劣Ⅴ類水質河長近40%。

水循環過程決定了大灣區“四水”問題相互影響，氣候變化和高強度人類活動等因素使“四水”問題相互疊加，大灣區水安全問題呈現出空間聯動、“四水”關聯、多災同源的多維交織特性。

a.空間聯動。外江河網不僅承接上游流域來水，還面臨下游外海潮汐頂托，內河水系中河涌交錯、湖塘眾多，外江河網與內河水系以水閘相通，使得大灣區水問題呈流域上游-外江-內河-外海交互的空間聯動特征。主要體現為城市水災害受到上游流域洪水、下游外海潮汐與風暴潮、本地暴雨洪澇的共同影響；城市水資源受上游徑流與外海咸潮影響；城市水環境水生態與內河、外江聯動密切相關，污染物隨著連通的水系擴大到整個珠江三角洲水系。

b.“四水”關聯。水資源短缺、水環境污染、水生態破壞、水災害加劇等往往不是以單一形式出現，而是相互影響、相伴相生。水生態問題會導致水體自凈能力下降，進而造成或加劇水環境問題；水環境惡化會進一步加劇水生態系統的破壞，并導致水質型缺水的問題；城市洪澇污染問題交織，城市內澇會導致排水管網的污水溢流，造成水環境進一步惡化。

c.多災同源。大灣區水安全問題存在明顯的多災同源特性，例如河床大規模不均衡下切是外江水問題的關鍵致災要素，水動力不足和底泥污染是內河水問題的關鍵致災要素。21世紀以來，西、北、東三江主干河道的平均下切幅度分別為2.5 m、1.2 m、0.4 m，外江河床下切導致整體漲潮動力增強、徑潮動力格局發生調整，致使咸潮上溯加劇，威脅供水安全，也會引起關鍵節點分流比變化，從而影響大灣區現有防洪格局。大灣區內河淤積深度平均達0.5 m，污染底泥不利于生物生存繁衍；底泥在一定條件下向上層水體釋放污染物導致水環境惡化；底泥淤積導致涌容減小，區域可調蓄空間減少，加劇內澇風險；河涌蓄淡后受底泥釋放影響，可利用周期縮短，制約水資源的可持續利用。珠江三角洲河網區目前發展成為一個高度閘控的復雜水系，閘控段水動力進一步變弱，非閘控段則受到往復流影響，水流緩滯，導致內河污染物沉積，水體自凈能力減弱，水環境急劇惡化。

2 大灣區水安全調控系統結構與機理

水安全調控是指通過水工程調度和水動力控導，改變區域的水文過程和水動力條件，解決或改善防洪排澇、水資源、水環境和水生態問題。水安全調控的本質是對水文過程和水動力過程中的要素或邊界條件進行調控、整治，使自然系統狀態處于合理的閾值區間。本文考慮大灣區“四水”問題中較為典型的河勢穩定、外江洪潮、城市暴雨洪澇、咸潮上溯、城市內河水環境水生態問題，對水安全調控系統展開研究。

2.1 水安全調控系統結構

2.1.1河勢調控子系統

河勢調控子系統通過調節水沙的科學分配，進而影響河勢，實現河勢的健康穩定。大灣區健康的河勢主要表現為3個方面：關鍵節點及八大口門分流比保持穩定；伶仃洋和黃茅海河口灣形態基本維持、灘槽格局和納潮容積基本穩定；岸線不崩岸，主槽不改道。河勢調控子系統中的整體河勢調控一是通過思賢滘、天河—南華等關鍵節點控導，配合流域骨干水庫構建流域水沙調控體系，以調控西江、北江河網片分水分沙，維護西江、北江三角洲格局相對穩定；二是通過河口規劃治導線及岸線灘涂功能區管控，維持河口灣岸線以及“三灘兩槽”格局基本穩定。局部河勢調控通過導堤、丁壩、潛壩等工程控導，束水塑槽、滯流分沙、保灘促淤。

2.1.2內河水環境水生態調控子系統

內河水環境水生態調控子系統通過改變水質、水溫、流速、光照、溶解氧、河床形態等，加快內河涌的污染物質循環速率或物質轉化效率，進而實現水清、水多、水動、水生物多樣化。具體措施包括：聯圍水量水質調度，通過群閘聯調引水、留水、分水、活水；聯圍清淤塑床調度，引入外江中小洪水沖刷聯圍內淤積底泥，降低內河涌河底高程，增加水環境容量；河涌低水位運行，通過閘泵控制降低河涌水位甚至露出局部河床淺灘，增強泥-水界面光照和溶解氧條件，促進底泥氧化及植物生長，提升河涌自我修復能力。

2.1.3外江咸潮調控子系統

外江咸潮調控子系統通過“上補、中蓄、下阻”等防咸措施[17]，使咸潮不影響取水供水，保障供水安全。其中，“上補”即通過流域水庫群枯季水量調度，增加上游徑流動力與水量，為大灣區重要水源的取水創造條件；“中蓄”即通過珠江三角洲河網區水源工程群的調蓄，提升供水水庫蓄淡能力，在水體咸化時采取暫停取水或摻混降低含氯度等措施，保障水源的供應；“下阻”即通過攔門沙治理、河口治導等工程措施或水下拍門等應急工程，降低外海咸潮上溯動力，從源頭削弱咸潮。

2.1.4城市暴雨洪澇調控子系統

城市暴雨洪澇調控子系統通過對市政排水系統與江河湖庫的聯排聯調，改變區域產匯流條件及管道、河網的水動力條件，實現暴雨不致災[18-20]。其中，聯排聯調可分為兩類。一類是雨前-雨中-雨后全過程精細化調控：暴雨前，對水庫、河涌等調蓄設施進行預騰空或預降水位；暴雨中，根據暴雨洪澇全要素監測和實時預報情況統籌調度[21]，對洪澇水進行科學的排、蓄、截、分、防，降低河涌水位；暴雨后，及時恢復河涌水環境、水生態及水景觀管控水位。另一類是對部分市政基礎設施非常規調度，如結合臨時交通管制調度，將部分道路作為行泄通道等。

2.1.5外江洪潮調控子系統

外江洪潮調控子系統通過聯合調度流域上、中、下游水工程群，管控外江水位，科學調洪，避免或減少洪潮災害損失。其中，在流域層面，通過充分利用干支流水庫、蓄滯洪區聯合調度，發揮攔洪、錯峰、削峰作用，調控西、北、東江流域洪水；在區域層面，通過思賢滘等關鍵節點調控，保障河網泄洪通暢，科學運用大灣區分洪閘、擋潮閘等工程，分洪擋潮。

2.2 水安全調控機理

系統內部運行機理是水安全精細化調控的重要理論基礎，大灣區水安全調控機理主要包括水動力與河勢演變互饋機理、不同動力條件下的河道底泥污染物遷移轉化機理、復雜河口多動力耦合作用下的咸潮運動機理。

2.2.1水動力與河勢演變互饋機理

挾沙水流是河槽沖淤和形態塑造的主要驅動力，通過水動力控導可調整河道水沙關系，促進河道自動調整，改善不利河勢。近年來，采砂和航道疏浚等強人類活動使外江河床出現大規模不均衡下切，導致西、北江分流比調整，破壞了河網局部汊道間、河網與口門區徑潮動力的平衡關系，進而改變防洪(潮)、供水格局[22]，需要通過水動力控導進行適當干預，重塑對水安全有利的河勢條件。厘清水動力與河勢演變的互饋過程是系統開展水動力控導的基礎，因此亟須開展水動力與河勢演變互饋機理研究，主要包括：①揭示河口上段思賢滘分流變化機理，量化河床和潮汐變化對節點分流的影響，為思賢滘分流控導提供依據；②揭示河口下段口門格局演變機理，闡明口門攔門沙在徑潮波流動力作用下的演變規律，明晰強擾動后攔門沙演變趨勢，為攔門沙整治提供依據；③研究巨型采砂坑影響下伶仃洋河口灣徑潮動力格局變化，闡明河口灣動力變化對河網區泄洪納潮的影響，預測河口灣灘槽演變趨勢，為河口灣灘槽修復提供理論依據。

2.2.2不同動力條件下的河道底泥污染物遷移轉化機理

近年來，大灣區大部分水域已實現沿岸截污，但水環境質量并未得到明顯改善，很大程度上是由于水體底泥污染未能得到有效控制[23]?？梢?，在外源污染得到有效控制的背景下，迫切需要深入開展不同水動力條件下底泥污染物遷移轉化規律的研究，主要包括：①研究城市山區型河道和感潮河道在底泥及上覆水體中的典型污染物及其特征差異；②量化不同河道內溶解氧含量及分布與水動力(流速、水深)及水溫條件的關系；③揭示復雜水動力條件下水體-底泥-污染物動態耦合環境效應，包括不同水流條件下泥-水界面污染物擴散釋放特性及其水動力影響機理、底泥物理性質對污染物靜態釋放的影響、污染底泥起動再懸浮釋放機理等；④研究有氧和厭氧環境下各種底泥功能微生物生化機制，為土著功能微生物定向富集和強化修復提供科學依據。

2.2.3復雜河口多動力耦合作用下的咸潮運動機理

目前河口咸潮防控主要通過調控流域上游出庫流量，增大河道徑流動力，將鹽分推向河口，抑制咸潮上溯。但在遭遇特枯或連續枯水年的極端情況下，上游水庫蓄水不足，可調水量有限甚至無水可調。旱上加咸的不利局面下，亟須提高上游調水壓咸的精準度，同時輔以下游工程阻咸措施徹底解決咸潮上溯問題[24]?？梢?，在極端氣候條件下迫切需要深入開展復雜河口多動力耦合作用下的咸潮運動機理研究[11]，主要包括：①研究珠江河口咸潮運動時空變化規律，包括半月潮周期內大、中、小潮期間咸潮運動規律的差異性和咸潮上溯的距離變化及垂向分層規律等；②解析半月潮周期內咸潮的輸運機制，揭示潮平均余流、重力環流及潮汐振蕩作用對咸潮運動的驅動效應；③闡明復雜徑潮交互作用下河口表、底層鹽分蓄積-混合機理，識別咸界變化的關鍵驅動因子，為精準調水壓咸和河口阻咸措施提供理論支撐。

3 大灣區水安全協同調控原理、模型與理論框架

水安全協同調控是指在水安全(單目標)調控的基礎上，充分考慮水安全系統的整體性、均衡性，以上游水庫群、三角洲閘泵群以及大灣區河勢為調控對象，以水安全調控子系統之間的關聯關系為協同調控原理，通過水工程調度及水動力控導協同改變區域水文過程和水動力條件，產生多系統合作或競爭作用下的有序結構，提出多重約束條件下的水問題治理最優決策，實現水問題的交互式協同治理。

大灣區的水安全調控基于流域系統整體觀，通過綜合考慮多尺度、多目標、多對象、多手段間的交互作用，對孤立的子系統進行聯合調控，在傳統調控功能的基礎上產生宏觀尺度上的調控結構和調控功能，實現兼顧多系統、多方面、多環節、多要素的理想狀態。從調控尺度來看，大灣區水安全協同調控能夠綜合考慮流域、區域不同尺度所關注的水問題與水安全內涵的差異，以及不同尺度上水安全調控的關聯性；從調控目標來看，綜合考慮了“四水”問題間的復雜聯系，在解決傳統調控目標的基礎上，進一步擴充了目標集的維度；從調控對象來看，大灣區水利工程眾多，水安全協同調控能夠充分挖掘水庫群、閘泵群等各類水工程的潛力；從調控手段來看，實現水工程調度與河勢控導的結合，充分發揮不同調控手段協同作用時低成本、高收益的優勢。

3.1 水安全調控子系統協同原理

開展水安全協同調控須在水問題解析、水安全調控系統梳理及協同調控內涵明晰的基礎上，厘清子系統間的關聯關系，明確子系統協同原理(圖1)。

圖1 大灣區水安全調控子系統協同原理Fig.1 Collaborative principle of water security regulation and control subsystems in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

3.1.1河勢調控子系統與其他子系統的協同

無序采砂造成的外江水系河床大規模下切，是外江水問題的關鍵致災要素，影響大灣區的防洪、供水格局及水生態環境，考慮外江復雜水問題同源于河床下切，河勢調控要以“順應形勢、適當干預”為原則，以穩定整體河勢、調控局部不利河勢、兼顧河勢健康和水安全為目標，發揮一舉多得的協同調控效應。

a.河勢調控與外江洪潮調控協同。通過大灣區水系整體河勢調控，科學調配水沙，一方面可塑造河網片造床優勢動力，穩定河口灘槽格局；另一方面可優化水系泄洪納潮格局，合理安排洪水出路[25]。

b.河勢調控與外江咸潮調控協同。針對口門區局部不利河勢，如磨刀門攔門沙采砂區，通過水動力控導構造口門緩流區，促進攔門沙修復，在促使形成口門主支汊穩定格局的同時，發揮攔門沙的阻咸功能。

3.1.2城市暴雨洪澇調控子系統與外江洪潮調控子系統的協同

大灣區快速城市化推進導致“熱島效應”和“雨島效應”增強，城市內澇愈加頻繁，加上外江洪潮頂托，極端洪澇災害形勢嚴峻?？紤]大灣區水系空間聯動引發的洪潮澇交織特性，城市暴雨洪澇與外江洪潮調控系統應在流域-區域空間層面進行協同調控，從“由外向內”“由內向外”“內外結合”3個層次進行調控，實現洪潮澇共治。其一，當外江發生洪水時，根據預警提前預降或騰空內圍水系水位，洪峰期間開閘“由外向內”分洪；其二，當城市發生超標準降雨時，利用流域上游水庫攔洪、削峰，降低外江水位，“由內向外”排澇；其三，當強降雨與外江洪水遭遇時，在上游水庫調蓄的同時，調控區域閘泵群有序向外江排澇，保障外江水位不超過河道的過流能力，“內外結合”盡可能降低洪澇災害損失。

3.1.3內河水環境水生態調控子系統與其他子系統的協同

大灣區城市洪澇災害頻發、雨水徑流污染交織，城市內河淤積污染嚴重?？紤]污染底泥淤積和水動力不足是內河交織水問題的兩大關鍵致災要素，通過內河水環境水生態調控、城市暴雨洪澇調控及外江洪潮調控間的協同，可同步改善污染底泥和水動力，統籌治理洪澇污問題。

a.內河水環境水生態調控與城市暴雨洪澇調控協同。一方面，調控內河低水位運行是兼顧水環境治理和內澇防御的有效措施，不僅可增強水動力對底泥的擾動，提高水體溶解氧和水溫，充分利用光降解和光催化作用去除底泥污染物；還可增加內澇調蓄容積，有利于防御城市暴雨洪澇。另一方面，暴雨內澇時盡可能調蓄澇水進入城市湖泊(濕地)，充分利用湖泊(濕地)調蓄洪澇與水體凈化的雙重功能，同步改善水污染和防治洪澇。

b.內河水環境水生態調控與外江洪潮調控協同。外江發生洪水時，通過適度開閘引洪水至內河水系，可減小下游防洪壓力，同時利用洪水清淤塑床，一則降低內河涌河底高程，增加河道蓄水容積，提高水環境容量；二則削減河涌淤泥內源污染，改善內河水環境水生態。

3.1.4外江咸潮調控子系統與外江洪潮調控子系統的協同

大灣區外江咸潮主要發生在枯水期，洪潮發生在洪水期，時間層面二者相互獨立，但調控系統彼此間卻存在相互影響甚至負面效應，統籌防洪、阻咸的時間與目標進行協同調控，可兼顧供水效益和防洪效益。在時間尺度上，統籌全年進行“汛末蓄水”和“前蓄后補”，即上游水庫在確保防汛安全前提下，在汛末搶抓時機存蓄淡水，為枯水期壓咸調度做好準備；在目標層次上，協調河口安全泄洪與咸潮上溯防治，攔門沙阻咸具有生態友好、抑咸時效長的優勢，但同時也會抬高侵蝕基面，對河道尾閭泄洪排沙不利，因此需兼顧泄洪、阻咸多目標進行攔門沙整治。

3.2 水安全協同調控關鍵技術需求

水工程調度與河勢控導是水安全協同調控的核心技術手段。大灣區具有流域-外江-內河-外?？臻g聯動特性，并已形成了較為完備的水工程體系，亟待研究耦合多維目標，涵蓋多個尺度，包含多種對象的調控技術手段：①流域-外江-內河-外?？臻g聯動與復雜水工程系統概化的水流-泥沙-污染物多要素輸運模擬。在對水庫、閘泵等不同類型水工程系統概化的基礎上，利用關鍵變量實現流域-區域的耦合嵌套，并通過數值模擬對復雜水工程系統進行綜合模擬，揭示水流、泥沙、污染物等多種要素的輸運轉化規律。②多目標-多尺度-多對象背景下的需求分析。運用邏輯分析方法構建系統的網絡圖和目標集合，構建自上而下的需求識別模式和自下而上的需求表達模式，明晰不同情景下的水工程系統調度的閾值，確定滿足不同水動力目標的河勢控導約束條件。③復雜水工程耦合河勢協同調控系統優化。在復雜水工程系統概化與需求分析的基礎上，構建水安全協同調控決策模型，基于大灣區不同時空條件下水問題特征及其演化趨勢，實現河勢與水工程調控方案的最優動態決策，同時系統解決或緩解多種水問題。

3.3 水安全協同調控模型

考慮大灣區水安全調控子系統之間相互耦合、密切聯系，各子系統的合作或競爭可受相同原理支配，因此可通過協同的方法解決子系統間的耦合作用，最終獲得整體的最優解。協同優化(collaborative optimization，CO)是解決多學科綜合優化設計的一種算法[26]，本文以CO算法為基礎，構建水安全協同調控模型，實現水安全調控子系統獨立優化，同時兼顧水安全協同調控的經濟性。

3.3.1系統級優化模型

系統級優化模型為

(1)

3.3.2子系統優化模型

子系統優化模型為

(2)

3.3.3大灣區水安全協同調控模型

大灣區水安全協同調控系統分為系統級模型和調控子系統模型，以水動力(包括水位、流速、流量等因子)作為決策變量sj。系統級模型考慮水安全協同調控總成本達到最小。大灣區水安全協同調控系統構架如圖2所示，協同過程為：①系統級傳遞一個期望值給子系統，子系統獨立優化，使優化的結果在滿足自身約束條件下，盡可能地接近系統級分配的期望值；②將各個子系統優化的結果作為參數傳遞給系統級，系統級優化的方向是盡可能地協同各個子系統相互耦合的變量，并使目標函數值最優；③經過系統級和各個子系統級之間的多次迭代，得到最優結果。

圖2 大灣區水安全協同調控系統Fig.2 Water security collaborative regulation and control system in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

3.4 大灣區水安全協同調控理論框架

由水安全協同調控的概念可知，協同調控相較于傳統調控的特征在于子系統相互協同運行，并產出超越自身單獨作用而形成整體系統的協同效應?；趯λ踩{控子系統結構的梳理，構建了水安全協同調控的理論框架，如圖3所示。

圖3 大灣區水安全協同調控理論總體框架Fig.3 Overall theoretical framework of water security collaborative regulation and control theory in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

4 大灣區水安全協同調控理論應用

珠江河口是大灣區的核心區域，呈現三江匯流、河網密布、八口入海、兩灣納潮的特點，具有典型的“滘-網-口-灣”多層級水系結構，如圖4(a)所示。本文以“滘-網-口-灣”為主體，以河勢調控和水工程調度為調控手段，以水災害防御、水資源保護、水環境治理和水生態修復為調控目標，統籌五大調控子系統，開展大灣區水安全協同調控。

(a) 珠江河口滘、網、口、灣位置

(b) 中順大圍內河水系圖4 大灣區復雜水系圖Fig.4 Drainage map of Guangdong-HongKong-Macao Greater Bay Area

a.滘調。統籌考慮防洪、抑咸、河勢穩定等效益最大化，協同河勢調控與外江洪潮、咸潮調控子系統，通過上游水工程聯合調度，結合思賢滘生態控導工程，科學調控思賢滘流量及西、北江分流比。洪水期通過西、北江水庫群和潖江滯洪區聯合調度，控制思賢滘流量不超過標準洪水，若思賢滘發生超標準洪水，則通過思賢滘控導工程調控西、北江分流比，減緩下游重要防護區域的防洪壓力?？菟谕ㄟ^上游水庫調水保障思賢滘生態流量，在西江滿足壓咸流量的前提下，結合思賢滘控導工程適度向北江分水，保障北江枯季供水需求。

b.網通。統籌考慮防洪、排澇、水環境水生態等效益最大化，協同內河水環境水生態調控與城市暴雨洪澇調控及外江洪潮調控子系統，通過閘泵群聯控分水活水、清淤塑床，提升河涌、支流與主干河道的水體交換條件，提高水體自凈能力和水生態系統的聯通性，增加泄洪和納潮空間。以中順大圍(圖4(b))協同調控為例，洪水條件下，開閘分洪、引水沖泥；澇水條件下，開閘排澇，減輕區域防澇壓力；枯水條件下，結合天然潮汐動力，控制聯圍內水流由往復流變為單向流，提高水體置換速度。

c.口控。統籌考慮防洪、阻咸、河勢穩定等效益最大化，協同河勢調控與外江咸潮、洪潮調控子系統，通過控導口門河勢，減緩咸潮上溯強度，保障防洪、供水安全。以磨刀門攔門沙修復為例，按照“中心攔門沙+兩側東西汊槽道+近岸淺灘”的磨刀門修復思路，綜合考慮泄洪安全與阻咸效果，設計攔門沙的平面形態、頂點位置、沙頂高程及攔門沙兩側汊道泄洪寬度，以達到穩定河勢、暢泄洪水、抑制咸潮的效果。

d.灣穩。統籌考慮河勢穩定、防潮效益最大化，協同河勢調控與外江洪潮調控子系統，通過控導河口灣河勢，穩定納潮容積，保障防潮安全。在伶仃洋河口灣，通過規劃喇叭形治導線，保障河口灣大進大出的納潮能力；對于局部受損岸線灘涂，結合城市景觀與水生態環境保護需求，加快推進生態海堤工程建設的同時進行砂質岸線修復和重點沙灘保護；對于伶仃洋中灘出現的巨型采砂坑，探索以自然回淤為主的砂坑修復技術，以期減弱風暴潮、咸潮等海洋災害影響。

5 結 語

大灣區水安全問題多維交織，水安全協同調控具有得天獨厚的條件。本文梳理總結了大灣區水安全調控五大調控子系統，構建了大灣區水安全協同調控理論框架，通過探討各子系統的機理，以期實現調控的精細化和科學化；通過探討子系統之間的協同作用原理，以期實現水問題的交互式協同治理。進一步基于該理論框架，統籌考慮大灣區“四水”問題，協同五大調控子系統，提出“滘調、網通、口控、灣穩”的協同調控策略。

由于目前流域協同體制機制還不成熟，不同部門之間的數據共享機制還不完善，不同學科的關鍵科學問題及技術集成有待進一步提高，因此協同調控理論的應用還未完全落地。本文在明晰水安全協同調控系統結構、關鍵科學問題、協同原理、協同算法架構及關鍵技術需求等基礎上，闡述了大灣區水安全調控理論框架，并提出應用展望，為在學術研究和工程實際中靈活運用水安全協同調控理論和方法奠定基礎，為其他流域水安全協同調控提供借鑒與參考。