東江流域控制性水工程聯合調度策略與機制探討

宋利祥，劉 宇，何 用，楊 芳

（水利部珠江水利委員會珠江水利科學研究院，510611，廣州）

東江是珠江流域三大水系之一，發源于江西省尋烏縣，上游稱尋烏水，在廣東省河源市龍川縣楓樹壩庫區與安遠水匯合后稱東江，流經河源、惠州、東莞三市，于東莞市石龍鎮分南北兩水道注入獅子洋，是香港和廣東省東部各市的主要供水水源，同時也是河源、惠州、東莞等市防洪安全的重要保障。

隨著經濟社會的快速發展，東江流域用水需求迅速增加。根據廣東省水資源公報，按多年平均年來水總量統計（包括上游入境水量），東江流域2022年水資源開發利用率為26.8%。此外，東江流域水文氣象特征復雜，高強度人類活動改變了下墊面條件和天然產匯流機制，導致徑流形成過程發生變化，又受“龍舟水”和臺風雨等強降雨影響，洪澇災害時有發生，防洪形勢依然嚴峻。

新豐江、楓樹壩、白盆珠水庫因其控制面積廣、調蓄能力強，合稱東江流域三大水庫。已有研究表明，適時調度三大水庫，在防洪方面，可將下游博羅站100 年一遇洪水削弱為20 年一遇至30 年一遇；在水量調節方面，可將下游博羅站枯水期徑流占全年徑流比例從24%增加到29.1%。東江干流梯級電站眾多，三大水庫的出流過程還要經過東江干流梯級電站群的二次調蓄作用，各庫入流受制于上游水庫的蓄泄變化和發電情況。東江三大水庫與干流梯級電站為東江流域關鍵控制性水工程，在流域防洪、供水、生態保護等方面發揮著重要作用。合理運用這些控制性水工程對調控水資源時空分布、優化水資源配置、保障江河防洪安全、改善生態環境具有重要意義。多年來，專家學者針對東江流域水工程調度展開了大量實踐和研究，取得了豐富的經驗與成果，但仍面臨諸多挑戰與問題。

本文收集水工程多年運行的經驗、案例、數據，綜述東江流域控制性水工程聯合調度在管理體制、防洪調度、水量調度等方面的研究、實踐現狀，通過數學模型、統計等方法，對現狀調度體制與機制中存在的問題進行分析，并從管理、技術、研究等角度提出建議與對策。

一、流域水工程概況

東江流域面積（含三角洲）35 340 km2，共有水庫1553 座，總庫容224.24 億m3。其中，三大水庫總集雨面積11 740 km2，占流域總面積的33.2%，總庫容170.48億m3，占流域總庫容的76%，在流域防洪、供水、生態保護等方面發揮著重要作用。三大水庫基本情況如表1所示。東江干流沿江而下12座梯級電站基本參數如表2所示，所有水庫均設計為低水頭徑流式電站，主要功能為發電、航運、灌溉等，除東江水利樞紐位于惠州市外，其余11座均位于河源市，見圖1。

圖1 東江干流水工程概化圖

表1 東江流域三大水庫基本情況

表2 東江干流梯級電站基本情況

1.運行管理體制

根據《廣東省重要水工程防洪調度管理辦法（試行）》，三大水庫壩址發生10年一遇以下洪水由屬地河源市水務局、惠州市水利局負責組織實施防洪調度，10 年一遇至20 年一遇洪水由廣東省東江流域管理局負責組織實施防洪調度，20年一遇以上洪水由省水利廳負責組織實施防洪調度。

東江干流12座梯級電站無防洪功能，防洪調度主要根據設計調度規則執行。河源市11座梯級電站則由屬地龍川、和平、東源、源城等縣區水行政主管部門負責組織實施防洪調度，東江水利樞紐由惠州市水利局負責組織實施防洪調度。

2.防洪調度機制

根據《廣東省東江防御洪水方案》，東江流域重點防洪對象包括河源市、惠州市區和東莞市區及東莞大堤保護范圍各鎮。比較重要的防護對象包括河源市龍川縣縣城，惠州市博羅縣縣城、惠東縣縣城，東莞市沿線其他各鎮區及東江中下游、東江三角洲相對重要的堤防保護區。三大水庫防洪調度規則如表3所示。其中，新豐江水庫汛限水位前汛期（4—6月）為113~114 m，中汛期（7—8月）為114~115 m，后汛期（9—10月）為115~116 m，水庫主要采用預報湊泄博羅站流量進行調洪。楓樹壩水庫汛限水位4—6月為161~162 m，7—9月為162~164 m，汛末回蓄到166 m，水庫通過湊泄龍川站流量進行調洪。白盆珠水庫汛限水位為75 m，水庫以錯峰調節為主要調洪方式，根據庫水位及入庫流量進行調洪。

表3 東江流域三大水庫防洪調度規則

東江干流12座梯級電站防洪規則均以最大發電流量為控制：當上游來水量小于最大發電流量時，閘門全部關閉，正常發電，同時控制發電流量維持上游水位穩定；當來水量大于最大發電流量但小于正常發電閾值時，同時視上游來水與水位適當開啟閘門，宣泄多余來水，維持上游正常水位；當發生較大洪水，來水量大于正常發電閾值時，停止發電，閘門全開，恢復河道天然泄洪狀態。

3.水量調度機制

根據《廣東省東江水量調度管理辦法》《廣東省東江流域新豐江、楓樹壩、白盆珠水庫供水調度方案（試行）》等規定，三大水庫、梯級電站和取水戶水量調度服從廣東省東江流域管理局統一調度，遵循主要重要斷面流量控制，具體為：龍川、博羅斷面生態基流分別不小于35 m3s、79 m3s，博羅斷面下泄流量不小于320 m3s，保證率原則上應大于90%，但調度期內若出現連續區間來水較常年同期偏少，允許按破壞深度不超過20%管控。當流域發生可能危及供水和重要工程設施安全的洪水時，可對三大水庫、東江干流梯級水電站等進行應急調度，水量調度服從應急調度。

二、存在問題分析

1.庫區臨時淹沒問題嚴重制約水庫工程防洪效益發揮

雖然三大水庫設計調蓄性能優越，但是居民仍占據著部分庫區土地，制約了其調蓄性能的充分發揮，不利于水庫的科學調度。特別是楓樹壩、新豐江水庫均未能解決各自防洪高水位線以下的移民問題，導致約22.44億m3防洪庫容無法有效利用。

通過構建東江流域三大水庫聯合防洪調度模型，對庫區臨時淹沒問題約束下的防洪能力進行計算分析，選擇1959年6月及1966年6月兩場洪水作為典型，這兩次洪水對下游控制站博羅而言，洪峰、洪量都接近100年一遇洪水，而且兩次洪水的組成各有不同特點。1959年6月洪水主要來自三大水庫以下區間，頻率與博羅站基本一致，均接近于100年一遇，而上游三大水庫只發生約5年一遇的較小洪水。1966年6月洪水組成接近于全流域平均發洪，下游博羅站洪峰流量及7天、15天洪量均接近100年一遇，上游三大水庫也均發生較大洪水。

按照表4 所述方式對兩場洪水進行設計和縮放，經過計算，得到如下結果。

表4 東江流域設計洪水縮放方式

①若東江流域發生1959 年6 月型（中下游為主）100 年一遇洪水，三大水庫嚴格按規則調度可將博羅站流量從100年一遇削減到20年一遇至30年一遇，但新豐江水庫水位會超過現狀移民線。若需嚴格控制新豐江水庫水位不超移民線，可防1959年型50年一遇洪水。若要防御100 年一遇洪水且不超移民線，需將新豐江水庫水位降低至112.5 m起調。

②若流域發生1966年6月型（全流域均發）設計洪水，三大水庫嚴格按規則調度可將博羅站流量從100年一遇削減到5年一遇至20年一遇，但三大水庫最高水位均會超過現狀移民線。三大水庫若按現狀汛限水位起調，水庫水位不突破現狀移民線，僅能防1966年6月型5年一遇設計洪水。

③若遭遇1966年6月型100年一遇設計洪水，嚴格按規則調度，新豐江水庫水位需降低至105.9 m起調，水庫水位可不突破現狀移民線；楓樹壩起調水位即使降低，對水庫最高水位影響也不大，因為洪水是多峰過程，主峰來臨前水庫水位已抬升較多；白盆珠水庫水位需降低至63.4 m起調，水庫水位可不突破現狀移民線。

綜上，即使降低三大水庫汛限水位，水庫在防御流域洪水的調度過程中，仍然可能發生庫區臨時淹沒問題。

2.三大水庫現行防洪調度規則可操作性不強

三大水庫現行聯合調度方案的計算依據是1984年編制的《東江流域三庫聯合調洪報告》，自編制以來從未運用于流域防洪調度實踐，可操作性不強，主要表現在以下幾個方面。

①由于預報的不確定性，湊泄調度存在困難。新豐江出庫洪水演進至博羅時間較長（約39 h），降雨預報的不確定性導致新豐江—博羅區間洪水預報可靠性不足，現有調度方案通過調度新豐江水庫湊泄博羅斷面流量難以操作。雖然楓樹壩出庫洪水演進至龍川時間較短（約9 h），但楓樹壩—龍川區間集水面積不大（2499 km2），降雨預報在小流域的精準性難以保證，現有調度方案通過調度楓樹壩水庫湊泄龍川斷面流量操作也存在困難。

②在庫區臨時淹沒問題約束下，調度規則條件與水庫實際情況不符?，F行調度規則建立在新豐江水庫起調水位為116 m 的假設條件上，未制定讓水庫盡量不超過現狀移民線的調度規則。新豐江水庫調度規則如表3 所示。然而，新豐江水庫實際移民線為116 m，自建庫以來，新豐江最高水位為116.701 m，出現在1983 年6 月。此后，新豐江水庫最高水位從未突破116 m。因此，該規則難以有效指導實際水庫調度工作。實際運行中新豐江水庫通過發電流量控制水位，使水位即使在調洪過程中也盡量不超過116 m。

③現有調度管理辦法未明確不同主體調度如何有序合理銜接。東江流域三大水庫洪水調度根據洪水量級采用分級負責方式，涉及廣東省水利廳、廣東省東江流域管理局及河源市水務局、惠州市水利局。由于洪水發展過程難以準確預測，一場洪水可能會涉及多個調度主體，不同調度主體對于調度的理解不一致，如何做到有序合理銜接是需要解決的問題。如河源市水務局的先期調度是后續廣東省東江流域管理局調度操作的基礎，現有調度方案的判別條件、調度操作不夠細化，需要基于風險最小考慮，進一步細化調度規則，做到有序合理銜接。

3.防洪運用與供水運用未能有效協調平衡

三大水庫的運用對東江流域防洪與供水調度均有決定性作用。但在庫區淹沒問題約束下，新豐江、楓樹壩水庫防洪與興利調度都在興利庫容中進行，白盆珠水庫的防洪效果也受到很大影響。水庫運行過程中，防洪調度要求水庫盡可能騰出庫容以備調蓄洪水；興利調度要求水庫盡可能多蓄水，以滿足用水要求。兩者的關系如何協調結合，關鍵在于汛期水庫水位的科學合理控制和調洪庫容的合理運用。目前，三大水庫在實際調度運行中已經形成一些好的經驗，但也存在一些不足。

①汛期，水庫通過水位動態控制，保障防洪安全的同時盡量蓄水，但汛末水位年度變化較大，部分年份難以達到蓄水目標。三大水庫自2008年以來多年平均逐月水位如圖2所示，多年平均逐月出入庫流量如圖3所示?？梢?，新豐江、楓樹壩水庫來水集中在前汛期，主要受前汛期鋒面雨（龍舟水）影響，6月份最大。白盆珠水庫來水則分布于整個汛期，同時受“龍舟水”及“臺風雨”影響，8月份最大。三大水庫汛期運行方式為：日常調度中視來水情況，控制發電流量逐步抬高水庫水位，當發生洪水時，視實測與預報來水，通過加大發電流量進行預泄、開啟溢洪道泄洪等方式，在保障下游防護對象安全、水庫安全與庫區臨時淹沒區安全的同時緩慢回蓄水量。

圖3 東江流域三大水庫多年平均逐月入庫、出庫流量

為保證防洪安全，三大水庫在汛前降低水位運行，然而開始蓄水時機難以確定，導致汛末水位年度變化較大，部分年份難以達到蓄水目標。自2008 年以來，三大水庫汛末（10 月20 日）水位如表5 所示。多年平均蓄滿率分別為：新豐江水庫79%（庫水位109.15 m），楓樹壩水庫69%（庫水位155.1 m），白盆珠水庫84%（庫水位72.15 m）?？傮w平均蓄滿率為78%。其中，汛末蓄滿率為水庫汛末水位對應庫容與正常蓄水位對應庫容的比值。

表5 2008—2022年東江流域三大水庫汛末水位

三大水庫最低汛末水位均出現在2021年（流域2020—2021連續兩年遭遇罕見旱情），其中新豐江水庫96.5 m，對應蓄滿率為47%；楓樹壩水庫145.88 m，對應蓄滿率為46%；白盆珠水庫66.19 m，對應蓄滿率為48%。

新豐江水庫最高汛末水位出現在2016 年，為114.51 m，對應蓄滿率為94.8%；楓樹壩水庫最高汛末水位出現在2016 年，為162.84 m，對應蓄滿率為89.2%；白盆珠水庫最高汛末水位出現在2013 年，為76.75 m，對應蓄滿率為117.2%。

受庫區臨時淹沒問題影響，若將水庫汛末蓄水目標定為正常蓄水位，顯然不具備操作性。因此，在東江流域水量調度計劃中，一般將三大水庫汛末蓄水目標定為新豐江水庫113 m以上、楓樹壩水庫162 m以上、白盆珠水庫73 m以上。即使如此，能達到汛末蓄水目標的年份仍屈指可數，尚有較大的優化空間。

②目前，三大水庫汛期水位控制相關執行方案的編制與審批單位如表6 所示?？梢?，相關執行方案分別由不同單位進行編制與審批，由于缺少統一的水庫年度分階段調度計劃編制技術規范，相關年度方案的編制由各單位依據各自經驗編制，而各單位權、責、利不盡相同，可能存在不一致的情況。

表6 東江流域三大水庫汛期運行方案編制與審批單位

③汛期日常調度計劃與防洪應急調度方案難以銜接。三大水庫汛期日常運行的指導方案是《水庫汛期運用計劃》與《流域水量調度計劃》，指導防洪調度的是防洪調度規則。近年水庫運行過程中通常將水位控制在汛限水位以下數米，而現行調度規則以汛限水位作為起調水位，尚未對水庫低水位時遭遇洪水的調度方式進行設計，從而導致日常運行方案與應急防洪調度方案之間難以銜接，因此，水庫在遭遇洪水時，僅能依靠經驗開展調度。

4.流域水工程聯合優化調度機制尚未建立

東江流域地跨廣東、江西兩省，流域重要水工程涉及不同行業，分屬于不同運行管理單位和利益主體，尚沒有統籌上下游、左右岸、干支流開展常規調度。水工程聯合調度運用機制尚未建立，亦未編制聯合調度規程，尚無水工程多目標（防洪、供水、生態、航運）聯合優化調度方案。防洪調度中，水工程之間缺少協同，各自獨立調度可能對流域整體防洪造成負面效果。水調電調矛盾依然存在，當來水不足的時候，發電目標與蓄水目標難以同時實現。

5.技術支撐存在短板

聯合統一調度專業性強，需要分析的雨情、水情、工情數據復雜多樣，需要進行的水文學、水力學計算繁難，相關技術支撐存在短板，尚無實現流域洪水預報、預警、預演、預案的“四預”平臺。全流域內的雨情、水情、工情、災情、水資源、視頻監控信息等尚未實現整合和集中，流域內各工程運行數據信息共享困難，缺乏實現水工程聯合調度智慧決策支撐的應用系統。各水工程各自為政，以人工會商為主，缺乏高效便利的信息化預報調度、輔助展示和決策指揮系統，未實現高效預報、決策和調度。

三、建議與對策

1.強化流域統一調度、統一管理

①從以流域為單元產流、匯流、演進的客觀規律出發，把流域作為一個有機整體和基本單元。充分發揮水利部珠江水利委員會在流域統一調度、統一管理方面的作用，協調解決跨省防洪、水資源調度問題，充分發揮斗晏、楓樹壩等水庫間的水量補償與反調節作用。

②珠江流域水資源豐富，多年平均水資源總量5201億m3，占全國的18.3%，居全國第二，但流域內水資源分布與使用極不平衡，東江流域水資源開發利用程度遠高于其他流域。亟須從全流域角度對水資源空間進行優化配置，加強跨區域調水工程的探索、建設與管理，解決水資源分布和使用極不平衡的問題，提高區域用水保障率。

2.制定科學、公認的流域水工程聯合優化調度方案

①研究制定東江流域水工程聯合調度管理辦法或聯合調度規程。明確聯合調度范圍，包括防洪調度、水量調度、生態調度、應急水量調度等。按照“統一管理、分級負責”的管理體制界定水利部珠江水利委員會、廣東省水利廳、廣東省東江流域管理局和市縣水行政主管部門以及水工程運行管理單位的職責和調度權限。制定聯合調度運用規則，明確水工程運行管理單位報送工程運行相關信息的要求等，使水庫的聯合優化調度運行有據可依、有章可循。

②研究制定庫區臨時淹沒約束下的三大水庫運用方案與規程。一方面，通過研究庫區移民臨時淹沒補償方案等方式，恢復三大水庫被“侵占”庫容；另一方面，需研究制定考慮庫區臨時淹沒問題的水量調度方案與防洪調度方案，使三大水庫在運用過程中盡量不產生庫區臨時淹沒，又能最大限度發揮水庫防洪、供水、發電效益。

③加強梯級電站的監管。由具有調度管理權限的水行政主管部門強化對梯級電站的監管，加強水利信息化技術的應用，如裝設獨立、有效的監控視頻實時監控電站水位并預警。與相關部門研究商定有關梯級電站運營單位切實有效的制約機制，確保電站嚴格執行調度指令。

3.強化技術支撐，為調度決策提供理論依據

①加強流域水文特性研究?；跂|江流域多年水文氣象數據，使用統計分析方法解析東江流域降雨、三大水庫入流、控制站點徑流、下游重要取水口鹽度、潮位等水文氣象要素的趨勢性、突變性與周期性。準確解析流域不同階段來水時空變化規律，提升對流域產匯流特征的認識，為流域水工程不同時期調度策略的制定提供依據。

②加強東江流域汛期高精度水文氣象預報方法研究。準確、及時的水文氣象預報是水庫調度的關鍵，也是確定水庫實時調度運行方式的基礎，是支撐水庫群供水、防洪調度及洪水資源綜合利用的關鍵。傳統以落地雨驅動的實時洪水預報存在預見期短、長預見期下預報誤差較大等問題，難以滿足水利工程調度運行需求。確定性水文預報模型只能提供單一的確定性預報結果，無法量化洪水預報成果的不確定性，且難以實現對防洪風險大小的實時預估。因此，基于東江流域實際，構建適用于東江流域的分布式產匯流模型，研發東江流域汛期高精度水文氣象集合預報方法，是實現東江流域重要水工程聯合優化調度的關鍵。

③專題研究水庫汛期水位動態控制與洪水資源安全利用方式。目前，三大水庫防洪調度依據的汛限水位依然是20世紀80年代的設計成果，難以滿足現狀對防洪、蓄水的需求。因此，有必要依據工程本身條件、洪水規律、水庫管理部門積累的經驗和資料，以及現代科技手段等研究調整汛限水位設置和調洪庫容運用方式，在確保防洪安全的前提下，更科學合理地利用洪水資源，增加水庫枯水期可供水量。通過分析，不斷積累洪水資料系列、總結三大水庫運行管理實踐經驗、充分應用新的水文測報及通信等先進科學技術，重新研究制定三大水庫分期汛限水位及其運用方式，優化水庫防洪調度規則，充分利用洪水資源。

④水工程聯合優化調度的核心是調度指令的科學性和調令運行管理的時效性，而其效果取決于先進、實用的決策支持系統。借助智慧化系統管好用好江河湖泊和水利工程，提升洪水發生的預見性、預警時效性、信息準確性、指揮決策科學性，提升水利工程防洪調度和興利調度的運用水平。因此，需要加快建設智慧東江，為東江流域水工程聯合優化調度提供強有力的技術支撐。

四、結 論

①在防御流域洪水的調度過程中，即使降低三大水庫汛限水位，水庫庫區仍有可能被臨時淹沒。針對三大水庫防洪調度規則，應以庫區臨時淹沒問題為柔性約束，在遭遇極端洪水時啟用庫區臨時淹沒區。

②三大水庫在汛期調度過程中實施動態水位控制，根據自身蓄水位與入庫流量，不斷調整發電出庫流量，控制水位緩慢上升，在保障防洪安全的前提下盡量蓄水，調度成效顯著，但防洪與供水運用矛盾突出，調度多基于經驗進行，汛末蓄水量仍難達到目標。尚需加強相關基礎與技術研究，為調度決策提供科學依據。

③流域重要水工程涉及不同行業，分屬于不同運行管理單位和利益主體，現狀管理制度下難以協調各方利益，各主體之間工作的銜接仍需進一步加強。需按照“統一管理、分級負責”的管理體制進一步界定各單位的職責和調度權限。同時，應制定聯合調度運用規則，使水庫的聯合優化調度運行有據可依、有章可循。