长江科学技术奖获奖成果 | 2024年度科技进步一等奖：梯级水库群防洪库容动态协同调用关键技术及应用

主要完成单位

长江水利委员会水文局、贵州乌江水电开发有限责任公司、水利部长江水利委员会、武汉大学、湖北一方科技发展有限责任公司

主要完成人

陈桂亚、彭鹏、张俊、贺亚山、徐雨妮、张虎、田逸飞、戴明龙、杨雁飞、童冰星、朱喜、郑雅莲、史东华、邢雯慧、曾明

项目亮点

通过充分发挥龙头水库的强调节能力，攻克了下游调节性能较差水库在汛期出力受阻的技术瓶颈，进而驱动了梯级水库汛期协同调度模式的系统性革新。这一创新成果有效解决了新型电力系统背景下，梯级水库水电经济效益提升与防洪风险精准管控的协同优化难题。

项目简介

洪水资源化利用是统筹防洪减灾和兴利增效、实现水资源优化配置与综合开发利用的关键基础，也是深化水资源可持续发展、提升国家水安全保障能力的重要支撑。精准可靠的水文水资源预测和水库群科学精细调度是实现洪水资源化利用的关键基础。然而，气候变化正对流域水文水资源产生广泛而复杂的影响，传统水资源趋势预测预警模型和方法适用性面临巨大的挑战；同时，大规模水库群由开发建设逐步向运行管理的转变，极大激发了水库群联合调度的需求，传统协同调度技术正面临深刻的迭代升级，如何以龙头水库的强调节能力为引擎，攻克下游调节性能较差的水库汛期出力受阻的难题，驱动梯级水库汛期协同调度方式的革新，是协调新形势下梯级水库水电经济发展与防洪风险控制的重点与难点。因此，亟须探索变化环境下水库群高效利用的新方法、新模型和新技术，提升流域洪水资源化利用水平。

本项目聚焦洪水资源化利用水平提升，围绕水情态势研判、梯级水库联合协同调度、库群风险决策等系列技术难题，开展流域洪水现状判别及发展聚合分析、梯级水库等效防洪及协同蓄水、集合概率预报及风险调控等关键技术创新、融合。主要技术内容与创新成果包括：

1.攻克了不同洪水地区组成的设计洪水定量刻画难题，提出了上下游水量平衡与峰量同频协同控制的流域设计洪水计算方法，创立了旱涝/涝旱急转强度与速度联合辨识的趋势预测方法，构建了降雨径流等多要素联合判别的流域水资源中长期预测预警模型，大幅提升了预报精度。

2.发明了物理与数理双机制联合驱动的水库群决策行为智能挖掘方法，提出了梯级水库等效防洪作用定义和等效调用系数计算方法，研发了基于等效防洪作用的水库群防洪库容动态协同调用模型，构建了梯级水库汛期运行水位动态控制-汛末协同蓄水的全周期优化调度技术体系，有效提升了洪水资源化利用水平。

3.提出了雨水工情多元数据融合的流域洪水集合概率预报方法，研发了水库调度风险决策的余留库容-弃水区间-梯级弃水时空分布综合防控技术，有效解决了流域防洪安全与水资源利用协同难题。

依托项目研究和实践应用，授权发明专利20项、软件著作权10项、出版专著4部、发表学术论文100余篇，编制水库年度汛期调度运用计划20余项并获水行政主管部门批复。项目成果率先在乌江梯级水库投入使用，逐步推广至金沙江中游、金沙江下游、雅砻江、大渡河、嘉陵江、三峡、丹江口等长江流域重大水利工程（群）调度运行，在2021年汉江秋汛防御以及2022年长江流域性枯水应对中，为提高洪水资源化利用、实现丰枯急转背景下水资源优化配置提供了关键技术支撑，强有力保障了流域防洪、供水、航运、生态安全，经济与社会效益显著。

项目图片

 图1 项目总体技术路线图 

 图2 水库群调度决策行为挖掘技术路线图 

 图3 基于等效防洪作用的梯级水库防洪库容联合预留方法  

 图4 梯级水库汛期动态浮动-汛末协同蓄水的全周期优化调度技术体系 

第一完成人

陈桂亚，博士，正高级工程师，水利部长江水利委员会水旱灾害防御创新团队负责人，长江水利委员会水文局预报调度首席科学家，水利部5151人才，长江委高级治江人才。多年来致力于水旱灾害防御、水文预报、水文水资源分析计算等领域的研究和实践，连续10多年担任长江流域上中游水库群联合调度研究及实时防洪、蓄水、供水等调度的主要技术负责人，在干旱预测应对、水文预报、水库调度、水文分析、山洪灾害监测预警及应急处置等方面具有深厚的理论基础和丰富的工作经验，全过程参加2022年长江流域极端枯水干旱应对工作。近五年，组织实施了以三峡为核心的长江流域水库群科学调度关键技术研究系列项目，主持编制各年度长江流域水工程联合调度运用计划并获水利部批复实施。参与了“十三五”重点研发计划、国际合作专项等研究工作及多个重大项目、标准审查咨询。主持编制长江口咸潮应对工作预案，并获国家防办批复应用。公开发表学术论文60余篇，出版水旱灾害防御相关著作12部，参编《水利水电工程设计洪水计算规范》《山洪灾害监测预警平台设计导则》等多项规程、规范;获湖北省科技进步特等奖、一等奖，大禹科学技术奖特等奖、一等奖共4项。

长江科学技术奖

为贯彻落实《中华人民共和国长江保护法》，促进流域生态文明建设，鼓励长江大保护科技创新，长江技术经济学会设立长江科学技术奖，奖励在长江流域自然资源、水利能源、交通航运、生态环境等领域开展基础研究、应用研究、技术开发以及推进科技成果转化应用等活动中，为促进科学技术进步作出突出贡献的组织和个人。