三峡水库优化调度实践与思考
三峡工程是治理和开发长江的关键性骨干工程，是世界上规模最大的水利枢纽工程和综合效益最广泛的水电工程。工程于1993年开始施工准备，1994年12月14日正式开工。2003年三峡水库水位蓄至135m，工程开始发挥发电、航运效益；2006年比初步设计进度提前1年进入156m初期运行期；2008年开始正常蓄水位175m试验性蓄水。2020年11月，三峡工程完成整体竣工验收，标志着工程建设任务全面完成，工程转入正常运行。三峡水库自2010年以来已有13年蓄至正常蓄水位175m。三峡工程的成功建设从根本上改变了长江中下游特别是荆江河段的防洪形势，极大减轻了下游地区的防洪压力，大幅度降低了防洪风险和成本，显著改变了川江航道通航条件，增加了宜昌下游枯水期流量，有力推动了长江经济带的快速发展。
习近平总书记高度重视长江安澜，多次亲临长江视察，2023年10月在主持召开进一步推动长江经济带高质量发展座谈会上指出，努力建设安澜长江，科学把握长江水情变化，坚持旱涝同防同治，统筹推进水系连通、水源涵养、水土保持，强化流域水工程统一联合调度，加强跨区域水资源丰枯调剂，提升流域防灾减灾能力。为进一步做好新时期以三峡水库为核心的长江流域水工程调度工作提供了根本遵循。三峡工程关系到长江安澜，事关流域防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全、能源安全和绿色发展，开展三峡水库优化调度研究与实践，充分发挥三峡工程在长江治理与保护中的作用，对进一步支撑长江经济带高质量发展、改善流域生态环境、发挥工程综合效益意义重大。
1、三峡水库优化调度研究历程
三峡水库的首要任务是防洪，并充分发挥发电、航运、生态环境保护、水资源利用等综合效益。基本调度原则是兴利调度服从防洪调度，发电调度与航运调度相互协调并服从水资源调度，协调兴利调度与水环境、水生态保护、水库长期利用的关系，提高三峡水库综合效益。在此功能定位下，近年三峡水库调度始终遵循“调度实践—发现问题—研究优化—再实践”的流程，不断完善调度方案并优化运行水位控制。相关成果纳入调度规程及方案并获批复，为三峡水库优化调度提供了技术支撑。
根据长江中下游防洪需要和水库“蓄清排浑”要求，初步设计阶段，安排三峡水库每年汛期6月10日—9月30日维持防洪限制水位145.0m运行，以保留防洪库容，调节可能发生的洪水，同时使库区维持较大的水面比降，以利排沙。
2009年，经国务院批准，水利部印发《三峡水库优化调度方案》，对三峡水库防洪、发电、航运、供水、生态等诸多目标进行了优化。与初步设计调度方式相比，主要在以下方面实现了优化：在保证防洪安全前提下，汛期运行水位最高允许上浮至146.5m；防洪调度方式在对荆江河段进行补偿调度基础上，明确了155.0m水位以下56.5亿m³防洪库容兼顾对城陵矶河段进行补偿调度；蓄水期间，在保证防洪安全前提下，三峡水库合理利用汛末洪水资源，蓄水时间可提前至9月15日。
2020年，水利部批复了《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）》，适用于三峡—葛洲坝梯级水利枢纽正常运行期，其目的是在确保梯级枢纽工程安全前提下，充分发挥梯级枢纽的防洪、发电、航运、水资源利用等综合效益。与《三峡水库优化调度方案》相比，诸多方面有了进一步优化。
①汛期运行水位浮动方面，三峡水库汛期运行水位按防洪限制水位145.0m控制运行，实时调度中最高允许上浮至148.0m。
②对城陵矶防洪补偿调度方面，当三峡水库水位高于155.0m时，一般情况下不再对城陵矶河段进行防洪补偿调度，转为对荆江河段进行防洪补偿调度，但如城陵矶附近地区防汛形势依然严峻，视实时雨情水情工情和来水预报情况，可在保证荆江地区和库区防洪安全前提下，加强溪洛渡、向家坝等上游水库群与三峡水库联合调度，为进一步减轻城陵矶附近地区防洪压力，城陵矶防洪补偿调度水位原则上不超过158.0m。三峡水库防洪库容分配方式如图所示。
▲三峡水库优化调度防洪库容分配
③减轻中下游防洪压力的中小洪水调度方面，根据雨水情状况和防汛需要，三峡水库可开展减轻中游防汛压力的中小洪水调度，在满足相关条件下最高可拦蓄至150.0m运行。
④蓄水调度方面，三峡水库开始兴利蓄水的时间不早于9月10日，一般情况下，9月底控制水位162.0m，视来水情况可调整至165.0m，10月底可蓄至175.0m。
⑤汛前消落调度方面，维持初步设计阶段6月10日降至防洪限制水位，但依据地质灾害防治对库水位下降速率的要求，将集中消落开始时间提前至5月25日，同时明确当上下游雨水情满足一定条件时，可消落至144.9～146.5 m范围内。
2、近年三峡水库优化调度实践成效
在水利部领导下，水利部长江水利委员会（以下简称长江委）经大量研究，组织实施了三峡水库兼顾城陵矶防洪补偿调度、汛期运行水位动态控制、中小洪水减压调度、汛末提前蓄水调度、库水位消落调度、补水调度、生态调度、压咸潮调度等多项调度及流域水库群的联合调度实践，发挥了三峡工程综合效益。
防洪减灾
2003—2021年三峡水库先后应对50000m³/s以上洪水过程20次，累计拦蓄洪水约2000亿m³。其中2010年、2012年和2020年最大入库洪峰流量均超过70000m³/s，大于1998年宜昌站最大洪峰流量63300m³/s和1954年66800m³/s，三峡水库通过削峰、错峰调度成功应对洪水，有效保障了长江中下游的防洪安全。特别是2020年长江发生新中国成立以来仅次于1954年、1998年的流域性大洪水，在应对长江5次编号洪水过程中，上中游30余座控制性水库累计拦蓄洪水490余亿m³，其中三峡水库拦蓄洪水254亿m³，降低了长江中下游洪峰水位0.3～3.6 m，缩短中下游干流主要控制站水位超警戒8～22天，成功避免荆江分洪区运用，避免转移60余万人、淹没耕地49.3万亩（1亩=1/15hm2），发挥了巨大的防洪减灾效益。
▲三峡水库2020年防洪调度过程
抗旱供水
三峡水库每年枯水季节下泄流量提高到5500m³/s以上，平均为长江中下游补水200多亿m³。2008年11月至2022年累计补水2500余天，补水总量超3330亿m³，改善了中下游地区生产、生活和生态用水条件。特别是在应对2022年流域性极端干旱中，按照水利部“三个精准”（精准范围、精准对象、精准措施）要求及部署，长江委会同湖南、江西两省水利厅，分别于8月16日和9月12日两次进行长江流域水库群抗旱保供水联合调度，调度长江上游和洞庭湖、鄱阳湖水系75座大中型水库，瞄准供水、灌溉需求，累计向长江中下游补水62亿m³，其中三峡水库补水15.1亿m³，有效改善了中下游干流和两湖地区农村饮水、灌溉取水条件。
发电调度
2003—2021年三峡电站累计发电量达1.58万亿kWh，有效缓解了华中、华东地区及广东省的用电紧张局面，有力支撑了这些地区的经济社会发展，相当于节约标准煤4.8亿t，减少二氧化碳排放12.6亿t。自2010年三峡成功蓄水至175m以来，年均发电量达933亿kWh，较设计值多51亿kWh；2020年，三峡电站发电量达1118亿kWh，创单座电站年发电量世界纪录。2022年8月上中旬，在全国电网迎峰度夏的困难时期，三峡等上游水库群结合抗旱补水过程充分发挥电站骨干调峰调频作用，三峡高峰最大出力近2020万kW，顶峰出力保持在500万～900万kW。
航运调度
三峡蓄水成库从根本上改善了上游660km川江航道条件，大型船舶直达重庆，川江航道实现全线夜航。通过三峡水库流量调节，坝下枯期平均流量增加1000～2000m³/s，增加航运水深0.5～1.0m，有效改善了中下游航道航行条件；汛期通过联合调度大幅度削减洪峰流量，航行安全性明显提高。截至2022年年底，三峡船闸累计货运量达18.4亿t，货运量于2011年历史首次突破1亿t，较设计提前19年同时突破双向1亿t和单向5000万t设计通行能力，2014—2022年三峡船闸过闸货运量连续9年突破1亿t，2022年通航量更是创历史新高，达到1.56亿t，较设计通航能力提升了56%，有力促进了长江航运的快速发展和沿江经济的协调发展。
▲三峡水库逐年过闸货运量
生态环境
为协调三峡水库防洪、航运和发电等功能与生态环境保护的关系，减少对关键物种和生态环境的不利影响，在确保防洪安全的前提下，从2011年开始开展了生态调度试验和库尾泥沙减淤调度试验。2022年三峡水库两次开展促产漂流性卵鱼类繁殖生态调度期间，宜都断面鱼类总产卵规模达157亿粒，其中四大家鱼产卵88亿粒，通过生态调度开展有效促进了水生态的修复，进一步发挥了三峡工程在生态文明建设中的重要作用。
应急调度
2015年6月“东方之星”号客轮翻沉事件应对中，水利部和长江委紧急调度三峡水库3次压减下泄流量，3h内将出库流量由17200m³/s压减至7000m³/s，长江干流宜昌至监利江段水位迅速止涨转落，监利站水位最大下降2.75m，沉船区域流速明显减缓，流态更加稳定，为沉船救援打捞创造了有利条件。2022年9月，上海市长江口陈行、青草沙、东风西沙水库遭遇历史上最早最严重的咸潮入侵，长江委调度三峡、丹江口等水库加大下泄流量，共向下游补水41.53亿m³，其中三峡水库补水40.6亿m³，使大通站流量自9000m³/s左右涨至12000m³/s以上并持续9天，最大日均流量增加至13700m³/s，配合大通站以下引调水工程取水控制，有效压制长江口咸潮，上海市长江口水源地引水补库5010万m³。
3、联合调度重点关注问题
当前长江流域调度对象已从单一水库调度转变为流域水工程联合调度，形成了以三峡水库为核心的流域水工程联合调度格局。根据水利部批复的《2023年长江流域水工程联合调度运用计划》，纳入长江流域联合调度范围的水工程规模已达125座（处），其中控制性水库53座，总调节库容1169亿m³，总防洪库容706亿m³。流域水工程调度目标从单一防洪调度发展为防洪、供水、生态、发电、航运、应急等多目标综合调度，调度时间从汛期调度延伸至汛前消落、汛期防洪、汛后蓄水、全年供水及应急处置的全周期全过程。
▲2023年度长江流域控制性水库联合调度示意图
多年来，长江流域水工程在防洪、供水、生态、发电、航运、应急等方面发挥了重要作用，但在实践中也应看到，以三峡水库为核心的长江流域水工程联合调度既要考虑上下游、左右岸等不同区域需求，又要考虑水利、航运、电力、生态环境、农业等多部门和多行业的需要，同时还要考虑汛期、非汛期等不同时段的不同需求。联合调度具有多区域精准调控难度大、多需求统筹协调要求高、多目标整体效益优化难等特点，加之受气候变化、人类活动等多因素影响，流域水工程联合调度面临新的挑战。
一是水文监测预报仍需加强。亟须科学掌握长江水情变化；需要进一步加密监测站网，完善常规监测和应急监测方案；旱情监测手段较为单一，旱情信息收集体系亟待完善；预报调度体系和重要断面节点需要进一步梳理，部分重点区域产汇流规律认知需要进一步加强；中期预报对降雨的落区和持续时间把握相对不足，延伸期、月尺度长期预报手段相对单一；需要深入研究利用雷达回波等提升洪水预报精度、延长预见期的融合技术。
二是联合调度能力仍需提升。流域水工程统一联合调度能力建设亟待强化，控制性水库群防洪库容精细运用分配方案需要持续完善，蓄滞洪区与水库群联合调度运用方式需要细化，流域防洪风险态势评估能力需要加强；极端干旱情况下河道水流演进模拟精度有待提升，特枯水年长江流域水工程联合蓄水方式有待深入研究；促进鱼类自然繁殖的生态调度监测技术较为单一，效果评估方法尚无统一标准。
三是决策支持水平仍需提高。长江流域控制性水工程综合调度系统抗旱功能亟待完善，流域水工程应急补水调度和压咸潮调度预演有待补齐；水工程联合调度信息化、智能化水平仍需提高，新一代信息技术融合应用有待深入；需要进一步提升优化算据、算力、算法来全面满足联合调度会商决策需求。
4、建议与思考
完善体制机制
坚持旱涝同防同治，强化长江流域统一规划、统一治理、统一调度、统一管理，不断完善长江流域水工程联合调度管理体制机制，协调好各部门、各行业、各地区需求，完善管理办法和方法手段，在确保防洪安全的前提下，统筹考虑水资源、水生态、水环境利用需求，努力发挥流域水工程综合效益。
强化“四预”措施
建立覆盖全流域的雨情、汛情、旱情、灾情信息监测系统平台，实现多源信息的实时共享。持续完善水文气象监测预报体系，建立健全气象卫星和测雨雷达、雨量站、水文站组成的雨水情监测预报“三道防线”，超前、滚动、精细预报，努力提高预报精度，延长预见期。持续提高预案针对性，结合调度实践修订完善洪水防御、洪水调度、抗旱调度等方案预案；强化预演作用，检验方案预案成效。
强化能力建设
做好《长江流域控制性水工程联合调度管理办法（试行）》宣贯，提升长江流域水工程联合调度的法治化水平；深入开展长江跨区域水资源丰枯调剂、汉江流域水工程联合调度、金沙江下游梯级与三峡水库联合调度、长江中下游洲滩民垸分类管理和调度运用、蓄滞洪区和沿江骨干排涝泵站与水库群联合调度等关键技术研究；进一步拓展流域水工程联合调度规模，精准摸排流域综合调度需求，持续优化流域水工程联合调度方案，不断强化流域水工程统一联合调度。
强化数字赋能
按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求，以数字化场景、智能化模拟、精准化决策为路径，推进长江流域全覆盖水监控系统项目建设和长江、三峡、汉江、澧水等数字孪生流域、数字孪生工程建设，提升水旱灾害防御调度的科学化、现代化、智能化水平。
强化成果应用与总结
凝练总结多年调度成果，推动调度技术标准化建设。持续推进三峡水库科学调度关键技术研究和成果转化应用，根据新形势、新要求、新常态，适时将成熟化研究成果纳入调度规程或方案。持续推动长江流域控制性水工程综合调度系统“实战化”应用，并结合复盘分析持续完善系统功能。
