考虑多水库径流丰枯遭遇不确定性的跨流域调水工程优化调度策略研究

针对跨流域调水工程(IBWTPs)中多水库径流丰枯遭遇不确定性引发的调度风险，研究人员结合GAMLSS模型与Vine Copula函数构建非平稳径流联合概率模型，提出基于博弈论-VIKOR法的多目标优化框架，并以江苏南水北调工程(JS-SNWDP)为例验证模型优越性（AIC降低2.44-4.55），为多水源系统风险调控提供科学范式。

　　

全球水资源分布不均正成为制约社会经济发展的关键瓶颈。从西班牙的塔霍-塞古拉渡槽到中国的南水北调工程，跨流域调水工程(Inter-basin Water Transfer Projects, IBWTPs)已成为缓解区域水危机的重要举措。然而，这类工程常面临一个隐藏的"阿喀琉斯之踵"——多个水源水库径流的丰枯遭遇(Wet-dry encounters)存在显著不确定性。当长江流域暴雨倾盆而洪泽湖却遭遇干旱时，调度系统该如何应对？这种时空异步的丰枯组合可能引发连锁反应：既造成水资源浪费，又加剧供水不平等。更棘手的是，传统调度模型往往假设径流服从静态分布，忽视了气候变化下水文序列的非平稳性(Non-stationarity)，导致风险预判失真。

针对这一科学难题，河海大学的研究团队在《Journal of Hydrology》发表了一项创新研究。他们建立了一个融合"概率分析-优化调度-决策评估"的完整框架，首次系统量化了多水库丰枯遭遇不确定性对IBWTPs运行的影响。研究以中国江苏南水北调工程(Jiangsu South-to-North Water Diversion Project, JS-SNWDP)为案例，该工程涉及长江、洪泽湖、骆马湖三水源的复杂协同调度。

关键技术方法
研究采用广义可加模型(GAMLSS)拟合时变径流边际分布，通过Vine Copula构建三维径流联合概率模型；基于模拟-优化方法建立含供水基尼系数的多目标调度模型；结合博弈论与VIKOR法整合主客观权重。数据来源于1959-2019年三水库径流序列，通过AIC等指标评估模型性能。

研究结果

基于GAMLSS模型的边际分布拟合
对长江、洪泽湖、骆马湖的年径流序列分析显示：骆马湖径流呈显著下降趋势(p<0.05)，验证了水文非平稳性。GAMLSS模型通过引入时间协变量，较传统静态模型显著提升拟合优度——长江和骆马湖径流序列的AIC值分别降低2.44和4.55。这种改进源于模型能动态捕捉分布参数(如均值、方差)随时间的变化规律。

Vine Copula在丰枯遭遇分析中的优势
以洪泽湖为中心的C-Vine Copula模型展现出卓越性能：其AIC值比传统阿基米德Copula低15.3%，平方欧式距离减小23.7%。三维概率分析揭示：三水库系统发生异步丰枯遭遇的概率高达79.78%，远高于双水库系统(56.16%)。这种"此丰彼枯"现象会破坏供需平衡，例如当长江丰水而洪泽湖枯水时，系统需额外调水补偿苏北地区缺口。

多目标优化调度性能评估
JS-SNWDP对径流变化表现出"双刃剑"效应：高流量工况虽满足需求，但导致水库长期高水位运行，溢流风险增加12.5%；低流量工况则使供水基尼系数上升0.18，加剧时空不平等。优化模型通过协调生态、供水、发电等目标，将极端工况下的缺水风险降低21%-34%。

结论与意义
该研究开创性地将非平稳分析与高维Copula结合，破解了多水库丰枯遭遇概率计算的难题。提出的GAMLSS-Vine Copula框架能更精准地捕捉径流时变特性，其AIC优化效果为工程风险管理提供了量化工具。调度模型引入的供水基尼系数，首次从公平性维度优化了水资源空间配置。实践层面，研究揭示了三水库系统更易出现异步丰枯组合的规律，这对设计冗余调水能力具有指导价值。方法论上，博弈论与VIKOR法的融合，为处理IBWTPs中复杂的利益冲突提供了新思路。这些创新不仅适用于中国南水北调工程，也可推广至全球其他多水源调度系统，为应对气候变化下的水资源不确定性提供了科学范式。