水库群与蓄滞洪区协同优化调度提升防洪效能的关键技术与机制研究

为解决水库群与蓄滞洪区(FDB)独立运行导致的防洪效能不足问题，研究人员提出了一种整合水库群削峰函数(CPF)与FDB闸门优化调度的协同模型。通过枚举FDB闸门启闭时间节点和开度比ω，结合三峡(TG)、水布垭(SBY)和隔河岩(GHY)水库群的联合调度，显著降低了超安全流量洪水体积Vd。该研究为极端洪水防控提供了创新性协同调度方案，发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》。

　　

在全球气候变化加剧洪水灾害的背景下，长江中下游流域作为中国防洪体系的核心区域，长期面临极端洪水威胁。传统防洪模式中，三峡(TG)、水布垭(SBY)和隔河岩(GHY)组成的水库群与荆江蓄滞洪区(FDB)往往独立运行，导致两大问题：一是当水库群蓄洪能力耗尽后才启用FDB，造成下游保护目标过早遭受超安全流量(Q_safe)威胁；二是FDB闸门操作灵活性不足，可能引发不必要的淹没损失。这种割裂的调度方式难以应对日益频发的极端洪水事件，亟需建立协同优化机制。

为破解这一难题，Mu Zhenyu等研究人员在《Journal of Hydrology: Regional Studies》发表研究，创新性地提出整合水库群削峰函数(CPF)与FDB闸门动态调控的协同模型。研究团队采用改进的单位线法将1956、1962和1954年三次典型历史洪水概化为梯形过程线，通过建立CPF量化水库群削峰量?Q与蓄洪量V的关系，同时枚举FDB闸门启闭时间矩阵A_Ck²×2，结合闸门开度比ω=τω(?H)^1/2的动态调控，构建了以最小化超安全流量洪水体积V_d和总蓄洪量为目标的优化模型。

关键技术包括：1）基于历史洪水数据的梯形过程线概化方法；2）水库群CPF函数的多时段耦合计算；3）FDB闸门操作方案的枚举优化算法。研究选取长江中下游流域的三峡水库群和荆江FDB作为案例，设置不同FDB蓄洪容量(0-10亿m³)和安全流量(35000-55000 m³/s)情景进行验证。

研究结果揭示三大发现：

1. 1.

   同步削峰机制：与传统方案相比，最优调度方案要求FDB闸门操作与洪水峰值同步。例如1954年洪水，当FDB蓄洪量达7亿m³时，超安全流量体积减少24亿m³，降幅达37%。

2. 2.

   参数耦合规律：闸门开度比ω同时受最大蓄洪量V_F,max和操作时长双重调控。1962年洪水案例显示，当V_F,max增至3亿m³时，ω反而从0.8降至0.5，反映操作时长对参数的非线性影响。

3. 3.

   安全流量敏感性：降低安全流量可显著提升协同效益。在1956年洪水中，Q_safe从45000降至35000 m³/s时，同等FDB蓄洪量下水库群蓄洪量降幅增加72%。

讨论与意义：该研究突破性地实现了水库群CPF函数与FDB水力特性的动态耦合，首次证明"闸门提前启闭+水库群错峰调度"的协同模式可提升防洪效能。特别是对于1954年级别极端洪水，协同调度可使超安全流量完全消除，而传统方案仍会产生65亿m³的超标洪水。研究提出的枚举优化算法为复杂防洪系统决策提供了计算效率保障，其参数耦合规律对全球类似流域防洪具有普适指导价值。未来研究可进一步结合实时洪水预报，提升模型在动态场景下的适应性。