(1。武汉大学水资本工程取安排全国沉点尝试室,430064,武汉;2。中国科学院地舆科学取资本研究所 中国科学院陆地水轮回及地表过程沉点尝试室,100101,)摘要:三峡工程的供水安满是长江流域中下逛用水平安的焦点支持。屡次的干旱事务对三峡供水平安形成了严峻挑和。从五个方面切磋了三峡供水平安的焦点问题:无效融合卫星遥感等多源消息可以或许显著提拔来水预告精度;极端干旱事务日益屡次,亟须健全长江流域中下逛干旱监测、预告取预警机制;长江上逛水库群建成和投产使流域洪水过程发生显著改变,需要深化水库群优化安排,推进洪水资本高效操纵;深化水库旱限水位取抗旱安排以及库区生态平安研究。通过综述相关科技立异,强调了确保三峡供水平安的火急性,指出提拔三峡供水平安的环节办法,次要包罗:无效融合多源消息可以或许显著提拔来水预告的精度,为三峡供水平安供给主要保障;健全长江流域中下逛干旱的监测、预告和预警机制;开展新形势下长江中上逛水库群汛期设想安排一体化研究;研究三峡水库旱限水位及抗旱安排机制;统筹水质、生态安排、消落带管理等办法,确保三峡生态平安。近年长江流域干旱事务频发,给三峡工程的供水平安带来了严峻挑和。因而,需要出力提拔水旱灾祸防御能力取水资本优化设置装备摆设能力,确保三峡供水平安,为全面扶植社会从义现代化国度供给无力的水平安保障。本文从五个方面切磋三峡供水平安的焦点问题:基于卫星遥感等多源消息的来水预告、长江流域中下逛干旱预告预警、洪水资本的高效操纵、旱限水位取抗旱安排、生态平安,如下图所示。现代丈量手艺和计较机手艺的前进使消息获取手段愈加多样化。来水预告可操纵的多源消息次要包罗基于3S手艺的不雅测消息、基于工程查询拜访的统计消息以及基于数据智能阐发的消息。 3S手艺涵盖遥感(RS)、地舆消息系统(GIS)和全球定位系统(GPS、BDS),可获取地形、土壤、水系等空间消息,以及降水、流量等水文数据和气温、风速、相对湿度、太阳辐射等景象形象数据。 统计消息包罗流域内水库的库容和流域面积等工程设想数据。 消息则通过数据挖掘和阐发获得,如插补耽误现有不雅测数据的长度。无效融合上述多源消息可以或许显著提拔来水预告精度,为三峡供水平安供给主要保障。常用多源消息融合方式包罗贝叶斯收集、卡尔曼滤波和机械进修。针对分歧水文景象形象数据和空间消息,需采用响应方式进行消息融合。例如,贝叶斯收集是一种概率图模子,合用于正在不雅测数据充脚时建模;卡尔曼滤波是一种递归算法,通过处置噪声干扰丈量数据估量动态系统形态,可用于校正水文景象形象等数据。
干旱是一种天然发生的极端天气事务,其焦点特征是水分供需失衡,表示为强度大、持续时间长和波及范畴广。跟着全球天气变化和人类勾当的影响,极端干旱事务日益屡次,我国的水资本、生态系统及经济社会成长。如2022年,长江流域严沉“汛期反枯”,农做物受旱面积达到6632万亩(1亩=1/15hm²),81万人面对饮水坚苦。相关研究表白拉尼娜现象、大气环流非常、持续高暖和用水需求添加等是导致该次极端干旱的环节要素。为确保三峡供水平安,亟须健全长江流域中下逛干旱的监测、预告和预警机制。起首,应成立全面的干旱监测系统,操纵遥感手艺、景象形象坐和水文不雅测坐等,及时监测降水量、土壤湿度和水位变化等环节目标,并整合分歧数据源,构成干旱监测收集,以便及时获取和更新干旱情况,为预告和预警供给靠得住数据支撑。其次,应采用先辈的景象形象模子和数据阐发手艺,连系汗青景象形象数据取及时监测消息,进行干旱趋向预测,阐发天气变化对水资本的影响,提前识别干旱风险,并取景象形象部分合做,确保预告消息的精确性和及时性。最初,应成立预警机制,制定分级预警尺度,按照监测和预告成果及时发布干旱预警消息,并成立应急响应机制,以敏捷应对干旱事务,保障供水平安。
跟着乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝等长江上逛水库群的建成和投产,流域洪水过程发生了显著改变,防洪安排体例需要响应做出调整。为进一步推进三峡供水平安,有需要开展新形势下长江中上逛水库群汛期设想安排一体化研究。保守水库规划设想阶段采用的设想洪水典型组合、汛期统计分期和汛限水位静态设想等方式,难以顺应运转期动态变化的需求。正在天气变化和人类勾当影响下,流域洪水过程和空间构成较天然形态发生了显著变化。开展水库群结合调控下的运转期设想洪水研究,对充实阐扬水库群的弥补感化具有主要意义。汛限水位做为联系关系防洪取兴利、风险取效益的主要参数,设想阶段次要根据洪水统计特征和汛期分期等要素分析确定,但对水库群结合调控影响考虑不脚。因而,有需要成长水库群汛限水位结合优化手艺,进一步推进洪水资本操纵。水库群之间存正在复杂的水力联系,因而防洪库容的最优时空分派问题亟须研究和处理。通过合理分派防洪库容,能够正在降低防洪风险的同时提高发电效益。此外,正在现实调渡过程中,应充实操纵多源预告消息,为水库群汛期运转水位的上下阈值界定及区间节制供给风险束缚,从而既能满脚防洪平安要求,又能充实操纵洪水资本。同时,若何按照事后确定的汛期水位进行及时安排,以提高水库的分析操纵效益,仍需深切研究。保守防洪优化安排次要关心出库流量,未考虑闸门的现实运转束缚,导致安排节制脱节和响应速度慢。因而,有需要开展汛期运转水位动态泄流从动节制,以实现汛期运转水位的平安快速响应。机械进修和学问图谱等手艺的成长,为大型水库群汛期调控运转方案的快速编制和精准泄流供给了强无力的支撑。操纵深度进修方式,能够基于水库入库流量、水电坐出力和水库水位等及时消息,快速制定闸门安排方案。同时通过各类优化算法可以或许间接优化闸门组合,实现对泄流的精准节制。
为加强干旱预警和抗旱安排,2011年原国度防汛抗旱总批示部办公室发布了《旱限水位(流量)确定法子》,初次提出旱限水位(流量)是指江河湖库水位持续偏低,流量持续偏少,影响城乡糊口、工农业出产、生态等用水平安,应采纳抗旱办法的水位(流量)。2022年印发的《水利部水旱灾祸防御应急响应工做规程》明白根据江河湖库主要节制坐的旱警水位(流量)来决定能否启动响应的,冲破了正在干旱后再启动响应的模式,为水库水资本的分析操纵供给了主要指点。旱限水位做为水库正在低水位安排运转中的节制性特征水位,其合理设置对区域水资本的高效操纵至关主要。旱限水位简直定应分析考虑江河湖库的次要用水需求,以最高需求值做为根据,以便及时启动抗旱应急响应。目前水库旱限水位的常见计较方式为:起首计较水库逐月或数月的应供水量,再取水库死库容相加,求出对应水位,最初分析考虑周边供水需求进行阐发得出旱限水位。正在现实使用中,若全年采用单一旱限水位,可能导致部门期间尺度偏高,影响水库蓄水矫捷性,形成枯水期水库正在旱限水位以下水量不敢利用,丰水期则呈现大量弃水,影响水资本操纵和经济效益。此外,水库正在统一期间的供水能力因蓄水量分歧而异,高蓄水量下供水保障能力强于低蓄水量。因而,计较旱限水位时应分时段和干旱品级进行分期分级确定。水库抗旱安排次要通过水库旱限水位,对水库缺水方针进行优化调控,构成基于旱限水位应匹敌旱的一套水库运转机制。安排的最终方针是使缺水量最小化,尽量满脚水库下逛分析用水需求,减小干旱对水库下逛用水发生的。 目前,抗旱安排的研究次要分为水库常规抗旱安排和应急抗旱安排。前者将抗旱做为水库安排的常规使命,通过合理设置和科用旱限水位,节制水库正在低水位下的运转,实现干旱年份的年内补水和年际调蓄。后者则是正在干旱发生或预测干旱风险时,通过调整水库闸坝安排法则,提高短期抗旱能力。现有抗旱安排多逗留正在理论研究层面,若何正在实践中针对分歧干旱环境确定旱限水位的使用机会和体例仍是亟待处理的难题。例如,现有水库常规抗旱安排研究集中于单个水库,缺乏针对水库群的抗旱安排方式。而单一水库应急抗旱安排的实施刻日较短,抗旱补水能力无限。
对于水库来说,生态平安取供水平安互相关注。 若何正在确保三峡工程供水平安的同时三峡库区的生态平安至关主要。 为此相关研究进行了多方面摸索。自三峡建库以来,虽然对水质高度注沉,但污染物排放环境仍然严峻,点源和面源污染未获得较着改善。农业出产中利用的化肥和农药中的氮、磷等污染物通过降雨径流间接进入库区,同时城镇糊口污水和工业废水的排放导致部门河段水质超标,多条主流多次发生水华,为缓解三峡库区水题,起首应成立污染源节制机制,节制农药化肥的利用取污水废水的排放,同步削减面源取点源污染。其次,应开展河道富养分化结合防治,成立富养分化预警机制,沉点防治发生过水华的区域。对于产漂流性鱼卵的鱼类而言,涨水过程是推进产卵的需要前提,而正在鱼卵孵化过程中,特定的流速则是确保其一般孵化的环节。因而,漂流性鱼卵的产卵和孵化流速需求成为生态安排的主要阈值。针对漂流性鱼卵的产孵问题,三峡水库已持续13年开展20次生态安排试验。据监测成果,生态安排显著推进了漂流性鱼卵的产孵结果。产漂流性鱼卵的鱼类便呈现产卵高峰,同时河流内的流速也达到了鱼卵孵化的最低要求,三峡工程对于长江生态平安阐扬了积极感化。三峡库区消落带面积较大,每年季候性消涨近30m,导致其成为一个高度懦弱且管理坚苦的生态系统。虽然已积极采纳办法进行管理,但仍面对天然恢复活类少、以草本动物为从、生态调理功能弱等问题。无效实施消落带的生态管理需要正在已有工做根本上成立消落带生态问题预测预警系统,进一步加强消落带生态管理取,其天然布局取功能。可按照消落带的布局特征分区域采纳分歧的办法。
正在天气变化取人类勾当双沉影响下,三峡工程供水平安面对着水量和水质的多沉挑和,规划、预告、安排等环节手艺亟须深切研究取实践。 将来应融合多源消息提拔预告预警精度,提高洪水资本操纵效率,健全旱限水位取抗旱安排机制,加强生态平安保障,从而确保三峡供水平安,更好地办事于经济社会高质量成长。,刘攀,程潜。三峡工程的供水平安取科技立异保障[J]。中国水利,2024(22):13-16+104。