《溪洛渡、向家坝、三峡水库联合防洪调度及洪水资源利用》聚焦防洪调度的众多问题，构建不同典型洪水分类匹配准则，提出基于洪水分类的差异化拦蓄方式，形成洪水分类匹配准则及调度策略导则库，并提出面向防洪保护对象的水库群优化防洪调度方式，完善长江中游水库群配合三峡水库的联合防洪调度方案。《溪洛渡、向家坝、三峡水库联合防洪调度及洪水资源利用》在构建水库群汛期运行水位动态控制方法的基础上，提出主汛期和汛期末段溪洛渡、向家坝配合三峡水库对长江中下游常遇洪水的调度方式及汛期末段的溪洛渡、向家坝和三峡三库洪水资源利用方式。《溪洛渡、向家坝、三峡水库联合防洪调度及洪水资源利用》介绍的内容客观全面，贴近工程实际，便于实际操作应用。

　　第一章绪论
长江三峡水利枢纽工程建成后长江中下游防洪形势得到改善，但流域防洪非工程措施还不完善，三峡水库的防洪库容相对于长江中下游巨大的超额洪量仍显不足，遇大洪水长江中下游部分地区防洪形势仍然严峻。长江流域防洪需要在进一步加强长江中下游堤防建设、河道整治、蓄滞洪区建设等工程措施的同时，继续深入开展长江上游水库群与三峡水库联合防洪调度研究，从而提高长江中下游的防洪能力，达到减少洪灾损失的*终目的。
本书的总体目标是通过长江上游水库群运行后溪洛渡、向家坝、三峡三库防洪调度和洪水资源化利用研究，以期解决新约束、新需求、新边界条件下的长江水库群联合防洪调度所面临的一系列科学和技术难题，提高长江中下游的防洪能力，达到减少洪灾损失的*终目的。
1.1长江上游三大水库概况
1.溪洛渡水库
溪洛渡水电站是我国“西电东送”的骨干电源点，是长江防洪体系中的重要工程，枢纽效果如图1.1所示。该工程位于四川省雷波县和云南省永善县境内金沙江干流上，该梯级上接白鹤滩水电站尾水，下与向家坝水库相连。坝址距离宜宾市河道里程184km，距三峡直线距离为770km。溪洛渡水电站控制流域面积45.44万km2，占金沙江流域面积的96%，多年平均径流量4570m3/s，多年平均悬移质年输沙量2.47亿t，推移质年输沙量为182万t。
溪洛渡水电站开发任务以发电为主，兼顾防洪、拦沙和改善其下游航运条件等。工程开发目标一方面用于满足华东、华中、南方等区域经济发展的用电需求，实现国民经济的可持续发展；另一方面兴建溪洛渡水库是解决川江防洪问题的主要工程措施，配合其他措施，可使川江沿岸的宜宾、泸州、重庆等城市的防洪标准显著提高。同时，与金沙江下游向家坝水库在汛期共同拦蓄洪水，可减少直接进入三峡水库的洪量，提高了三峡水库对长江中下游的防洪能力，在一定程度上缓解了长江中下游防洪压力。
溪洛渡水库正常蓄水位600m，汛期限制水位560m，死水位540m，调节库容64.62亿m3，防洪库容46.5亿m3，具有不完全年调节能力。溪洛渡水电站装机容量13860MW，多年平均年发电量649.83亿kW h。
根据溪洛渡水库上述特性，综合考虑发电、防洪、拦沙等因素，设计阶段拟定的调度原则为：汛期（6～9月上旬）水库水位按不高于汛期限制水位560m运行；9月中旬开始蓄水，每日水库水位上升速率不低于2m，并控制电站出力不低于保证出力，9月底水库水位蓄至600m，之后按照来水发电；12月下旬～次年5月底为供水期，5月底水库水位降至死水位540m。
2.向家坝水库
向家坝水电站是金沙江干流梯级开发的*下游一个梯级电站，坝址左岸位于四川省宜宾市叙州区，右岸位于云南省水富市，坝址上距溪洛渡河道里程为156.6km，下距宜宾市33km，距宜昌直线距离为700km，枢纽效果如图1.2所示。向家坝水电站控制流域面积45.88万km2，占金沙江流域面积的97%。
向家坝水电站的开发任务以发电为主，同时改善通航条件，结合防洪和拦沙，兼顾灌溉，并具有为长江上游梯级溪洛渡水电站进行反调节的作用。向家坝水库正常蓄水位380m，汛期限制水位370m，死水位370m，调节库容9.03亿m3，防洪发电共用库容9.03亿m3，库容调节系数0.63%。向家坝水电站装机容量6400MW，多年平均年发电量330.61亿kW h。
根据向家坝水库特性和金沙江径流、洪水特性，综合考虑发电、防洪、排沙及与溪洛渡水库运行方式协调等因素，设计阶段拟定的调度原则为：汛期6月中旬～9月上旬按汛期限制水位370m运行，9月中旬开始蓄水，9月底蓄至正常蓄水位380m；10～12月一般维持在正常蓄水位或附近运行；12月下旬～次年6月上旬为供水期，一般在4～5月来水较丰时回蓄部分库容，至6月上旬末水库水位降至死水位370m。
3.三峡水库
长江三峡水利枢纽工程（简称三峡工程）是长江流域防洪系统中关键性控制工程，于2010年成功蓄水至175m，标志着三峡水库进入全面发挥设计规模效益阶段，枢纽效果如图1.3所示。三峡工程位于湖北省宜昌夷陵区三斗坪镇、长江三峡的西陵峡中段，距下游宜昌站约44km。坝址以上流域面积约100万km2，坝址代表水文站为宜昌站，入库代表站为干流寸滩站、支流乌江武隆站。宜昌站多年平均流量为14300m3/s，多年平均径流量4510亿m3，多年平均含沙量为1.19kg/m3，多年平均输沙量5.3亿t。
三峡水库正常蓄水位175m，相应库容393亿m3；枯季消落低水位155m，相应库容228亿m3；水库调节库容165亿m3；防洪限制水位145m，相应库容171.5亿m3；水库防洪库容221.5亿m3。三峡水电站装机容量22500MW，多年平均年发电量882亿kW h。
三峡工程建成后，能有效调控长江上游洪水，提高长江中游各地区防洪能力，特别是使荆江地区防洪形势发生了根本性变化：荆江河段达到100年一遇的防洪标准，遇超过100年一遇至1000年一遇洪水，包括类似历史上*大的1870年洪水，可控制枝城泄量不超过80000m3/s，在荆江分蓄洪区和其他分蓄洪区的配合下，可防止荆江地区发生干堤溃决的毁灭性灾害；城陵矶附近分蓄洪区的分洪概率和分洪量也可大幅度减少，可延缓洞庭湖淤积，长期保持其调洪作用。
现阶段，长江上游流域已建或具备发挥*终规模能力的控制性水库群已形成1个核心（三峡水库）、2个骨干（溪洛渡水库和向家坝水库）、5个群组（金沙江中游群、雅砻江群、岷江群、嘉陵江群和乌江群）的总体布局，总调节库容超800亿m3、预留防洪库容396亿m3。三峡水库是长江中下游防洪体系中的关键性骨干工程，位于长江干流*末一梯级，在控制长江中下游洪水方面起到总阀门的作用，利用其防洪库容对长江上游洪水进行控制调节，是减轻长江中下游洪水威胁，防止长江出现特大洪水时发生毁灭性灾害的*有效措施。
溪洛渡、向家坝水库是长江流域防洪体系中的重要工程，控制97%的金沙江流域面积，占长江干流宜昌以上流域面积近一半，按15天洪量统计占宜昌的32%；两库防洪库容共计55.53亿m3，约占三峡水库防洪库容的1/4，对三峡水库入库洪水过程具有持续、稳定的削减作用，从配合三峡水库对长江中下游防洪的角度来看，溪洛渡、向家坝水库与其他干支流水库相比具有不可替代性。
1.2水库群联合调度研究进展与工作基础
1.2.1水库（群）防洪调度国内外研究进展评述
长江流域洪涝灾害频发，水系繁多，洪水组成复杂，持续时间长，防洪需求显著。水库防洪调度是一个多目标、多属性、多阶段的复杂决策过程，具有复杂性、不确定性、实时性、动态性等特点，是世界性难题。近年来，国内外诸多学者从防洪需求、不同洪水类型等方面对水库防洪调度进行了大量研究。李安强等（2013）基于大系统分解协调原理，通过逐次分解各防洪区域对溪洛渡、向家坝两库预留防洪库容的要求，在结合区域间洪水遭遇关联分析的基础上，提出两库防洪库容在川江与长江中下游荆江河段和城陵矶地区两区域防洪中的分配方案。张睿等（2018）分析了川渝河段及长江中下游重点防洪区域荆江河段和城陵矶地区的防洪需求，针对不同区域的防洪库容区间，确定了防洪库容分配方案，提出了金沙江溪洛渡、向家坝梯级水库配合三峡水库联合防洪的调度方式，结果表明联合防洪调度可有效减轻长江中游的防洪压力，经济效益显著。朱迪等（2020）以“1961年6月典型洪水”及其50年一遇、100年一遇和500年一遇设计洪水系列进行分析，以探讨防洪优化调度对干流控制点削峰及防洪对象的防洪安全的影响。
流域防洪调度问题以单一水库防洪调度*为普遍和成熟。陈森林等（2017）基于水库调度阶段划分及出流上界分析引入水库出流上下界约束，将水库防洪库容*小目标转换为累积蓄水量*小的等价目标，建立了水库防洪补偿调节线性规划模型，实现了水库调度决策和下游河道水流演进的完全耦合。随着流域大型控制性水库相继建成投运，流域大规模联合防洪调度格局已初步形成。丁毅和纪国强（2006）拟定了长江上游干支流水库规划防洪库容的原则与运用方式，并构建了梯级水库协调防洪与发电关系调度方式，提出了上游各支流预留防洪库容方案。陈桂亚（2013）对长江上游干流沿江重要城市河段进行了防洪计算分析，提出了相应的防洪标准和调度方式，同时提出了提高长江上游干支流防洪标准应采取的调洪措施，以及配合三峡水库实施长江中下游防洪调度的方式。周新春等（2017）提出以防洪库容总量满足防洪要求及防洪库容空间分布符合洪水组成与发生规律为原则，开展了水库群防洪库容互用性探讨研究。李肖男等（2019）在总结流域防洪存在的问题和薄弱环节的基础上，针对性地提出了水库群的联合调度策略。
1.2.2水库（群）汛期运行水位动态控制研究进展评述
针对水资源短缺等问题，我国学者和管理者们提出了“洪水资源化”的概念。随着水文气象预报手段、理论的发展，实时水文预报的预见期和精度都有所提高，这就为实施水库汛期运行水位动态控制提供了可能性。刘攀等（2007）基于分期设计洪水调洪演算结果，开展了单一水库的分期汛限水位优化设计研究。周惠成等（2009）在分析防洪预报调度方式运行机理及其对水库调度影响的基础上，采用了防洪风险和蓄水效益相结合的综合评价体系，确定了相对合理的汛期运行水位控制值。王本德和袁晶瑄（2010）研究了利用实时水雨情工情及短期雨洪预报等综合信息的汛期库水位实时动态控制方法。李响等（2010）在考虑入流不确定性因素的条件下，建立了汛期运行水位动态控制运行模型，在三峡水库的应用结果表明，可以在不增加防洪风险的前提下，增加汛期的发电量和洪水利用率。周研来等（2015）提出并建立了结合入库径流预测误差的分期汛限水位防洪调度风险分析模型，并以三峡水库作为研究对象进行分析，结果表明分期汛限水位控制可以在不降低防洪标准的情况下有效提高洪水资源利用率。周如瑞等（2016）基于贝叶斯定理与洪水预报误差特性，提出了确定汛期运行水位动态控制域上限的风险分析方法，弥补了在目前预报调度方式风险分析中不能直接得知不同洪水预报误差风险的不足，充实了水库调度风险分析的理论基础。国内的关于水库汛期运行水位动态控制研究多集中在单个水库的汛期运行水位，而对于复杂的梯级水库群的汛期运行水位研究较少。
1.2.3水库（群）洪水资源利用研究进展评述
随着经济社会发展和人民生活水平的提高，生产、生活和生态用水需求持续增加，水资源短缺已成为我国水问题的主要矛盾。经过多年的水利工程建设、水文气象预测预报水平的提高，以及防洪抗旱经验积累，人们对洪水的掌控能力不断增强，对洪水的认识，也从被动的防御转变为在防御的同时加以适当的利用，洪水资源利用成为一种极具潜力的水资源利用方式。
长江流域水资源量丰富，但是年内分配不均匀，6～9月宜昌站来水（三峡水库建库后为三峡水库入库流量）占全年的60.59%，多年平均流量25500m3/s，是全年平均流量14100m3/s的1.8倍。防洪是三峡水库汛期调度的*要任务，随着长江中下游经济发展，对防洪需求逐步提高，需要三峡水库对汛期常遇洪水调度以减轻下游防洪压力，同时为了给节能减排创造条件，促进社会经济发展，需要三峡水库发挥效益提供更多电力能源。在不发生大洪水、下游没有防洪调度需求时，三峡水库一般维持在汛限水位或汛期水位浮动运行范围内运行，对超过满发流量但不对下游防洪产生影响的洪水资源利用不够充分，汛期末段也未能充分利用洪水资源蓄水，遇来水偏枯时有较大的蓄水压力。因此，汛期洪水资源利用有较大的提升空间，是提高三峡水库水资源利用效益的有效手段。
水文气象预报影响因素的复杂性及汛期来水的不确定性，以及对水库防洪调度规律认识的局限性，导致三峡水库汛期洪水资源利用不够充分。随着长江上游溪洛渡、向家坝、亭子口等一批大型控制性水库建成投入运行，长江上游水库拥有的防洪库容大量增加，长江上游干支流水文测报站网覆盖范围大大扩展，进一步保障了长江流域防洪安全

目录
第1章 绪论 1
1.1 长江上游三大水库概况 2
1.2 水库群联合调度研究进展与工作基础 5
1.2.1 水库（群）防洪调度国内外研究进展评述 5
1.2.2 水库（群）汛期运行水位动态控制研究进展评述 5
1.2.3 水库（群）洪水资源利用研究进展评述 6
1.2.4 水库（群）防洪调度工作基础 8
1.3 存在的问题与发展趋势 9
1.4 本书主要研究内容 10
第2章 新形势下长江流域水库群联合防洪调度需求 13
2.1 防洪保护对象 14
2.1.1 川渝河段 14
2.1.2 长江中下游 14
2.2 长江流域水库群范围 17
第3章 基于不同类型典型洪水的水库群联合防洪调度方式 19
3.1 研究范围及内容 20
3.2 洪水分类 21
3.2.1 洪水成因 21
3.2.2 洪水特性 21
3.2.3 洪水遭遇 23
3.2.4 寸滩洪水特性 26
3.2.5 洪水分类准则 30
3.2.6 寸滩洪水样本分类 32
3.3 防洪联合调度方式 40
3.3.1 典型设计洪水选取 40
3.3.2 寸滩防洪控制条件 42
3.3.3 调度基本原则 43
3.3.4 防洪作用 46
第4章 水库群联合调度对城陵矶及武汉地区防洪作用 51
4.1 采用的模型和条件 52
4.1.1 中游洪水演进数学模型 52
4.1.2 城陵矶地区防洪控制条件 53
4.1.3 三峡水库库区回水计算模型 54
4.2 水库群联合调度对城陵矶地区防洪作用 56
4.2.1 145～158m内对城陵矶地区防洪补偿调度方式细化研究 56
4.2.2 城陵矶地区防洪补偿控制水位进一步提高的可行性 62
4.2.3 158m以上进一步细分防洪库容空间运用方式 71
4.3 水库群联合调度对武汉地区防洪作用 77
4.3.1 对武汉地区防洪调度方式 77
4.3.2 对武汉地区防洪作用分析 78
4.3.3 对武汉地区防洪补偿调度效果分析 79
4.3.4 对武汉地区防洪调度效益分析 83
第5章 长江中游水库群联合防洪调度方式 95
5.1 防洪任务 96
5.1.1 城陵矶地区 96
5.1.2 湖口地区 96
5.1.3 荆江河段 96
5.2 洞庭四水水库群联合调度方式 96
5.2.1 澧水流域防洪形势及江垭、皂市水库防洪调度复核 98
5.2.2 沅江流域防洪形势及凤滩、五强溪水库防洪调度复核 101
5.2.3 资江流域防洪形势及柘溪水库防洪调度复核 106
5.2.4 洞庭四水水库群配合三峡水库防洪调度 119
5.3 鄱阳湖五河水库群联合调度方式 126
5.3.1 洪水组成与遭遇 126
5.3.2 典型洪水联合调度效果 126
5.4 三峡水库和清江梯级水库防洪联合调度方式 128
5.4.1 清江梯级水库防洪库容分配方案 129
5.4.2 清江梯级水库与三峡水库防洪库容投入次序 130
5.4.3 清江梯级水库与三峡水库联合防洪实时预报调度方案 131
第6章 溪洛渡、向家坝汛期运行水位上浮空间 133
6.1 研究方法 134
6.1.1 现有汛期运行方式 134
6.1.2 水位上浮条件分析 135
6.1.3 预泄控制方式 136
6.2 溪洛渡、向家坝汛期运行水位上浮运用复核 140
6.2.1 典型洪水试算和修正 140
6.2.2 汛期运行水位上浮影响 143
6.3 溪洛渡、向家坝汛期运行水位进一步上浮空间论证 146
6.3.1 汛期运行水位进一步上浮可行性 146
6.3.2 汛期运行水位进一步上浮影响 147
第7章 三峡水库汛期运行水位动态控制运用方式 155
7.1 三峡水库汛期运行水位动态控制影响因素 156
7.2 三峡水库汛期运行水位上浮及进一步上浮运用方式 166
7.2.1 汛期运行水位上浮空间论证 166
7.2.2 汛期运行水位上浮运用方式 168
7.2.3 汛期末段运行水位控制 175
7.2.4 8月20日以后分期汛限水位 180
第8章 溪洛渡、向家坝、三峡三库常遇洪水资源利用 187
8.1 研究方法188
8.1.1 三库常遇洪水资源利用控制条件及分类 188
8.1.2 三库常遇洪水分类 189
8.2 三库常遇洪水调度方案拟定 191
第9章 长江上中游水库群联合调度方案和应用效果 209
9.1 联合调度方案 210
9.1.1 《2018年度长江上中游水库群联合调度方案》简介 210
9.1.2 《2019年长江流域水工程联合调度运用计划》简介 210
9.1.3 《2020年长江流域水工程联合调度运用计划》简介 210
9.2 研究案例与结果分析 212
9.2.1 2018年联合调度 212
9.2.2 2019年联合调度 213
9.2.3 2020年联合调度 214
参考文献 217