摘 要：阐述了精细调度的内涵，对其特点进行了分析。从黄河水资源优化配置、提高水资源利用效益和效率，保障供水安全和贯彻《黄河水量调度条例》等方面论述了实施精细调度的必要性。精细调度的技术支撑体系包括：在线信息监测、卫星遥感墒情监测、枯水径流演进、模拟仿真、智能调控等。以近年来成功实践说明精细调度的实际效果，并对精细调度的发展方向进行了展望。
关 键 词：水资源；精细调度；枯水演进；模拟仿真
精细调度是2002年黄河水利委员会根据黄河水量调度实际需要提出的，近年来，黄委在这方面进行了大量研究和实践。自1999年开始实施水量统一调度以来，通过采取综合措施，确保了连续7年黄河不断流，支撑了流域及相关地区经济、社会的可持续发展，遏制了生态环境恶化趋势。从黄河水资源优化配置、提高水资源利用效益和效率、维持黄河健康生命、保障供水安全、贯彻落实《黄河水量调度条例》角度出发，黄河水量调度还需要进一步深入，并全面实施精细调度。
1 精细调度的内涵及特点
精细调度是一种理念，是针对宏观调度而言的，其核心是考虑时间和空间的变化，最大限度地精确配置好水资源。狭义地讲，精细调度就是要合理调度好每一天、每一立方米水，即对水资源“精耕细作”。精细调度是一种微观层面的水量调度，利用遥测、遥感、分布式模型等先进技术，在线获取流域水情、雨情、墒情及引（提）、蓄（退）水工程信息，分析预测水调情势变化，借助模拟优化、仿真分析等决策支持手段科学制订实时水量调度控制指标，通过远程智能控制、动态反馈调整、督察等手段有效调控，确保实时调度指令的执行［1,2］。
精细调度具有以下特点：
（1）实时性。精细调度是实时调度，限定的时间响应要求比较严格。因此，必须做到信息的实时采集和快速传输，调度指令执行情况的及时反馈，即精细调度的在线监测、监控能力要非常强。
（2）精确性。精细调度是微观层次的调度，因此所需信息必须正确无误，决策支持的有关模型分析计算必须满足精度要求，反馈调控也要做到准确、可靠。
（3）差异性。精细调度时空尺度相对较小，应具体到每日和每个水库、河段、取水口和灌区。黄河流域范围广，降水季节性和随机性大，各灌区种植结构、引水习惯不同，精细调度必须考虑这些差异性。
（4）动态性。受预测预报、模型计算误差和其他随机性因素以及瞬息万变的用水和发电需求的影响，精细调度必须适时、适地、适量地应变，即实施模型参数自率定、滚动分析、动态调整。
2 实施精细调度的必要性
黄河水资源短缺，供需矛盾尖锐［3］。目前，黄河地表水资源利用率已接近70％，部分省（区）耗水量已超国务院分配指标，生态环境用水被挤占，河流健康生命受到威胁。在水资源短缺的同时，浪费和效率低下现象仍没有得到有效遏制，目前灌溉水利用系数仅为0.4左右。从黄河流域自然和经济社会特点看，今后30年内用水的需求还会有较大增长，水资源供需矛盾将长期存在。从水资源优化配置、提高水资源利用效益和效率、缓解水资源承载压力角度出发，迫切需要对黄河水资源实施精细调度，充分挖掘潜力。
自1999年实施黄河水量统一调度以来，实现了连续7年黄河不断流。尽管遏制了断流严重局势，但重要断面流量仍很小，头道拐、龙门、潼关、利津等断面出现流量小于50 m3/s的天数分别为34、18、25 d和468 d，还没有实现真正的功能性不断流。黄河水资源调控能力不足，目前仅有龙羊峡、刘家峡、万家寨、三门峡和小浪底5座骨干水库具有调控能力。受径流电站调峰运行和引水控制等因素影响，部分灌区按指标取水保证率低。因此，从维持黄河健康生命、真正实现功能性不断流、保证供水安全角度出发，也迫切需要实施精细调度。
《黄河水量调度条例》于2006年8月1日开始实施，黄河水量调度走上依法调度轨道。该条例要求进行全年干支流水量调度，与过去相比，时空范围都有扩大，增加了调度的难度和复杂性。该条例还明文规定要根据实时水情、雨情、旱情、墒情、水库蓄水量和用水情况，下达实时调度指令，各省（区）耗水以及水库、省际和重要控制断面下泄流量必须符合规定的控制指标。这些都要求黄河水量调度工作做细、做实，可以说实施精细调度是贯彻落实《黄河水量调度条例》的客观需要。 从8年来的黄河水量调度实践看，目前，在信息采集、决策支持手段、监督控制和应急反应能力、实效性和精度等方面，需要通过实施精细调度予以加强，科学配置好有限的黄河水资源。
3 精细调度的技术支撑体系
精细调度的实施，必须建立在一套科学、系统的技术支撑体系之上。这套技术支撑体系主要包括：
（1）在线信息监测。信息全面、及时、准确是实现精细调度的基本要求，因此应合理布置信息采集点并安装高精度传感器，确保有关监控指标（如雨情、水情、墒情、引退水、水质等）及时传送到水量调度中心。
（2）卫星遥感墒情监测。农业是黄河的用水大户，农业需水量受降水、气温等自然因素影响较大，精细调度的难点是精确预测农业需水量。利用卫星遥感这一现代信息技术，可以快速、大范围地对灌区土壤水分及作物生长态势实施监测，为农业需水预测提供重要的墒情信息。
（3）枯水径流演进［4］。枯水调度是水量调度的重点。因此，枯水径流演进是精细调度的重要技术支撑，它综合考虑水量损失、流量传播、区间引水等因素，可以分析短历时、小流量的演进规律，为制定实时调度指令和进行实时反馈控制提供决策支持，进一步提高水资源配置精度。
（4）模拟仿真。水量调度具有不可逆性，一旦决策失误将很难补救。模拟仿真就是以控制论、系统工程理论及模型技术为基础，集成来水预报、用水预报、水库调度和枯水演进等模型，建立精细调度的可视化数字集成平台。基于该集成平台，可以进行实时水量调度的模拟仿真，形成精细调度的决策依据。
（5）智能调控。通过通讯和计算机网络、模型集成和自适应控制等技术，将精细调度各个环节连成一体，并根据环境细微变化，完成信息采集、传输、分析、模拟仿真、报警和调控的自动化操作。
4 黄河水资源精细调度实践［5］
自2002年提出“精细调度”理念以来，黄委开展了黄河水量调度管理系统的建设与应用，开发了黄河上游、下游枯水演进模型，实现黄河下游77座引黄涵闸远程监控，初步建立了黄河水量调度决策支持系统。黄河水量调度实现了从“精心调度”向“精细调度”的转变，信息自动化采集水平、黄河水量调度精度和水资源利用效益及效率明显提高。
通过水文测验设施改造和引进国家气象局的气象卫星综合应用业务系统，实现在线监视全河水雨旱情，提高径流预报精度。2003年旱情紧急调度期，黄河流域主要来水区径流总量预报误差仅为1%。为应对突发水污染事件，在潼关和花园口断面建成了2处水质自动监测站，建立了黄河流域水资源保护监控中心和移动实验室，提高了应对水污染突发事件的信息采集和样品处理能力。2006年1月5日黄河支流洛河巩义市境内发生柴油泄漏事件，通过发挥污染物演进模型的计算和移动实验室机动巡测的优势，对污染水体演进速度和污染物浓度进行了精确预测，为领导决策提供了强有力的技术支持。
2002年黄河流域遭遇新中国成立以来最严重的全流域大旱，黄河干流五大水库蓄水严重偏少，加之天津市水源短缺，需要引黄济津，黄河水资源供需矛盾异常尖锐。根据最新水情、需水等变化，借助黄河下游枯水演进模型，逐日滚动分析、预测黄河下游水流演进情况，为小浪底水库泄流和黄河下游涵闸引水提供决策支持。根据黄河下游枯水演进模型，将小浪底水库下泄流量维持在200 m3/s左右，最小为107 m3/s，不仅确保了黄河防凌安全和不断流，而且也保证了引黄济津和下游引黄灌区用水。这么小的流量在过去凭经验是不敢决策的，因为存在极大的断流风险。通过黄河下游枯水演进模型支持，实施精细调度，仅冬季就节约水量14亿m3。
为保证水调指令得到贯彻执行，提高防断流控制能力，2002年开始建设黄河下游引黄涵闸远程监控系统。通过该系统应用，能够实时掌握涵闸运行情况，对涵闸实施远程控制，极大地提高了应对突发事件的快速反应能力。2003年5月1日8时，黄河下游利津断面流量为26.4 m3/s，低于50 m3/s的预警流量，面临断流危险。利用涵闸远程监控系统迅速关闭利津断面附近的引黄涵闸，使利津断面流量在最短的时间内恢复到预警流量以上，化解了断流危机。通过涵闸远程监控系统的应用，还实现了网上督察。
5 黄河水资源精细调度发展方向
精细调度需要从水资源的优化配置、提高利用效率和效益出发，综合考虑地表水、地下水，协调生活、生产、生态用水需求，考虑目前黄河水量调度实际和向精细、纵深发展的客观要求，需要尽快开展以下工作：
（1）完善水情信息采集和引退水监测、监控系统。黄河有160余处重要引水口门，目前能够自动监测的仅有77处，且都在下游，上中游在这方面还是空白；宁蒙河段退水流量较大，有退水口上百处，但目前尚未实施自动监测；《黄河水量调度条例》要求从2006年开始对重要支流实施水量统一调度，然而，支流引水控制及水情信息监测能力较弱；同时，黄委对支流水库的信息没有全面掌握。引、退水及水情信息监测采集系统不完善，导致引退水及水情实时信息掌握不准确、不及时，因此需要建立覆盖全流域的引退水监测、监控系统和水库运行、支流水文站信息采集系统，实现黄河干流引水工程全面监控，重要跨省(区)支流通过水文信息接入和重点引水口监测、监控实现支流引水有效监控，从而实现黄河水资源精细调度和公平调度。
(2)建立和完善用水预测、径流预报模型。为增强水量调度的科学性和前瞻性，实时掌握来水和用水动态非常必要。为适应全年水量调度和实时调度需要，应将中长期径流预报由非汛期扩展至全年，并增加日径流滚动预报。黄河流域80%以上的用水为农业用水，而农业用水与各灌区墒情密切相关，只有实时掌握各灌区墒情分布和变化，才能合理分配用水量，实现精细调度。目前，黄河水量调度缺乏灌区墒情信息支持，因此需要在大型灌区建立墒情信息监测系统，同时建立基于墒情遥感监测信息的需水预报模型，利用该模型实现用水量的精细分配。
(3)进一步研究枯水演进规律。目前，枯水流量演进规律还是一个技术难题。黄河下游枯水流量演进模型较完善，但随着河道边界条件的变化，对部分参数需要进行相应修正；用水矛盾比较突出的上游河段枯水流量演进模型刚开发完成，还需要进一步完善；黄河中游及重要支流枯水流量演进规律的研究还是空白。因此，下一步需要对黄河上中游及重要支流枯水流量演进规律进行深入研究，精确演算重要水文断面流量和水库下泄流量，实现水资源精细调度。
(4)加快仿真和智能调度模型研发。在目前的黄河水量调度工作中，仿真模拟和智能调度还刚起步。从水量调度发展方向看，应尽快开发仿真模型和智能调度模型。通过仿真模型，对各种水量调度方案进行模拟和分析，借助可视化表达，综合比选科学调度指令，实现引黄涵闸自动控制，确保调度指令得到落实。
(5)加快相关技术基础研究步伐，如生态需水过程、生态流量的确定，地下水与地表水转换等基础研究，为黄河水量精细调度提供基础支撑，以达到提高水资源利用效率和效益的目的。
参考文献：
［1］李国英.建设“三条黄河”［J］.人民黄河，2002(7).
［2］张欧阳,张红武.数字流域及其在流域综合管理中的应用［J］.地理科学进展,2002,21（1）.
［3］席家治.黄河水资源［M］.郑州：黄河水利出版社，1996.
［4］苏茂林.枯水流量演进方法及其应用［J］.河海大学学报：自然科学版，2006，34（3）.
［5］黄河水利委员会.黄河水量统一调度效果评估［R］.郑州：黄河水利委员会，2005.
（作者为水利部黄河水利委员会副主任）
来源：《人民黄河》2007.1
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