问题描述

汛限水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，在防洪中具有法定地位，是协调水库防洪与兴利的关键参数，直接影响水库效益发挥。近年来，水旱灾害防御和应急管理部门强化底线思维，加强了水库汛限水位的监管工作，出现了一些过度强调汛期水库运行水位不得超过汛限水位的情况，导致相当多的水库面临汛期大量弃水、汛后又无水可蓄的窘况。在加大了防洪安全的保障度的同时，不利于发挥水库的综合利用效益。

据文献调研，西方发达国家水库设计和监管都没有专门设置汛限水位这个特征参数。设计水库水位（库容）分别为死水位（死库容）、最低消落水位（缓冲库容）、正常蓄水位（兴利库容）、防洪设计水位（防洪库容）。水库业主依据法律法规和水文气象预报信息，在确保大坝和防洪安全的前提下运行调度，获取水库综合利用效益并承担事故赔偿风险。

我国地处亚洲季风区，水资源时空分布不均，不仅洪涝灾害频发，同时又是一个严重缺水的国家。近年来，我国许多省份发生旱情，特别是2022年长江流域发生历史性特大干旱，全国共有5245.2万人次受灾，因旱需生活救助758.5万人次，农作物受灾面积6090.2千公顷，直接经济损失512.8亿元，给社会经济造成了较大影响，引起社会各界的高度关注，也促发水利行业深入思考如何更好地发挥已建众多大型水库群的水资源综合利用效益。

根据《2022年度长江流域水工程联合调度运用计划》，长江流域纳入联合调度的水工程共计111座，其中：控制性水库51座，总调节库容1160亿立方米、总防洪库容705亿立方米。我国汛期洪水约占全年总径流的64%，目前仅其中的50%被调控，因此洪水资源化潜力巨大。

洪水资源化是针对传统水利与做法而提出的兴利与除害结合、防洪与抗旱并举的治水理念在新时期的一个具体体现，该概念的提出具有崭新的时代特征，是治水思想在实践中不断开拓创新的理论结晶。

目前，经过几十年的科技攻关和技术进步，我国的水文气象监测预报、通讯、水库调度决策水平已经处于国际前列。随着具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系和数字孪生流域的持续构建，可以为水库汛期水位动态控制、联合优化调度提供强有力的技术支撑。具体体现在：(1)我国气象监测预测预报水平不断提高。2022年４月20日，中国气象报报道：“2021年，我国强对流天气预警时间提前至40min，暴雨预警准确率达到90％。气象预报业务体系不断完善，多种以精准、及时为特点，全面应用新技术的预报产品实现业务化。从短时临近预报到短期预报再到中期和延伸期预报、气候预测，预报预测业务体系全方位升级，小到捕获雷暴大风动态，大到预测未来天气趋势，无缝隙预报预测能力正逐渐增强”。(2)我国水文监测预报水平不断提高。我国南方主要江河的洪水预报精准度由80％提升到90％以上，北方主要江河的洪水预报精准度由50％提升到70％以上。水利部现在可获取未来7d以上的降雨数值预报，通过与洪水预报系统耦合，可制作未来10d的洪水预测预报，能有效提高未来2d的预报精度，未来3-5d的预测成果可用来研判未来江河洪水发展趋势。(3)调度决策信息化水平不断提高。通过国家防汛抗旱指挥系统工程等重大项目建设，基本建成了大江大河洪水预报体系，编制了100座防洪骨干大型水库和33处重点蓄滞洪区的洪水预报方案，支撑了大江大河重点水利工程的科学调度。气象水文监测、预报防洪调度能力和服务水平的提高，大大强化了防汛抗旱信息采集、传输、处理的及时性、可靠性，提高了洪水预报预警的准确性、时效性，提升了防灾减灾调度指挥决策的科学性、主动性。

另一方面，现有的水库调度、水库群联合调度及汛期运行水位动态控制技术，均源于单库的汛限水位设计与运用研究成果，存在未考虑上游水库调蓄影响、调度控制脱节、响应速度慢等问题，不能有效支撑洪水资源化相关需求。

现有的水库群联合调度及汛期运行水位动态控制技术主要基于水文、气象等预报信息和水库补偿特性，在确保水库及下游防洪安全条件下，充分利用水库防洪与兴利的重叠库容，提高水库的综合效益和水资源利用率。主要集中于三个方面:一是通过预报调度方式抬高汛限水位，二是汛限水位动态控制，三是水库群防洪库容的分配。

大型水库群联合调度的关键技术是如何实现防洪、发电、水资源高效利用的多目标联合调度问题，由于优化状态搜索规模相应也极大，更易引发维数灾等问题，现有方法尚很难直接对其进行建模高效求解。

通过水库群运行期汛限水位联合优化调度技术充分发挥大型水库群联合运行调度作用，实现洪水资源化，在不降低原有防洪标准的前提下，提高水库汛末的蓄满率，可有效权衡防洪和抗旱之间的矛盾关系，缓解区域性严重缺水的状况，实现综合利用效益的最大化；另一方面，可充分利用现有的水利工程条件，完善调度方案和操作规程，达到防洪减灾、减少弃水、增加供水的目的，是实现水利发展的一条非工程措施，为加快水利发展提供“软实力”。

综上所述，本问题的研发是面向水旱灾害防御、水电清洁能源、水资源综合利用以及水生态环境保护的重大国家需求，具有重大的理论意义和工程应用价值。

近年来，水旱灾害防御和应急管理部门强化底线思维，加强了水库汛限水位的监管工作，出现了一些过度强调汛期水库运行水位不得超过汛限水位的情况，导致相当多的水库面临汛期大量弃水、汛后又无水可蓄的窘况。在加大了防洪安全的保障度的同时，不利于发挥水库的综合利用效益。

近年来，我国许多省份发生旱情，特别是2022年长江流域发生历史性特大干旱，给社会经济造成了较大影响，引起社会各界的高度关注，也促发水利行业深入思考如何更好地发挥已建众多大型水库群的水资源综合利用效益。

目前，经过几十年的科技攻关和技术进步，我国的水文气象监测预报、通讯、水库调度决策水平已经处于国际前列。随着具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系和数字孪生流域的持续构建，可以为水库汛期水位动态控制、联合优化调度提供强有力的技术支撑。

但现有的水库调度、水库群联合调度及汛期运行水位动态控制技术，均源于单库的汛限水位设计与运用研究成果，存在未考虑上游水库调蓄影响、调度控制脱节、响应速度慢等问题，不能有效支撑洪水资源化相关需求。

大型水库群联合调度的关键技术是如何实现防洪、发电、水资源高效利用的多目标联合调度问题，由于优化状态搜索规模相应也极大，更易引发维数灾等问题，现有方法尚很难直接对其进行建模高效求解。

通过水库群运行期汛限水位联合优化调度技术充分发挥大型水库群联合运行调度作用，实现洪水资源化，在不降低原有防洪标准的前提下，提高水库汛末的蓄满率，可有效权衡防洪和抗旱之间的矛盾关系，缓解区域性严重缺水的状况，实现综合利用效益的最大化；另一方面，可充分利用现有的水利工程条件，完善调度方案和操作规程，达到防洪减灾、减少弃水、增加供水的目的，是实现水利发展的一条非工程措施，为加快水利发展提供“软实力”。

综上所述，本问题的研发是面向水旱灾害防御、水电清洁能源、水资源综合利用以及水生态环境保护的重大国家需求，具有重大的理论意义和工程应用价值。

问题背景

根据《2022年度长江流域水工程联合调度运用计划》，长江流域纳入联合调度的水工程共计111座，其中：控制性水库51座，总调节库容1160亿立方米、总防洪库容705亿立方米。我国汛期洪水约占全年总径流的64%，目前仅其中的50%被调控，因此洪水资源化潜力巨大。

洪水资源化是针对传统水利与做法而提出的兴利与除害结合、防洪与抗旱并举的治水理念在新时期的一个具体体现，该概念的提出具有崭新的时代特征，是治水思想在实践中不断开拓创新的理论结晶。现有的水库调度、水库群联合调度及汛期运行水位动态控制技术，均源于单库的汛限水位设计与运用研究成果，存在未考虑上游水库调蓄影响、调度控制脱节、响应速度慢等问题，不能有效支撑洪水资源化相关需求。

最新进展（截止问题发布年度）

现有的水库群联合调度及汛期运行水位动态控制技术主要基于水文、气象等预报信息和水库补偿特性，在确保水库及下游防洪安全条件下，充分利用水库防洪与兴利的重叠库容，提高水库的综合效益和水资源利用率。主要集中于三个方面:一是通过预报调度方式抬高汛限水位，二是汛限水位动态控制，三是水库群防洪库容的分配。

大型水库群联合调度的关键技术是如何实现防洪、发电、水资源高效利用的多目标联合调度问题，由于优化状态搜索规模相应也极大，更易引发维数灾等问题，现有方法尚很难直接对其进行建模高效求解。

重要意义

通过水库群运行期汛限水位联合优化调度技术充分发挥大型水库群联合运行调度作用，实现洪水资源化，在不降低原有防洪标准的前提下，提高水库汛末的蓄满率，可有效权衡防洪和抗旱之间的矛盾关系，缓解区域性严重缺水的状况，实现综合利用效益的最大化；另一方面，可充分利用现有的水利工程条件，完善调度方案和操作规程，达到防洪减灾、减少弃水、增加供水的目的，是实现水利发展的一条非工程措施，为加快水利发展提供“软实力”。

本问题的研发是面向水旱灾害防御、水电清洁能源、水资源综合利用以及水生态环境保护的重大国家需求，具有重大的理论意义和工程应用价值。