3.3 辽 河 流 域 水 质 水 量 优 化 调 度 关 键 技 术 简 要 信 息 获 奖 类 型 应 用 二 等 奖 任 务 来 源 水 体 污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 专 项 课 题 编 号 2009ZX07208-010-T002 课 题 起 止 时 间 2009 年 1 月 ~2012 年 12 月 完 成 单 位 中 国 水 利 水 电 科 学 研 究 院 辽 宁 省 水 利 水 电 科 学 研 究 院 华 北 水 利 水 电 大 学 辽 宁 省 农 业 大 学 主 要 完 成 人 杜 强 诸 葛 亦 斯 李 国 强 余 晓 谭 红 武 李 趋 雷 宏 军 立 项 背 景 辽 河 流 域 经 济 社 会 发 达, 人 口 密 集, 水 资 源 总 量 少, 开 发 利 用 程 度 已 很 高, 河 流 水 质 污 染 严 重, 河 流 生 态 退 化 严 重 辽 河 流 域 水 污 染 必 将 从 污 染 源 治 理 入 手, 这 一 点 已 成 为 共 识, 但 考 虑 到 我 国 的 国 情, 结 合 辽 河 流 域 水 污 染 的 特 征, 要 实 现 经 济 合 理 技 术 可 行 水 环 境 效 果 明 显 的 治 理 目 标, 还 需 要 有 相 应 的 河 流 水 文 条 件 与 之 相 匹 配 由 此, 如 何 在 污 染 源 治 理 的 基 础 上, 发 挥 水 库 及 闸 坝 工 程 的 调 节 作 用, 从 流 域 的 尺 度 上 构 建 河 流 水 质 水 量 优 化 调 配 的 技 术 体 系, 以 改 善 河 流 水 环 境 质 量, 就 成 为 辽 河 流 域 水 污 染 综 合 治 理 中 亟 待 解 决 的 一 个 关 键 技 术 问 题 针 对 这 一 问 题, 本 课 题 将 从 流 域 的 尺 度 上 着 眼 于 长 远, 首 先 从 流 域 尺 度 上 考 虑 河 流 地 形 水 文 水 质 等 几 个 主 要 方 面 的 特 征, 进 行 河 流 生 态 系 统 的 评 估, 诊 断 和 识 别 河 流 生 态 系 统 的 胁 迫 因 子, 制 定 近 中 和 远 期 改 善 流 域 水 环 境 和 生 态 环 境 的 目 标 在 此 基 础 上, 充 分 考 虑 流 域 水 资 源 条 件 和 经 济 社 会 发 展 状 况, 以 改 善 流 域 水 环 境 质 量 为 目 的, 进 行 流 域 水 资 源 优 化 配 置 同 时, 进 行 辽 河 流 域 水 质 水 量 优 化 调 度 和 水 污 染 突 发 事 件 水 力 应 急 调 度 的 关 键 技 术 及 示 范 研 究 课 题 研 究 的 目 的 是, 为 辽 河 流 域 河 流 水 质 改 善 提 供 良 好 的 水 资 源 和 水 力 学 基 础 条 件, 为 实 现 辽 河 水 污 染 控 制 总 体 目 标 提 供 技 术 支 撑 52
详 细 科 学 技 术 内 容 (1) 辽 河 流 域 生 态 需 水 研 究 综 合 分 析 陆 域 植 被 特 征, 水 生 生 物 习 性 及 分 布, 水 利 工 程 分 布 及 运 行 方 式, 入 河 排 污 口 位 置 及 排 放 水 质 水 量 状 况, 水 环 境 现 状 及 水 功 能 区 分 布 等 基 础 资 料, 制 定 生 态 需 水 分 区 原 则 ; 在 流 域 DEM 水 系 图 以 及 河 道 平 面 地 形 的 基 础 上, 进 行 全 流 域 生 态 需 水 分 区 ; 研 究 流 域 内 水 循 环 生 态 效 应 和 生 态 需 水 类 型 的 划 分 准 则, 并 确 定 各 分 区 内 主 要 的 生 态 目 标, 以 及 相 应 的 生 态 需 水 类 别 在 水 资 源 状 况 河 流 生 态 环 境 现 状 调 查 评 价 成 果 以 及 生 活 生 产 生 态 用 水 的 结 构 及 变 化 趋 势 分 析 的 基 础 上, 以 流 域 可 持 续 发 展 为 前 提, 考 虑 不 同 子 系 统 不 同 类 型 需 水 的 耦 合, 根 据 各 分 区 内 主 要 的 生 态 目 标, 以 及 相 应 的 生 态 需 水 类 别, 运 用 分 区 域 生 态 需 水 计 算 模 型, 分 类 别 确 定 满 足 流 域 水 质 改 善 的 目 标, 同 时 保 障 重 要 水 生 态 系 统 基 本 功 能 的 正 常 运 转 的 生 态 需 水 阈 值 及 适 合 的 水 量 过 程 (2) 辽 河 流 域 水 质 水 量 多 目 标 优 化 调 度 模 型 研 究 基 于 系 统 调 查 评 价 辽 河 流 域 典 型 干 流 控 制 性 水 库 来 水 特 征, 分 析 水 库 现 行 调 度 运 行 方 案 特 点, 根 据 河 道 生 态 需 水 量 的 研 究 成 果, 研 究 下 泄 生 态 基 流 的 时 间 和 空 间 需 求, 在 防 洪 安 全 保 障 基 础 上, 提 出 水 库 运 用 方 式 调 整, 在 满 足 工 农 业 用 水 要 求 基 础 上, 研 究 增 加 或 调 整 下 泄 生 态 环 境 用 水 的 调 度 方 式 以 辽 河 流 域 枯 水 水 资 源 优 化 利 用 和 调 度 为 重 点, 利 用 水 库 ( 群 ) 调 度 进 行 长 期 调 节, 利 用 控 制 性 闸 坝 进 行 短 期 控 制, 研 究 河 段 生 态 基 流 控 制 方 式, 实 现 库 群 与 闸 坝 控 制 有 机 结 合 图 1 流 域 水 质 水 量 优 化 库 群 调 度 规 则 图 - 以 观 音 阁 水 库 为 例 53
3 辽河流域水质水量优化调度决策支持系统研究 针对辽河流域典型河流水质目标保障的水量调配不同预案 研究干流水质状 况对调配预案的响应关系 提出流域水质水量联合调度辨识指标体系和水质响应 与水量调度的相关关系分析技术方法 研制流域水质目标保障的水量优化调度决 策支持系统 流域水质水量优化调度决策支持系统可从全流域和分区两个层次系 统辨识不同调配方案的水资源配置的社会 经济 生态 资源 效率的合理性 并将辨识结果反馈到调配方案的生成过程 最终通过过程控制和结果检验得到最 优调度方案 图2 辽河流域水质数量优化调度决策支持系统 发明及创新点 1 流域保障河流水质改善的库群联合调度和闸坝调控技术 根据流域供水需求 可持续发展需求和防洪需求等建立多目标优化调度模 型 以辽河流域枯水水资源优化利用和调度为重点 利用水库 群 调度进行长 期调节 利用控制性闸坝进行短期控制 研究河段生态基流控制方式 实现库群 与闸坝控制有机结合 2 流域水质水量联合调度辨识技术 针对课题目标及示范河段的关键经济及技术考核指标 基于理论分析 提出 了理论及实际效果相结合 理化指标与生态响应指标相结合的水质水量优化调度 效果评估指标体系 采用等权重综合评价法进行优化调度效果指数评价 制定了 示范河段水质水量调度及效果监测评估方案 构建了涵盖常规理化指标及生物响 54
应 指 标 的 水 质 水 量 联 合 调 度 效 果 评 估 指 标 ; 依 据 评 估 技 术 方 案, 并 基 于 示 范 河 段 的 水 质 水 量 及 生 物 监 测 调 查 结 果, 对 示 范 河 段 的 调 度 效 果 进 行 了 评 估 与 当 前 国 内 外 同 类 研 究 同 类 技 术 的 综 合 比 较 (1) 辽 河 流 域 生 态 需 水 研 究 北 方 的 辽 河 流 域 水 资 源 严 重 不 足, 生 产 生 活 生 态 用 水 竞 争 激 烈, 国 外 主 要 以 水 生 生 物 及 水 生 态 系 统 为 目 标 的 环 境 流 量 研 究 方 法 不 能 直 接 服 务 于 我 国 的 水 资 源 管 理, 本 课 题 环 境 流 量 研 究 多 以 流 域 经 济 社 会 可 持 续 发 展 为 目 标, 趋 向 于 分 区 分 级 分 类 和 分 期 的 环 境 流 量 优 化 权 衡 研 究 与 国 内 相 关 研 究 相 比, 本 课 题 取 得 的 分 区 分 级 分 类 和 分 期 的 环 境 流 量 成 果 充 分 考 虑 生 态 恢 复 需 求 与 社 会 经 济 可 承 受 度, 提 出 辽 河 流 域 环 境 流 量 保 障 技 术 与 管 理 方 案 (2) 辽 河 流 域 水 质 水 量 优 化 调 配 技 术 方 案 在 辽 宁 省 七 大 水 库 联 调 的 良 好 基 础 下, 针 对 河 流 域 的 农 业 用 水 相 对 集 中, 用 水 量 较 大 的 特 点, 通 过 农 业 用 水 的 一 水 多 用 和 供 水 过 程 的 调 整, 保 障 河 道 内 生 态 流 量 在 环 保 部 门 控 污 前 提 下, 挖 掘 出 水 利 工 程 在 生 态 环 境 改 善 方 面 调 控 的 潜 力, 实 现 社 会 经 济 效 益 与 生 态 环 境 效 益 的 有 机 统 一 以 水 质 水 量 仿 真 模 型 为 基 础, 以 河 道 内 生 态 流 量 保 障 和 水 质 改 善 为 目 标, 构 建 了 辽 河 流 域 水 质 水 量 多 目 标 优 化 调 度 模 型, 形 成 了 辽 河 流 域 库 群 联 合 优 化 调 度 方 案 与 流 域 实 际 情 况 相 结 合, 首 次 实 现 辽 河 流 域 库 群 联 合 优 化 调 度 成 果 应 用 情 况 及 社 会 经 济 效 益 (1) 成 果 应 用 情 况 1) 辽 河 流 域 水 质 水 量 联 合 调 配 决 策 支 持 系 统 辽 河 流 域 水 质 水 量 联 合 调 配 决 策 支 持 系 统 可 对 一 系 列 水 质 水 量 调 度 方 案, 根 据 河 道 水 质 现 状 及 水 质 目 标 等 设 定 条 件, 对 不 同 方 案 进 行 比 较 分 析, 快 速 给 出 切 实 可 行 的 流 域 水 质 水 量 调 度 方 案 运 用 辽 河 流 域 水 质 水 量 联 合 调 配 决 策 支 持 系 统, 可 辅 助 制 订 水 质 水 量 联 合 调 配 方 案, 为 辽 河 流 域 河 道 水 质 状 况 的 改 善 提 供 有 力 的 支 持 系 统 于 2011 年 8 月 开 始 在 辽 宁 省 洪 水 局 安 装 调 试 试 运 行, 目 前 系 统 运 行 稳 定 正 常, 各 功 能 模 块 都 发 挥 了 较 好 作 用 辽 河 流 域 水 质 水 量 联 合 调 配 决 策 支 持 系 统 是 辅 助 决 策 的 有 力 工 具, 为 我 省 流 域 水 质 水 量 调 度 提 供 了 重 要 55
决 策 工 具 和 管 理 平 台, 收 到 了 良 好 的 社 会 和 经 济 效 益 2) 太 子 河 流 域 水 质 水 量 优 化 调 配 三 维 仿 真 系 统 太 子 河 流 域 水 质 水 量 优 化 调 配 三 维 仿 真 系 统 包 括 太 子 河 流 域 大 量 的 数 据 信 息, 包 括 河 道 与 陆 面 信 息 河 流 水 文 信 息 水 库 与 闸 坝 工 程 信 息, 及 河 流 水 质 信 息 太 子 河 流 域 水 质 水 量 优 化 调 配 三 维 仿 真 系 统 具 有 良 好 的 人 机 交 互 界 面 该 系 统 于 2011 年 8 月 开 始 在 辽 宁 省 供 水 局 安 装 调 试 试 运 行 系 统 运 行 稳 定 正 常, 各 功 能 模 块 都 发 挥 较 好 作 用 尤 其 是 在 太 子 河 流 域 基 础 信 息 及 展 示 水 质 水 量 调 配 动 态 变 化 过 程 方 面, 为 辽 宁 省 水 质 水 量 信 息 化 管 理 提 供 有 力 的 技 术 支 撑 3) 辽 宁 省 水 库 供 水 调 度 规 定 课 题 组 与 辽 宁 省 供 水 局 合 作, 结 合 全 省 河 道 生 态 用 水 需 求 及 水 库 调 度 运 行 现 状, 共 同 起 草 了 辽 宁 省 水 库 供 水 调 度 规 定 辽 宁 省 水 库 联 合 调 度 保 障 河 道 生 态 用 水 实 施 方 案 和 辽 宁 省 河 道 生 态 用 水 保 障 办 法 ( 草 案 ), 现 辽 宁 省 水 库 供 水 调 度 规 定 已 经 以 辽 宁 省 人 民 政 府 第 254 号 令 公 布, 与 2011 年 4 月 1 日 起 施 行, 辽 宁 省 水 库 联 合 调 度 保 障 河 道 生 态 用 水 实 施 方 案 和 辽 宁 省 河 道 生 态 用 水 保 障 办 法 ( 草 案 ) 已 报 省 政 府 待 批 (2) 经 济 效 益 直 接 经 济 效 益 课 题 研 发 的 多 类 模 型 及 管 理 集 成 软 件 系 统 及 其 软 件 著 作 权, 均 已 在 多 个 管 理 部 门 进 行 应 用, 有 效 地 提 高 了 管 理 部 门 工 作 效 率, 降 低 了 相 关 工 作 的 经 济 成 本, 已 在 相 关 应 用 单 位 的 应 用 证 明 中 体 现 间 接 经 济 效 益 作 为 流 域 水 质 目 标 管 理 技 术 体 系 的 重 要 组 成 环 节, 流 域 水 质 水 量 联 合 调 度 关 键 技 术 体 系 在 水 污 染 防 治 及 水 资 源 保 护 方 面 发 挥 了 较 好 引 导 作 用, 必 将 在 未 来 的 经 济 社 会 建 设 及 河 湖 健 康 保 障 方 面 产 生 重 大 经 济 效 益 (3) 社 会 效 益 流 域 水 环 境 质 量 问 题 是 经 济 社 会 广 泛 关 注 的 重 大 社 会 问 题, 建 立 水 质 改 善 为 导 向 的 水 质 水 量 调 度 关 键 技 术 体 系, 是 能 进 一 步 促 进 流 域 水 质 改 善 的 重 大 制 度 建 设 举 措 同 时, 课 题 在 辽 河 流 域 提 出 的 水 库 水 质 水 量 联 合 调 度 方 案, 对 辽 河 流 域 经 济 社 会 的 十 二 五 水 污 染 防 治 及 水 资 源 保 护 具 有 支 持 意 义 基 于 课 题 研 究 成 果 编 制 了 辽 河 流 域 水 质 水 量 联 合 调 度 技 术 方 案 编 制 导 则 该 导 则 的 推 行, 必 将 产 生 良 好 的 社 会 效 益 56