目前，我国的水库调度主要是围绕防洪、发电、灌溉、供水、航运等综合利用效益所进行的。依据水库既定的水利任务和要求而制定的蓄泄规则，就是我们通常所说的水库调度方式。长江流域现行水库调度方式主要分为两大类，即防洪调度与兴利调度。防洪调度的主要任务是确保水库大坝安全和处理防洪与兴利的矛盾。对不承担下游防洪任务的水库而言，防洪调度的主要任务是在确保水库大坝安全的前提下，充分发挥水库兴利效益；对承担有下游防洪任务的水库，防洪调度的主要任务，是在确保水库大坝安全的前提下，处理好防洪与兴利之间的矛盾，通常采用的调度方式有：固定下泄（一级或多级）、补偿调节、预报预泄等，汛限水位是处理防洪与兴利矛盾的基本特征水位。兴利调度一般是在非汛期，按照水库所承担兴利任务的重要程度，合理分配水资源，谋求经济效益最大化的调度方式，按照工程任务一般分为：发电调度、灌溉调度、供水调度等类型。
以丹江口水利枢纽为例，其初期规模的综合利用任务为：防洪、发电、灌溉、航运及养殖。大坝加高后水库调节能力及承担各项水利任务的能力将有较大的改善和提高，其水利任务将调整为：防洪、供水、发电、航运。丹江口水库现状及大坝加高后，洪水调度方式均为预报预泄、补偿调节、分级控泄；兴利调度现状按水利任务主次，依据水库调度图进行控制运行。大坝加高后，丹江口水库按发电服从调水、调水服从生态的原则拟定控制水位和调度规则，在满足水源区用水发展要求的前提下，尽可能多调水，并按库水位高低和来水情况，分区进行调度，大水多调，小水少调。
现行水库的管理制度和调度运行模式的主要任务是，处理、协调防洪和兴利的矛盾以及兴利任务之间的利益。从河流生态系统保护的角度看，现行调度方式存在的主要问题：一是大多数的水库调度方案没有考虑坝下游生态保护和库区水环境保护的要求。目前一些大型水电站在进行调峰调度运行时以及支流中开发的引水式水电站，往往只重视发电效益，忽视了坝下游生态保护的要求，如电站在调峰运行和引水发电时，导致坝下游出现减水河段，甚至脱水河段，使坝下游水生物（尤其是鱼类）的生存环境遭受极大破坏，一些减水和脱水河段的生物多样性遭受严重破坏，直接威胁坝下游水生态的安全；由于水库对下泄流量的调节作用，也可能引起水库下游局部河段出现水体富营养化。二是受水库调度运行的影响，也会引发库区局部缓流区域或支流回水区出现水体富营养化，甚至“水华”现象的发生；水库消落带的利用与水库的调度运行不协调，可能造成消落带利用而污染水库水质。三是缺乏对水资源的统一调度与管理。目前长江上游干支流水电开发基本进入全面开发的状态，一些工程规模大、调节性能好、综合利用效益大的控制性水利枢纽工程正在加快建设。这些枢纽工程建成后，如果仍采用目前的调度与管理模式，各发电公司仅按枢纽各自的任务进行调度运用，势必会造成对水资源统一调度的不利，不仅会影响流域梯级水库整体的综合利用效益，而且还会导致生态与环境等一系列影响。例如，如果长江上游干支流水库同步蓄水、放水，下游河道水量大幅减少或增加，将对长江中下游的生态与环境产生较严重的影响。
从三峡水库调度运行面临的问题和沱、岷江流域梯级开发及水库调度存在的主要问题，可以更加清楚地看到现有水库调度方式存在的问题。
（一）三峡水库调度运行面临的问题
三峡水库首先考虑的是防洪，其次考虑发电和航运，坝下游生态保护和库区水环境保护将面临许多新的问题。一方面，在三峡水库泄水运行过程中，每年4月底至5月初，由于三峡水库坝前存在水温分层，水库升温期下泄水较天然情况的水温低，将会使坝下游“四大家鱼”的产卵时间推迟约20天；同时，三峡水库的削峰作用，也直接影响“四大家鱼”的产卵量，可能导致中下游“四大家鱼”的产量下降；水库泄洪时，可能使下泄水流中造成氮气过饱和，可能使坝下游鱼类（尤其是鱼苗）发生“气泡病”；水库的清水下泄，影响和改变了中下游的江湖关系，也相应的影响了中下游的水生态环境。另一方面，在三峡水库蓄水运行过程中，支流回水区受水库回水顶托的影响，在局部缓流区域可能会出现水体富营养化，甚至“水华”（如135m蓄水过程中香溪河发生的“水华”）；随着水库蓄水位抬高，水库消落带的利用，也可能影响水库水体的水质。
（二）沱江流域水库调度存在的问题严峻
沱江干流总长达600多km，经成都、资阳、内江、泸州后注入长江，流域面积约2.7万km2。两岸人口密集、工业企业众多。由于缺乏有效环境管理，沱江接连出现了两次严重污染事件，污染事件发生后紧急实施跨流域调水——通过都江堰和三岔水库分别调水5000万m3和500万m3为沱江冲污，调水流量甚至大于沱江上游来水。但在调水冲污过程中，由于对沱江干流的石桥、沱江、南津绎等梯级水电站缺乏统一调度与管理，污水团下泄缓慢，调水冲污效果并不理想。这一事件充分暴露了电调与水调的矛盾，暴露了企业在处理经济利益与生态保护中的局限性，也暴露出管理制度的薄弱。
（三）岷江流域水库调度存在的问题
岷江干流除在建电站紫坪铺和支流在建狮子坪电站外，目前干、支流上已建的其他水电站均采用引水式开发，各水电站为了获取最大的发电效益，尽量引水发电，基本不考虑河道内生态用水，导致干流约80km、支流约60km的河段出现时段性脱水。铜钟电站以上的茂县境内，断流现象十分突出，河道干涸，在40km的河段内，干涸河段长17km，占河段长度的42%。岷江上游干流和主要支流原生的近40种鱼类，包括国家二级保护鱼类虎嘉鱼，由于河流减水或断流，河床萎缩或干涸，直接影响鱼类的繁衍和生存，鱼类数量和种群急剧下降，许多河段生物多样性丧失殆尽。20世纪80年代以后，茂县以下河段虎嘉鱼已绝迹，曾是杂古脑河和岷江上游主要经济鱼类的重口裂腹鱼，也很少发现。此外，在脱水、断流河段，河床大部分甚至全部，乱石堆积，两岸植被萎缩，河床出现沙化，在汛期大水时，易形成含沙高的洪水，加剧下游河道的淤积。
此外，岷江上游地区比较好的土地多集中于河道两岸，农田灌溉主要依靠抽、引岷江水灌溉。由于部分河段出现脱流或减水，使河流两岸农田的灌溉水源无法保证。
综上所述，一方面长江流域水资源和水力资源丰富，目前总体开发利用程度不高，开发利用潜力巨大，随着我国社会经济发展对水资源和能源要求的提高，长江流域的水资源和水力资源的开发利用，必将进入一个快速发展阶段。另一方面，现行的水库调度方式主要是处理、协调防洪和兴利的矛盾以及兴利任务之间的利益，对水库下游生态保护和库区水环境保护重视不够，对生态与环境造成一定的负面影响。这就要求我们把生态调度纳入水库调度统一考虑，努力提高防洪、兴利与生态协调统一的水库综合调度方式。
二、完善水库调度方式的基本思路和对策措施
完善水库调度方式的基本思路是：牢固树立和认真落实以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观，以维护健康长江、促进人水和谐为基本宗旨，统筹防洪、兴利与生态，运用先进的调度技术和手段，在满足坝下游生态保护和库区水环境保护要求的基础上，充分发挥水库的防洪、发电、灌溉、供水、航运、旅游等各项功能，使水库对坝下游生态和库区水环境造成的负面影响控制在可承受的范围内，并逐步修复生态与环境系统。
（一）充分考虑下游水生态及库区水环境保护
水库的调度运用对生态与环境造成的不利影响不可忽视。根据目前长江流域水库的管理和调度现状，研究认为，在现有的调度方式中，根据各水库的实际情况可以通过下泄合理的生态基流（最小或适宜生态需水量），运用适当的调度方式控制水体富营养化、控制水体理化性状与水华爆发、控制河口咸潮入侵等，以达到减少或消除对水库下游生态和库区水环境不利影响的目的。
1.确定合理的生态基流
生态基流要根据坝下游河道的生态需水确定。生态需水是指维系一定环境功能状况或目标（现状、恢复或发展）下客观需求的水资源量。确定河流生态需水量，是保护河流生态系统功能的有效措施。河流生态需水量的确定，应根据河流所在区域的生态功能要求，即生物体自身的需水量和生物体赖以生存的环境需水量来确定。河流生态需水量，不但与河流生态系统中生物群体结构有关，而且还应与区域气候、土壤、地质和其它环境条件有关。
水资源开发利用程度的不断提高，使得水资源利用与生态用水的矛盾在全球范围都很突出，但生态流量大小的选取论证，目前尚缺乏比较完善、成熟的方法。美国、法国、澳大利亚等国家都先后开展了许多关于鱼类生长繁殖与河流流量关系的研究，提出了河流最小生态（或生物）流量的概念和计算方法，如湿周法、河道内流量增加法、Montana法等。对于最小河流生态用水，有些国家干脆做出强制性规定，例如，法国规定最小河流生态用水流量不应小于多年平均流量的1/10，对多年平均流量大于80m3/s的河流，最低流量的下限也不得低于多年平均流量的1/20。我国根据河流所处的地区，也提出了确定河流生态流量的不同方法。根据长江流域水资源综合规划的要求，长江流域河道生态基流可根据多年径流量资料，一般采用90%或95%保证率的最枯月河流平均流量。
根据生态基流控制水库下泄流量的措施多种多样，最经济的方法是设定在一定的发电水头下的电站最低出力值。通过电站引水闸的调节，使发电最低下泄流量不小于所需的河道生态基流，以维持坝下游生态用水。
2.控制水体富营养化
水库局部缓流区域水体富营养化的控制，可通过改变水库调度运行方式，在一定的时段内降低坝前蓄水位，使缓流区域水体的流速加大，破坏水体富营养化的形成条件；或通过在一定的时段内增加水库下泄流量，带动水库水体的流速加大，达到消除水库局部水体富营养化的目的。另外，对水库下游河段也可通过在一定的时段内加大水库下泄量，破坏河流水体富营养化的形成条件；或采取引水方式（如汉江下游的“引江济汉”工程），增加河流的流量，消除河流水体的富营养化。
3.控制“水华”爆发
可通过不同的调度方式，充分运用水动力学原理，改变污染物在水库中的输移和扩散规律以及营养物浓度场的分布，从而影响生物群落的演替和生物自净作用的变化。可利用水库调度对水资源配置的功能，蓄丰泄枯，增加枯水期水库泄放量，从而显著提高下游河道环境容量，改善水质。目前，汉江下游枯水期2月份前后频繁爆发水华，随着丹江口水库大坝加高，调蓄能力增强，以及引江济汉联合调度，可增加汉江下游2月份前后的河道流量，从而有效缓解汉江下游水体富营养化现象，控制蓝藻“水华”的爆发。
4.控制咸潮入侵
长江口属于受上游来水和口外咸潮入侵双重影响的敏感水域，上游来水和咸潮入侵直接关系到这一水域的生态安全。长江口盐水入侵是因潮汐活动所致的、长期存在的自然现象，一般发生在枯季11月至次年4月，其距离因各汊道断面形态、径流分流量和潮汐特性不同而存在较大差异。南支河段有两个盐水入侵源，即外海盐水经南北港直接入侵和北支向南支倒灌，北支倒灌是南支上段水域盐水入侵的主要来源。
三峡工程是长江干流上骨干水利枢纽工程，水库具有较大的调节库容，按设计的调度运用方式，可增加长江中下游干流枯季流量1000～2000m3/s，对改善长江口枯季咸潮入侵的作用明显。但在三峡水库蓄水期，有一定的不利影响。水库调度在满足原定防洪、发电、航运等基本要求的前提下，可适当改变调度运行方式，以减少在10月份三峡工程蓄水期对咸潮入侵的不利影响。通过初步研究，可以考虑在不影响重庆河段输沙的条件下，适当延长三峡水库蓄水期，则可减少10月份的蓄水量，对长江口的影响便可明显减轻。在此基础上，还可以研究应急调度运用方式，如果长江出现了特枯水，长江口咸潮入侵形势特别严峻时，可视必要加大发电流量，以缓解这一关系到长江口地区可持续发展的重大问题。
（二）充分考虑水生生物及鱼类资源保护
水库形成后，一方面产生了一些有利于部分水生生物繁衍生息的条件，其种类和数量会大幅度增加，生产力将提高。另一方面，水库对径流的调节作用，使库区及坝下河流水文情势和水体物理特性发生变化，对水生生物的繁衍和鱼类的生长、发育、繁殖、索饵、越冬等均会产生不同程度的影响，如：库区原有的急流生境萎缩或消失，一些适宜流水性环境生存和繁殖的鱼类，因条件恶化或丧失，种群数量下降，个别分布区域狭窄、对环境条件要求苛刻的种类甚至消失；大坝阻隔作用使生境片段化，影响水生生物迁移交流，导致种群遗传多样性下降；水库低温水的下泄，对坝下游水生动物的产卵、繁殖具有不利影响；由于水库泄洪水流中进入了大量的氮气，使下泄水体中氮气过饱和，可能导致坝下游鱼类（尤其是鱼苗）发生“气泡病”。对这些不利影响，可采用以下调度措施减小或消除。
1.采取人造洪峰调度方式
水库的径流调节使坝下河流自然涨落过程弱化，一些对水位涨落过程要求较高的漂流性产卵鱼类繁殖受到影响。根据鱼类繁殖生物学习性，结合坝下游水文情势的变化，通过合理控制水库下泄流量和时间，人为制造洪峰过程，可为这些鱼类创造产卵繁殖的适宜生态条件。鉴于三峡工程对长江荆江段“四大家鱼”产卵场的不利影响，目前正着手进行“人造洪峰”诱导鱼类繁殖技术的研究与实践。
2.根据水生生物的生活繁衍习性灵活调度
水库及坝下江段水位涨落频繁，对沿岸带水生维管束植物、底栖动物和着生藻类等繁衍不利。特别是产粘性卵鱼类繁殖季节，水位的频繁涨落会导致鱼类卵苗搁浅死亡。因此，水库调度时，应充分考虑这些影响，尤其是产粘性卵鱼类繁殖季节，应尽量保持水位的稳定。我国很多渔业生产水平比较高的水库，在水库调度中都采取了兼顾渔业生产的生态调度措施。如黑龙江省龙凤山水库在调度上采取春汛多蓄，提前加大供水量的方式，然后在鱼类产卵期内按供水下限供水，使水库水位尽可能平稳，取得了较好的效果。
3.控制低温水下泄
水库低温水的下泄严重影响坝下游水生动物的产卵、繁殖和生长。可根据水库水温垂直分布结构，结合取水用途和下游河段水生生物生物学特性，利用分层取水设施，通过下泄方式的调整，如增加表孔泄流等措施，以提高下泄水的水温，满足坝下游水生动物产卵、繁殖的需求。
4.控制下泄水体气体过饱和
高坝水库泄水，尤其是表孔和中孔泄洪，需考虑消能易导致气体过饱和，对水生生物、鱼类产生不利影响，特别是鱼类繁殖期，对仔幼鱼危害较大，仔幼鱼死亡率高。水库调度可考虑在保证防洪安全的前提下，适当延长溢流时间，降低下泄的最大流量；如有多层泄洪设备，可研究各种泄流量所应采用的合理的泄洪设备组合，做到消能与防止气体过饱和的平衡，尽量减轻气体过饱和现象的发生。此外，气体过饱和在河道内自然消减较为缓慢，需要水流汇入以快速缓解，可以通过流域干支流的联合调度，降低下泄气体中过饱和水体流量的比重，减轻气体过饱和对下游河段水生生物的影响。
（三）充分考虑泥沙调控问题
长江是一条泥沙总量大的河流，在长江上修建水库，库区泥沙淤积与坝下游河床冲刷的调整，以及由此带来一系列的问题，是建库后的自然现象，无法避免。泥沙冲淤对防洪、发电、航运、生态等影响，是检验水利枢纽工程泥沙问题处理得成功与否的一个重要标志。水库的泥沙调度，须结合水库的综合利用、目的和水库本身的具体情况，全面考虑，慎重对待。
长江流域的河流一般水大沙多，且来水来沙量多集中在汛期，为减小库区泥沙淤积，长期保留水库大部分的有效库容，充分发挥工程的综合效益，一般采用汛期结合防洪降低库水位以排沙，非汛期蓄水抬高水位以兴利的“蓄清排浑”的水库调度方式运用，通过这种调度措施可在很大程度上减少泥沙冲淤带来的不利影响。
水库泥沙淤积将直接造成库容的损失、库尾段的淤积，会引起库尾水位的明显抬高、变动回水区航道与港口的运行安全等问题。通过采用“蓄清排浑”、调整运行水位以及底孔排沙等调度方式，可有效减少泥沙淤积和改善变动回水区的航运条件。如长江三峡水库属于河道型水库，滩库容相对较小，来水来沙量集中在汛期，大量水量需要下泄，水库正常调度采用175m-145m-155m方案，在水库运行100年后，库区泥沙淤积基本平衡，但可仍保留防洪库容约86%，保留兴利调节库容约92%。而采用“蓄清排浑”的调度方式运用，可有效的减少泥沙在库尾段的淤积，水库运用100年后，长寿以上的淤积量只约占总淤积量的3.6%左右。
水库的调蓄改变了天然河流的年径流分配和泥沙的时空分布，汛期洪峰削减，枯季流量增大，大量泥沙在库区淤积。坝下游河道将发生沿程冲刷，同时因流量过程调整，下泄沙量减少，河势将发生不同程度的调整。河床冲刷及河势调整对防洪与航运带来一定程度的影响。河床冲深，降低洪水位，增加河槽的泄洪能力；年内径流分配的调整，有利于浅滩航槽的改善。但在河势调整过程中，可能危及防洪大堤与护岸工程的安全，也可能出现局部浅滩恶化。水库可按“蓄清排浑”、调整泄流方式以及控制下泄流量等方式，通过调整出库水流的含沙量和流量过程，尽量降低下游河道冲刷强度，减少常规调度情况出库水流对下游河道冲刷范围并延缓其进程，以减小不利影响。
（四）充分考虑湿地保护需要
英那河水库位于辽宁省大连市庄河地区的英那河中游，是一座以农业灌溉为主的中型水库。最大库容6053万m3。工程始建于1972年，1974年建成蓄水，坝型为浆砌石重力坝，最大坝高28m，坝长276m。为了满足大连城市供水的需要，大坝于2001年5月进行扩建，在原有的大坝上加高培厚，扩建后坝长346.6m。其中左挡水坝段长123.33m，右挡水坝段长108.27m，溢流坝长115m；挡水坝坝顶高程为83.1m，比原坝增高15.1m，溢流堰顶高程72.60m，比原坝增高13.60m，坝底扩宽11.12m，既由原坝25.54m扩至36.66m。总库容为2.87亿m3，扩建后的水库为大Ⅱ型水库。具体剖面如下所示：
扩建工程要在原坝基础上进行加宽、培厚，所以要对基础进行扩宽开挖，对老坝原有砼进行拆除。
施工区岩石为细粒角闪石黑云母花岗闪长岩（T3j）和似斑状花岗岩（T3Q），坝基除微风化～未风化外，尚有部分为弱风化岩，还有（f1，f2）的断层破碎带及断层影响带。
2、开挖主要措施
溢流坝扩建基础开挖采用手风钻浅孔按保护层开挖施工，建基预留50cm保护层进行风镐或人工撬挖，与老坝结合部位采取防震措施，并小药量松动爆破。
下游挑流鼻坎部位大体积砼（桩号0+22－0+26）采取爆破法施工。
2.1．溢流坝扩建基础开挖
爆破施工采用火花起爆方式，毫秒微差导爆管联接，炸药采用乳化炸药。为了减轻爆破地震效应对老坝体的影响，在扩建基础开挖时，距老坝下游边界2米处布设垂直防震孔一排。（该2米范围采用人工撬挖）；防震孔直径42mm，间距20cm。施工时先进行距老坝5m以外的下游石方开挖，然后用防震孔做预裂孔进行老坝下游边界25m范围的施工。与老坝体结合部位采取防震措施，并小药量松动爆破。爆破分层高度为1.0m。爆破分区见2－1－1溢流坝段开挖分区示意图。
爆破参数如下表所示：
（1）一般松动爆破参数
浅孔爆破施工采用手提式手风钻打垂直孔，分层高度1.0m，每一爆区沿坝横方向为1m，爆破参数如下：
表2－1－1
钻孔深度
（m）
底板抵抗线
（m）
炮孔间距
（m）
炮孔排距
（m）
单孔装药量
（kg）
总药量
（kg）
1.2
1.0
1.0
0.8
0.30
24
（2）浅孔预裂爆破参数
浅孔预裂爆破包括防震孔兼作预裂孔施工及建基面水平预裂施工。防震孔间距20cm，作预裂孔时装药孔间距为40cm，中间不装药孔作导向孔，按开挖分区每一预裂区预裂长度沿坝横方向为10m，为减轻爆破的地震效应，爆破时分两段进行。爆破参数如下：表2－1－2
孔径
（mm）
炮孔间距
（cm）
不偶合系数
线装药密度
（g/m）
孔口不装药长度
（m）
同段预裂爆破总药量
（kg）
42
40
2.63
225
0.4
3.69
水平建基面预裂施工时，设计水平预裂孔深为1.0m，为减轻爆破地震效应，爆破时分两段进行。爆破参数如下：
表2－1－3
孔径
（mm）
炮孔间距
（cm）
不偶合系数
线装药密度
（g/m）
同段预裂爆破总药量
（kg）
40
50
2.63
240
2.4
2.2．原溢流坝段挑流鼻坎大体积砼拆除
挑流鼻坎部位砼拆除施工时，先沿拆除轮廓线预留20cm处布设防震孔一排，孔距15cm，孔深2.5m，然后进行松动爆破区切断钢筋及钢筋砼的松动爆破，最后利用防震孔作为切割爆破孔进行切割爆破。拆除施工按两作业面分向两岸方向同时进行施工采用ф38气腿式手风钻钻孔，导爆管进行微差爆破控制，炸药采用乳化炸药。该爆破如2.2－1图所示，分为减弱松动爆破区，切割爆破区及凿除区。凿除区为20cm，切割爆破区厚50cm，与凿除区共同组成保留砼在松动爆破时的保护层。其爆破参数如下表：
表2－2－1：
孔号
抵抗线
（cm）
炮孔倾角
孔距
（cm）
孔深
（cm）
装药量
（g）
装药方式
Ⅰ号
50
70°
65
70
225
一节
Ⅱ号
50
70°
65
100
300
一节
Ⅲ号
50
70°
65
140
375
一节
Ⅳ号
50
60°
65
170
375
二节
Ⅴ号
50
60°
65
200
400
二节
切割孔Ⅵ
50
50°
15
250
150
三节
注：切割爆破时切割孔装药间距为30cm。
装药：Ⅳ、Ⅵ号孔采用导爆索下孔二节间隔装药方式。因钢筋处于上部，故上部适当多分配一些药量，由上至下按0.6g、0.4g，堵孔长度为40cm。
联线：导爆管联接分段起爆，控制最大一响药量不超过1.2kg。各排炮孔同段导爆管下孔，各排炮孔间分段微差，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ排孔每排3孔共9孔为一组，其中Ⅳ、Ⅴ排孔每排2孔共4孔为一组，Ⅵ排孔（切割孔）5孔为一组，组间分段微差。
起爆：爆破施工时，先进行第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三排孔施工，然后进行Ⅳ、Ⅴ排孔施工，最后进行Ⅵ排孔（切割孔）施工。每一爆区长约30m。
3、安全监测
3.1．爆破实验
为了保证在新建结构的施工过程中不会对原建大坝产生破坏影响，特别是为了重点保护老坝体上游防渗墙不受破坏（防渗墙仅1m，高18m，桩号0+1.0）。爆破施工过程中委托大连理工大学振动与强度测试中心进行的砼拆除的监测工作，以施工期大坝安全，并根据监测结果调整爆破参数。
爆破实验分别在桩号0+119～0+124、0+124～0+130及0+130～0+135处进行。
3.2．爆破监测结果
在砼爆破拆除过程中进行爆破震动反映实测数据如下：
桩号0+119～0+124段挑流面爆破震动反映实测结果表3－2－1
测点位置
拾振方向
同组最大药量
（g）
爆心距
（m）
最大反映振速
（cm/s）
挑流面底
水平
2100
10
1.9
挑流面中间
水平
18
1.5
闸门底
水平
25
1.0
闸门底
垂直
25
0.8
桩号0+124～0+130段挑流面爆破震动反映实测结果表3－2－2
测点位置
拾振方向
同组最大药量
（g）
爆心距
（m）
最大反映振速
（cm/s）
挑流面底
水平
2700
10
2.4
挑流面中间
水平
18
1.4
闸门底
水平
25
0.8
闸门底
垂直
25
0.6
桩号0+130～0+135段挑流面爆破震动反映实测结果表3－2－3
测点位置
测振方向
爆心距
（m）
反映振速峰值
（cm/s）
同响最大药量
（kg）
备注
爆破点下排水孔
水平
5.5
0.94
1.125
共11响
爆破点侧下排水孔
水平
15
0.86
溢洪面顶
水平
18
0.31
溢洪面顶
垂直
18
0.84
3.3爆破监测结论
通过对英那河水库爆破施工时大坝振动影响的几次监测，大连理工大学振动与强度测试中心工程质量检测报告得出以下结论：
1）爆破影应速度2.0cm/s的指标只相当于Ⅴ度地震裂度，按照该振速指标控制大坝防渗墙的振动幅度，可以保证心墙结构的安全。
2）监测得到的大坝防渗心墙附近最大振动速度响应幅值均小于2.0cm/s的设计限制值。监测的几次爆破方案均为设计合理方案。
3）按照所提供并进行监测爆破方案进行施工不会威胁大坝防渗心墙结构的运行安全。
4、施工质量控制
爆破施工中严格进行施工质量控制，具体措施有：
1）．覆盖层放样，平面位置点误差不大于200mm，高程点误差不大于100mm。
2）．基岩放样，平面位置点误差不大于100mm，高程点不大于100mm。
3）．测量交底，特别重视现场当面交底，将拆除范围、深度及要点交待清楚。
4）．专人旁站监督，发现问题及时解决。
5）．对于溢流坝挑流鼻坎大体积砼拆除，先进行砼拆除实验，取得成果后将详细方案交监理工程师审批后实施。各道质量层层把关。
6）．孔位布置、钻孔角度、孔径、孔深都严格按爆破设计要求进行。
7）．钻孔完毕后先清除孔内岩粉，并保护好孔口，检查合格后装药。
8）．炮孔装药、堵塞、爆破网络联接严格按爆破设计早先，严格检查最磊一响药量。
5、结语
1）．砼拆除及扩建基础开挖采用控制爆破工艺，有效地加快了施工进度，提高了工程施工质量。
2）．在砼拆除实验中分别进行先预裂后松动法及先松动后切割法施工。从爆破监测及现场爆破效果看，先松动后切割法施工既有利于减轻爆破地震效应，且施工时易于操作控制。在以后类似工程中当优先选用。
3）．在起爆方式上，同时起爆虽然爆破效果好，但是装药量大，爆破震动影响大；该工程采用毫秒微差导爆管联接，分段微差起爆，起爆时不断创造了辅助临空面，提高能量利用率，起到了减震作用，并且改善破碎块度，提高了清碴装车效率。
4）．砼拆除施中用斜孔爆破，有效提高了能量的利用率。但在施工过程中一定要严格控制孔的斜度，及钻孔深度。
主要参考文献：
1引水工程形式分析
1.1从水库放水洞引水
该县水库放水洞多采用有压涵管、有压涵洞、无压涵洞等几种形式，为充分利用水库水位压力发展自压供水，不同形式放水洞的水库自压引水应采取不同的工程技术措施。
1.1.1有压涵管或有压涵洞自压供水
从水库放水洞有压涵管或有压涵洞引水进行自压供水，应以不影响水库调洪和其它方面的供水，且压力不超过原设计压力为原则，把放水洞出口进行改造，安装三通管进行供水分流，并分别安装闸阀或阀门，以满足不同的供水要求。
1.1.2无压放水涵洞自压供水
无压放水涵洞是设在水库放水闸下游的无压放水廊道，廊道多为拱形，断面较大，水库放水时，廊道内水流为自由出水，无有压力。从这种形式的放水洞内进行有压引水，需在放水涵洞内安装压力管道，其压力管铺设有两种形式：一种是将压力管道直接接到放水洞入口，原放水洞闸门即为压力管总闸，接头预埋钢筋用混凝土或浆砌石固定，不得渗漏。这种方法即把原无压放水涵洞改为有压放水涵管，放水涵管按所用材料分钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、PVC塑料管、PE塑料管，不论采用何种管材，均应严格按操作规程施工，并加以保护。优点是不受水库水位的限制，施工条件较好，是水库自压供水较理想的连接方式。另一种是把压力管在洞内局部布设，在原放水洞水闸一侧直通水库，取水不受原放水洞闸门控制，此法缺点是放水洞放水时易冲刷洞内压力管，安装时应搞好管道固定，施工难度大，且受库内水位限制，只能降至一定水位时方可施工，这种接法一般不宜采用。
1.2破坝引水
破坝引水需对坝体进行大开挖，然后安装有压管道进行自压引水，这种方法需要破坏坝体，施工难度大，造价高，还有可能危及大坝安全，一般情况下不宜采用。
1.3倒虹吸引水
倒虹吸引水可把虹吸管埋设于坝坡下面，不需大范围破坝，施工较简单，可缩短工期，节约投资，但需要抽真空设备，运行管理要求严格，对管材质量要求也较严格，其安装高度需经严格的水力计算。
2引水系统首部设计应注意的问题
自压引水系统首部设计包括取水头部设计、引水管道计算、引水口安装高度，对倒虹吸管引水系统还应计算倒虹吸管的安装高度及抽真空设备的计算和选择等。
2.1取水头部的设计
取水头部是取水工程的组成部分，主要作用是防止浮漂物等吸入管道，运行中最大问题是防止泥砂淤积和杂草阻塞。取水头部形式很多，而作为水库自压取水的取水系统应是构造简单，安装方便，易于检修，使用效果较好的取水头部。
取水头部应设在足够的水深处，且底层进水孔下缘距水体底部不得小于1.0m，进水孔上缘在设计最低水位下的淹没深度，顶部进水时不小于0.5m，侧面进水时不少于0.3m，虹吸管和倒虹吸管进水时不小于1.0m。设计时取水头部进水孔流速不宜过大或过小，水库引水进水孔流速一般取0.2m—0.6m/s。
2.2引水管道计算
引水管道计算包括管道直径的选择和水头损失的计算，设计时管道直径应由流速确定，还要兼顾水头损失综合考虑，自流管管内流速，一般不小于0.6m/s，虹吸管管内流速，一般为1.0—1.5m/s，最小不宜小于0.6m/s。
2.3引水口安装高度
引水口安装高度不仅应满足下游用水系统的水压要求，还应满足取水头部安装尺寸要求，并且要结合水库水位和人畜饮水、工业供水和节水灌溉的设计保证率(一般为95%)综合考虑，合理确定供水范围、引水流量和引水口安装高度。
2.4倒虹吸管引水系统计算
倒虹吸管除应计算管径及进水口安装高度外，还应计算管顶最大允许安装高度和启动系统的计算和选择，倒虹吸管的启动一般采用真空泵抽真空充水启动。
2.5取水首部设计应注意的其它问题
2.5.1所选管道应经济耐用，系统不漏水、漏气，管路应固定，接口要牢固。
2.5.2不能影响大坝的安全，对倒虹吸管应采取一定的措施，防止水位过高时，水流沿管壁渗漏危及坝体安全。
2.5.3取水系统的选择应进行技术经济比较合理选用。
2.5.4不同供水系统对水质有不同的要求，要根据要求安装过滤设备。
2.5.5为充分利用水库水压，必要时在用水系统安装管道加压泵，以便在水压达不到要求时用来增加管道压力。
2.5.6引水系统首部设计时，应进行地基承载力和管道(或涵洞)压力校核。
3设计与应用实例
3.1黄崖水库低压管道灌溉工程取水系统首部设计及应用
位于费县大田庄乡的黄崖水库为小(一)型水库，总库容186万m3，兴利库容131.5万m3，设计灌溉面积266.6hm2，放水洞为无压隧洞，底高程162.4m，设计流量为2.5m3/s，放水洞长度51m，该水库灌区由于灌水方法落后，渠系配套差，浪费水极为严重，水的有效利用系数不足0.4，不能满足日益发展的农业灌溉需要，1999年9月实施自压低压管道灌溉工程措施，设计引水流量0.3m3/s。不同材料、不同取水方式计算成果列表如下：黄崖水库自压供水不同管材及取水方式计算成果表．
由上述计算成果经经济技术分析，采用了施工简单、造价低的不用原放水闸控制将UPVC塑料管沿原放水洞一侧入库的工程方案，并在引水口安装了箱式取水头部，其水压、安装高度均符合要求，运行状况良好。
3.2高家围子自压供水首部系统
高家围子水库为小(一)型水库，位于方城镇境内，总库容237万m3，其中兴利库容139.5万m3，1998年在该水库建成自压供水水厂，向该镇及周围村庄供水，由于该水厂的供水范围扩大，水厂需扩建，并需要对水库无压放水涵洞进行改造，经过技术经济分析，拟采用Φ800钢管混凝土承插管，直接与原放水闸底座连接的方案，在涵管进出口预留钢筋，用以与原放水闸和出口三通管连接，承插口对接后在接缝内浇筑环氧树脂砂浆。
3.3后楼水库自压供水首部系统
后楼水库位于汪沟镇境内，总库容296万m3，其中兴利库容134万m3，放水洞为钢筋混凝土压力涵管，在进行自压供水改造时，把涵管出口进行处理，露出原有涵管钢筋，焊接钢筋并浇筑混凝土三通管，在三通管出口分别安装了蝴蝶阀和闸阀，达到了工程设计要求，满足工程运行需要，效果良好。
参考文献：
关键词:项目管理;项目负责人制度;青草沙水库
1青草沙水库工程项目管理存在的特点
首先，青草沙水库作为上海最大、最有影响力的饮用水水源地,占地面积66.15km2,环库大堤48.4km,分上游闸、下游闸、输水及长兴泵房,呈现出点多、面广、路程远等特点,这给工程现场管理及效率带来了很大困难;其次,青草沙水库作为水利工程属性,超出常规泵站设备范畴,除了机电、管道、暖通外、更多的是堤坝构筑物、大型闸门、大型电机水泵、金结、涵养林、水生态动植物等,具有非常多的专业门类;再次,工程安全作为企业一切工作的底线,是一切工作的前提,必须狠抓责任落实,专人负责;最后，青草沙水库管理团队是新组建团队,在人力资源分配上非常紧张,应届毕业生占了80%,没有工作经验,专业不对口,给青草沙水库工程项目管理带来了很大挑战与困难。
2项目负责人制度实施目的
为保障上海水源地供水安全的重任和以上四项在工程项目管理上的困难要求经理室在工程项目管理的体制机制上必须创新,传统的职能制管理模式并不符合当前青草沙水库管理实际需求。因此,在青草沙水库工程项目管理实践中,通过制度创新,遵循现有企业的管理程序,建立矩阵式的项目负责人制度,由明确的项目负责人对工程项目进行全过程管理,有效解决工程管理上的困难,并让青年员工得到有效锻炼。
3项目负责人制度的设计与架构
3.1项目负责人的任命
为了保证工程项目的成功,项目负责人的选人用人是项目成败的重要关键因素,原则上从项目实施部门内由部门主管提名推荐,要求具备较高的政治素质、思想品德、责任意识、作风端正、吃苦耐劳、敢于负责、用于担当;且具有相关的专业背景与工作能力与管理技巧;能坚定维护企业的利益,经理室授权后担任。
3.2项目负责人的责任、权力、利
项目负责人经经理室授权后作为工程项目的责任主体,代表经理室从事工程项目管理活动,对实施项目进行全面领导、统一指挥,并负责工程项目目标的实现,是项目责任、权力、利的主体。(1)责任。项目负责人作为工程项目全过程的现场管理者、协调者、策划者,在项目管理中处于中心地位。首先,要严格坚持贯彻国家与地方法律法规政策,执行企业内部各项管理规章管理制度。其次,要遵守执行有关技术规范和标准,并负责对工程质量、安全、进度、成本、合同、沟通协调,完成从项目的前期酝酿筹划、项目可行性论证、立项申报、招投标、合同签订、现场管理、竣工验收、资料归档等任务,进行各阶段(见图1),全过程有效管理控制。(2)权力。项目负责人在承担所负责的项目实施过程中,是经理室在工程项目上的代表人,是工程项目专门牵头人,是协调各方面关系的桥梁和纽带,是工程项目责任主体,是落实项目负责人制度的核心,因此,必须给予一定的决策权、否决权、主导权,并有直接与经理室沟通的渠道。(3)利。工程项目作为员工本职岗位上额外承担的工作任务,如何调动员工积极性是项目负责人制度设计的难点与重点,也是该项制度是否有生命力的关键。那么,项目负责人通过辛苦努力负责工程项目后,到底能收获什么呢？首先，青年员工能通过工程管理实践,体会到大工程、大项目的运作过程,在技术与管理上获取一定的经验,锻炼了青年员工综合素质,对做强自身是非常可贵的机会;其次,在企业内部的各类创先争优活动与考评中,优秀的项目负责人将会给予更多关注与倾向;最后,可以为经理室选拔适合的技术、管理带头人,为职业发展获得加分,为人才梯队建设提供重要的参考依据,消除“项目负责人是临时性的,项目竣工后身份随即解除,竣工后就跟我没关系”等错误想法,以此赢得更多青年员工参与度与成就感。
3.3对项目负责人的监督管理
(1)在项目技术质量的监督管理上。项目负责人不一定是专业对口的,因此，在实施过程中,要采用头脑风暴等借脑方式,一方面，要借助设计院、监理单位、评估单位等技术力量；另一方面，项目负责人制度也要求项目实施部门站在宏观的角度,参与重大关键节点的技术核定与把关,全面审查项目实施目标是否偏离目标,项目质量是否达到使用要求,通过多角度、多方面的参与技术审核,确保工程质量的可靠。(2)在签证与支付上。所有的工程款支付及工程现场签证,在项目负责人审核无误后,必须经部门主管、计划财务部、分管经理一同审核后上报上级单位支付,形成协同监督制约机制,发挥共同决策机制,避免造成项目负责人权力过大,承担较大风险。(3)在工程安全上。项目负责人应接受安全保卫部及上级安全部门对工程现场的安全检查与管理。在签订安全协议的前提下,三级安全教育、开工安全交底、班前安全交底、安全技术交底、安全行为告知书等一系列安全规范要求是每位项目负责人应该烂熟于心。此外,时刻监督施工现场,时刻叮嘱参建各方强化安全责任与意识。不符合要求,坚决要求落实整改,并实行安全一票否决制度,守住安全的底线,确保工程安全。项目实施全过程中,上级单位、经理室、工程项目实施部门、相关部门(纪检部门、安全保卫部、计划财务部)共同发挥各自技术、安全、经济方面的监督,形成立体监督与保护机制,使得项目负责人的现场管理得到有效监督与保护。（如图2）
3.4项目负责人能力培养
(1)沟通协调能力。工程项目推进过程中,涉及汇报对象多,参与供应商多,哪怕一个最简单的工程项目,也涉及内外多个部门与单位的沟通协调。对内有上级各主管部门、内部各部门,对外包括设计单位、监理单位、施工单位以及甲供料供应商等。可以说,项目负责人是连通各方的一个重要枢纽、信息中心、重要协调组织者,项目负责人的协调能力直接决定了项目的顺利开展与否。项目开工、供应商进场、施工、完工、审计等各个环节都离不开协调,无论哪个环节出问题,都可能造成工期、质量、成本、安全不可控等风险,且参建各方都代表自身立场,工程项目实施过程中,常常会遇到各方面不同的声音,为了顺利推进项目实施,项目负责人往往做大量的说服、解释工作,力争设计出一套各方都能接受的方案,充分高效的沟通能取得事半功倍的效果,提高工程项目管理效率,具备较高的灵活性与应对能力是树立甲方在项目管理的核心地位是非常有利的。(2)多专业综合知识能力。一个工程项目涉及到的专业,并不是单单一两个专业所能涵盖,往往呈现出多专业的综合体,比如最简单的装修工程,就有建筑结构、暖通、供电、给排水、照明、合同、造价、审价、支付等非常专业知识,很显然,项目负责人不可能,也没有这个条件像设计院或者乙方一样完全具备全部专业背景。除了技术专业知识外,管理类的知识也是格外重要,如：相关的法律法规、项目的流程、管理现场制度的规定等。因此,要求项目负责人具备较强且快速学习的能力以及较宽的专业知识面,以及具备一些通用性、套路性的知识与技巧,做到既懂技术又懂经济,既懂流程又懂管理技巧、既有现场经验又有协调管理的能力,这对树立甲方项目管理的专业性来说是非常有利的。(3)控制管理能力。工程施工过程中,总免不了会出现各类问题,比如有些施工单位不服从甲方正确指令,在施工现场违纪违规,对甲方的项目管理形成挑战;又比如监理单位不认真履行监理义务,甲方督促又屡教不改的,这些种种的状况,都随时考验着项目负责人把控全局能力。工程项目管理的控制能力与管理技巧需要一定的历练与学习,同时也需要采用一定的制度工具,比如：定期工程例会、制定奖罚条例等,形成人治与法治共同管理,同时,为增强项目负责人的领导能力与判断力,要求项目负责人尽可能多地负责项目管理,每次的项目管理都是学习的机会。此外,参加培训项目,浏览相关杂志书籍以开阔眼界,了解更多新知识,使知识系统化,最后也要不断自我总结,及时改正错误,积累经验,向供应商交流学习探讨项目管理经验。在现场管理中,拥有较好的应变能力,决策能力、较强的控制能力与技巧对树立甲方项目管理的权威性来说是非常有利的。
4结语
工程项目管理管理有许多中管理制度与管理模式,各有优缺点,但青草沙水库在工程项管理实践中采用了项目负责人制度后,有效解决了工程项目管理的实际问题,契合了青草沙水库企业文化与背景。在该文中,对项目负责人制度的应用做了阐述,针对其他一些新管理制度在工程项目管理实践中的应用还需要做进一步探索。
作者:许盛 李国俊 张翼飞 单位:上海城投原水有限公司青草沙水库管理分公司
参考文献
1采用离散的马尔可夫随机过程描述径流
1.1用马尔可夫过程描述径流
为了计算和应用的方便，将时间序列离散化(即分为若干时段：月)，相邻时段存在着依赖关系，以水库来水的3个相邻时段t1、t2、t3间径流关系进行分析。用X1、X2、X3表示3个时段的径流，三者之间的相关情况可分为2种情况：(1)直接相关。即不管X2取值怎样(或不计X2取值的影响)的条件下，X1与X3相关，称为偏相关，其相关程度用相关系数表征，可用数量表示为γ13。(2)间接相关。即因存在着X1和X2、X2和X3之间的相邻时段相关关系，故X1的大小影响着X2的大小，从而又影响着X3的大小。这种相关是由中间量X2传递的，不是直接的，因此叫间接相关。
1.2计算相应条件概率
当一年分成K个时段(月)，每个时段的径流以平均值来表示，记作QK(K=1,2,3,……,K)。
应用相关理论分析，可以确定相邻时段径流QK,QK-1(如图1所示)的条件概率分布函QK,QK-1的条件概率分布函数示意数F(QK/QK-1)。其条件概率分布是一个二维分布，用概率理论及水文统计原理来推求径流的条件概率计算式。
图1相邻时段径流
研究相邻时段的径流相关联系时，应用相关系数R及回归方程式求得
(1)
隔时段相关系数则为：
(2)
式中：Q1i,Q2i,Q3i为第i年相邻时段的实测径流值；为平均值；n为径流实测系列年数。本时段径流的相关关系，应用相关中的直线相关，以自回归线性公式来表示：
(3)
式中：σK,σK-1分别为时段tk,tk-1的径流均方差；R1为相邻时段径流之间的相关系数。
相邻时段径流之间应用自回归线性相关时，其间隔时段的径流对回归线的偏离值即误差的分布，经刚性和弹性相关比较后，采用了弹性相关处理方法即偏态分布，按皮尔逊Ⅲ型曲线分布。相应于条件概率的流量QPK可由下式求得：
(4)
式中：条件变差系数，其中Cvk为变差系数。一年划分为K个时段，每个时段的径流划分为M级(即M个状态)，则相邻时段的转移概率：Pkij(k=1,2,3,……,k;i,j=1,2,3,……,M)表示的含义是tk-1时段径流为状态i时，tk时段径流为状态j时的概率
而矩阵
(5)
则表示tk-1时段到tk时段状态的转移概率矩阵，显然，这个矩阵的每行各非负元素之和为1，即：
(6)
为了计算Pkij转移概率的方便，取等分的10个概率5%，15%，……95%，这样转移概率的值都为0.1，则相应的条件概率的流量Qpi由式(4)即可求得。
2动态规划
动态规划法是美国数学家贝尔曼提出的，是一种研究多阶段决策过程的数学方法。近年来广泛应用于水资源规划管理领域中
2.1动态规划数学模型
把径流当作随机过程的水库优化调度图的计算是一个多阶段的随机决策过程。它的计算模型如下。
(1)阶段：将水库调度图按月(或者旬)划分成12个相互关连的阶段(时段)，以便求解
(2)状态：因相邻两个阶段的入库平均流量Qt和Qt+1之间有相关关系，以面临时段初的库水位和本时段预报径流量Qt为状态变量St(Zt-1，Qt)
(3)决策：在时段状态确定后，作一个相应的决定，即面临时段的供水量qt，同时确定了时段末水位，进行状态转移。水库水位分M级，故有M个状态转移，按0.618法在决策域内优选，对每一个状态变量St要选择一最优供水量qt，St～qt关系曲线为时段t的调度线，决策域为(QDmin,t;Qxmax,t)
对决策变量供水量qt进行所有状态优选计算时，还要进行库水位限制的检查判别，若时段末蓄水量V2大于允许的最高蓄水位或限制水位，则在水库蓄满前供水量仍按qt放水计算，当水库蓄满后则按入库水量供水。当入库水量大于电厂最大过水能力时，超过部分作为弃水
(4)状态转移：水库状态和调度图形式有关，因考虑当时入库径流和短期径流因素，水库调度中将一年划分为K个时段，每个时段由时段初库水位Z初和时段流量Qt组成水库的运行状态，而每一种状态有一个相应的决策变量供水流量qt，用函数关系表示为：
qt=q(Z初,Qt,tk)
(7)
tk为时段数，每一个决策就有一个相应的时段末库水位，水库进行了状态转移，若将水库的水位划分为Z级，径流划分为M级。一个时段的水库面临状态有Z×M种，全年水库运行状态有K×Z×M种，水库优化调度图就是对全年各种运行状态作出相应决策变量的关系图。
由式(7)可知，当时段tk的初始库水位和径流量已定时，时段的最优决策供水量是一个定值，因而下一时段tK+1的初始库水位(即时段tk末的水位)也就是一个确定值。由于下一时段tK+1的径流不是一个确定值，而是依时段tK的径流Qt变化的随机值，其值由条件概率分布函数(弹性相关)决策。因此，水库在时段tK处于状态i，而时段tK+1处于状态j的状态转移概率为Pkij，则有，而矩阵Pk=(Pkij)则表示从时段tK到时段tK+1的水库状态转移概率矩阵，Pk完全由时段tK的调度方式和径流状态转移矩阵决定。经过多年运行后，水库的运行状态达到一个稳定的概率分布
(5)效益函数：水库进行状态转移，伴随着产生了效益函数(包括了工业用水、生活用水、灌溉用水、发电用水及三个保证率)
其中灌溉用水：因灌溉需水量每年、每月、每天都不相同，因此是随机变量，极难编制计算机程序计算，故首次引入《农田水利学》的“有效雨量”概念，使整个优化计算大大简化，完全解决了水量平衡问题，整个优化计算，水量平衡达到100%
有效雨量的计算：从水库灌区试验站获取资料Mij即从1952～1999年历年(i=1952～1999，j为第i年各月(或旬))的灌溉定额(是由历年灌溉试验站实测作物需水量采用通用电算程序计算出的)，而Mmax是48年中最枯水年的灌溉定额。Mmax-Mij=P0ij,i=1952,…,1999,j=1,…,12,逐一列表进行计算。把每年每月的有效雨量加到每年每月的来水量Qt中，因Mmax是常数，所以仅有随机变量Mij。其数学表达式如下：Cixj=Aixj-Bixj，即：
(8)
式中Cij为i年系列j时段(月)的有效雨量，aij为i年系列j时段农作物需水量(j可按日计算后归纳成各农作物生长期所需水量，再换算成月)。bij为i年系列j时段各类农作物综合灌溉水量。
(6)目标函数：根据水库水资源不足的具体情况，拟定在满足生活用水和工业用水保证率的条件下，尽量满足农业用水。目标函数可表示为：满足用水量保证率条件下供水量最大。目标函数计算可用下列分段线性函数求得：
f(st,qt)=qt
Qxmax≥qt≥Qxmin
(9)
f(st,qt)=qt+CA(qt-Qxmin)
Qxmin≥qt≥QDmin
f(st,qt)=Qxmax+CE(qt-Qxmax)
QDmax≥qt≥Qxmax
式中：qt为水库供水量，QDmin为系统供水下限，即保证城市生活用水和工业用水的下限；Qxmin为农业保证供水量与QDmin之和；QDmax为电厂的最大过水能力；Qxmax为农业供水量上限与QDmin之和；CE为发电专用水量小于Qxmin时的折算系数，CA为供水量小于Qxmin时的折算系数，在计算中，可先任意假设CA、CE,CA、CE与Qxmin的保证率成正比。给定一个CA、CE就可递推得出一张优化调度图，用水库多年入库流量资料按调度图进行历时操作计算，若计算结果所得保证率低于要求的保证率，则修改CA、CE重新递推计算(一般递推2～3次即可)，求得另一优化调度图，再进行历时操作，直至所得保证率符合要求为止。即经过试算选择满足保证率要求的CA、CE值。
2.2动态规划递推方程以qt为t阶段的决策变量，St(Zt-1,Qt)为t阶段的状态变量，则其逆时序动态规划最优递推方程为：
Ft(St,qt)=max｛ft(St,qt)+Ft+1(St+1)｝qt∈Qtt=1,2,…,N
(10)
式中：Ft(St,qt)代表水库从时刻t处于状态St出发至水库运行终了时刻N(计算周期末)的目标函数值；ft(St,qt)代表时刻t水库处于状态St取供水量qt时面临时段效益期望值；Ft+1(St+1)代表水库从时刻t+1处于St+1(j状态)出发至时刻期间各时段均采用最优决策时所得的效益期望值；Qt表示计算中t时段所用的入库径流序列；pi,j为t时刻采取qt决策，系统由第t阶段的第i种状态St转移为第t+1阶段的第j种状态St+1时的条件概率，Ft+1相应St+1状态最优决策的效益。
递推方程的约束条件如下：①库水位约束Vmin,t≤Vt≤Vmax,t，即各时段的库水位不低于死水位Vmin,t，也不能超过该时段允许的最高蓄水位Vmax,t。②水量平衡约束Vt+1=Vt+(Qt-qt)·Δt-yt-Et,式中Vt+1、Vt代表时段t末、初的蓄水量；Qt、qt代表t时段平均入库径流量和供水量；yt为弃水量，Et为水库蒸发渗漏损失。③供水约束和输水能力约束QDmax,t≥qt≥QDmin,t。t时段内供水量不能超过水轮机的最大过水能力QDmax,t，也不能小于下限QDmin,t
2.3动态规划递推计算采取逆时序逐时段动态规划递推计算，即每时段对所有状态逐一地优选对应的最优决策。对时段的多个入库流量代表值所产生的效益期望值。优选方法采用0.618法，规定搜索点为20个
2.4优化调度图Howard用Z变换方法证明式(10)随年数t增加计算是收敛的，进行递推计算采取逆时序递推，即从N时段开始递推到1时段，只要知道FN(SN)即可按式(10)递推计算。开始可取库水位(库容)～蓄水量关系曲线作为初始递推线FN(SN)。当对第一个时段的所有状态优选出最优决策后，即可往前递推一个时段。当第一年逐个时段全部递推计算完毕后，还要进行第二年周期的递推计算，是因为初始递推FN(SN)是任意假设的，故第一年周期递推所得的策略并非稳定的最优策略，必需继续递推至各时段的递推线均收敛为止，这时所得的策略才是稳定的最优策略。递推线收敛的准则是：前后两年周期中同一时段的递推线相差小于规定的相对误差ε即：
|Ft(Si)n-Ft(Si)(n+1)|/Ft(Si)(n+1)≤ε
(11)
式中：Ft(Si)n代表第n年时段t递推线上相应于状态Si的未来效益值；Ft(Si)(n+1)则是第n+1年时段t递推线上同一状态Si相应的未来效益值，ε取0.001。一般最多递推两年就可以收敛，即可得出12时段或36个时段(旬)的最优调度线。这时各时段的最优决策构成一个最优策略，即为优化调度图。显然，因考虑月(或旬)、相隔月(旬)的相关，即多用了一项概率预报，则相应增加了经济效益。由于采用了马尔可夫单链弹性相关理论对径流进行处理，使水库调度图从二维坐标变成三维坐标，形成空间水库优化调度图，再由调度图换成一组以Qt为参数的方程，递推线也由一条变成一组，即优化调度线由一条线变成一组，形成一族调度曲线图，为便于实际调度时使用。
2.5动态规划计算程序动态规划的计算是一个非常复杂的过程，不同的规划问题，要用不同的计算程序。我们根据最优化(opt)问题的数学模型［2］，用VISULC编制了计算程序，用递推方程找出最优解。该程序在PⅡ微机上调试成功，经实践证明其具有功能强大，使用方便，运行速度快等特点，并能自动绘出三维空间水库优化调度图及带有一组参数的调度曲线图。
3应用示例
本方法已应用于山东沐浴、跋山和黄前等几个大中型水库，都取得理想效果。仅以沐浴水库多目标优化调度的应用情况来说明。
沐浴水库位于山东省烟台地区莱阳市，控制流域面积455km2，总库容1.87亿m3。兴利库容1.07亿m3，年平均来水量6900万m3。水库每年向莱阳市供水180.0多万m3，灌溉面积0.93万hm2，水电站分东西电厂，装机容量共为1800kW，是一座具有灌溉、防洪、城市工业、生活供水、发电、养殖等综合利用的大型水利工程。如图2所示。
在沐浴水库优化调度过程中，我们用马尔可夫单链弹性相关理论对径流进行处理，将供水流量作为决策条件，在引入有效雨量的基础上，采用优选迭代试算来满足3个保证率(生活用水保证率、工业用水保证率和灌溉用水保证率)的动态规划算法，协调了生活、工业、灌溉和发电之间的关系。
图2沐浴水库运用系统示意
应用满足用水保证率条件下供水量最大为目标函数合理地解决3个保证率的计算问题；建立了动态规划数学模型［5］，利用其优化调度程序计算，计算结果理想，输出了大量的表格，(如表1所示，限于篇幅，仅列一小部分)，并自动绘出了水库优化调度空间图及多族调度曲线图(如图3、4所示)。利用优化调度图进行综合调节计算，在几乎不增加投资的情况下，增加了巨大的经济效益。
表1沐浴水库优化调度年序：1月份：8(单位：亿m3)
水位／m
来水量(Q)
0.6396
0.4368
0.3252
0.2591
0.2108
0.1671
0.1269
0.0938
0.0616
0.0295
最优决策水量(qt)
63.00
64.00
65.00
...
81.00
82.00
...
0.02950
0.04650
0.06650
...
0.12262
0.13155
...
0.02929
0.04617
0.06603
...
0.13063
0.05824
...
0.02909
0.04585
0.06557
...
0.12971
0.05784
...
0.02888
0.04553
0.06511
...
0.12880
0.05743
...
0.02868
0.04521
0.06466
...
0.12790
0.05703
...
0.02848
0.04490
0.06420
...
0.12701
0.05663
...
0.02828
0.04458
0.06376
...
0.12612
0.05663
...
0.02808
0.04427
0.06331
...
0.12523
0.05584
...
0.02789
0.04396
0.06287
...
0.12436
0.05546
...
0.02769
0.04365
0.06243
...
0.12349
0.05506
...
年序：48月份：12(单位：亿m3)
水位／m
来水量(Q)
0.0223
0.0170
0.0134
0.0116
0.0107
0.0089
0.0063
0.0054
0.0045
0.0027
最优决策水量(qt)
63.00
64.00
...
81.00
82.00
0.00270
0.01545
...
0.01441
0.01545
0.00268
0.01535
...
0.01535
0.01535
0.00266
0.01524
...
0.01524
0.01524
0.00264
0.0153
...
0.01553
0.01553
0.00263
0.01503
...
0.01503
0.01503
0.00261
0.01492
...
0.01492
0.01492
0.00259
0.01482
...
0.01482
0.01482
0.00257
0.01471
...
0.01471
0.01471
0.00255
0.01461
...
0.01461
0.01461
0.00253
0.01451
...
0.01451
0.01451
依据制定的水库优化调度图即马尔可夫调度图，对1952～1999年共48年水文年度的径流资料进行长系列操作计算，计算结果表明，综合利用水库优化调度后，工业用水保证率为95%，生活用水保证率为97%，灌溉保证率为80.5%；多年平均年发电量为384.7万kW·h。灌溉保证率较常规调节计算的保证率75%增加到80.5%。如维持常规计算的灌溉保证率75%，则灌溉面积可从0.97万hm2扩灌到1万hm2。原沐浴水电站设计书的多年平均年发电量为311.3万kW·h，优化调度后年发电量净增73万kW·h，增加发电量24%。常规水量平衡48年总弃水量为40102.27万m3，优化调度后弃水量大大减少，仅弃水2335.14万m3。
图3水库优化调度空间
图4水库优化调度曲线
4结语
对水库进行最优化调度过程中，须对径流过程进行正确描述，采用马尔可夫单链弹性相关理论对径流进行处理，将供水量作为决策的条件，用优选迭代试算来满足3个保证率的动态规划算法，大大加强了利用优化调度图进行综合调节计算的灵活性和针对性。本方法及计算程序也应用于山东雪野水库、黄前水库等几个大中型水库，都取得了理想效果，实践证明，本方法具有适用性和可靠性。
参考文献：
［1］张勇传.水电站优化调度［M］.北京：水利电力出版社，1983.
［2］魏权，等.数学规划与优化调度［M］.北京：水利电力出版社，1984.
［3］廖昭懋，杨文礼.概率论与数理统计［M］.北京：师范大学出版社，1988.
一、我国水库移民后期扶持的政策依据
我国现有关于水库移民后期扶持的主要政策依据来源于《大中型水利水电工程建设征地补偿和移民安置条例》（国务院［1991］第74号令，以下简称《条例》）和国家计划委员会、财政部、电力工业部和水利部联合下发的计建设［1996］526号文（以下简称“四部委文件”），其相关主要条款有：
《条例》第三条：“国家采取前期补偿、补助与后期生产扶持的办法”；《条例》第十七条：“国家设立库区建设基金，用于大中型水利水电工程库区维护和扶持移民发展生产”；《条例》第二十条：“国家对移民扶持时间为五至十年，自移民安置规划实施完毕之日算”；“四部委文件”规定：“为了做好库区移民工作……设立后期扶持基金，用于扶持库区移民发展生产和解决遗留问题……”。
二、水库移民后期扶持的原因
寻本求源，为什么需要对搬迁安置后的水库移民进行后期扶持？而且，国家还从政策上对后期扶持做出明确的规定，究其原因，主要有：
首先，水库移民是否得到妥善安置的标准是：移民生活是否逐步达到或超过原有水平。根据我国有关移民条例的规定，现阶段我国水库移民安置采取前期补偿、补助与后期生产扶持相结合的办法。也就是说，国家对移民的财产损失给予一定的补偿、补助，这是由我国现阶段社会经济发展水平和国家经济承受能力所决定的。在这一宏观政策指导下，现阶段在我国水库移民处理概算中，各种补偿标准相对较低。如果仅靠前期补偿、补助来恢复移民原有生活水平，难以办到。实践证明，只有在全部安置规划实施完毕，并经必要的扶持，移民才能逐步达到或超过原有生活水平。这是现阶段我国对水库移民进行后期扶持的根本原因。
其次，在水库移民淹没处理补偿中，虽然对移民被淹没实物给了一定补偿，而且，随着我国对水库移民问题的逐渐重视和我国社会主义市场经济制度的不断完善，我国水库移民各种淹没补偿标准渐趋科学和合理。但必须看到，一些财产给移民带来的长远收益可能远大于相应补偿。水库移民是非自愿性移民，是局部社会区域范围内的各种社会关系和构成要件受水库淹没影响而被强制性解体，并人为进行重组的过程，它不可能完全按照社会经济内在的规律性而进行。在水库移民搬迁安置过程中，受水库淹没影响，一些移民在失去原有实物性生产资料的同时，也失去许多非实物性资源，如邻里社区帮助、受雇增收、就业和创业机会等等。并且，他们对这些资源长期以来形成的“熟悉”和“适应”也被无情地剥夺，而被迫去接受和适应新的环境和事物。这无疑加大了他们将来的机会成本，增加了他们收入降低甚至是陷入贫困的风险。因而，从这一意义上说，仅对移民进行实物性补偿是远远不够的。所以，在搬迁后的一段时间内，他们应该而且需要得到扶持和帮助，尤其在生产发展方面，以便能够尽快“适应和熟悉”新的社会环境、新的生产方式，逐步获得新的收入，创造新的经济来源来恢复他们原有生活水平。如在小浪底水库库区一些移民，搬迁前人均耕地较多，广种薄收，种植结构简单，无需专门技能和更多投入，可保殷实无忧，搬迁后人均耕地很少，仅靠种地已不可能维持他们原有生活水平；还有一些移民，原可到附近煤矿打工，有的本身就是小煤矿主，收入很是理想，搬迁后，这些得天独厚的条件不复存在，而他们本身没有专长。这些移民，安置后生活水平的波动是不可避免的。对他们而言，后期扶持是必需的。
第三，由于水库移民项目的特殊性，其工程对象是“人”，是“社会”，这决定了它是一项十分繁杂的社会化系统工程，其专业性、政策性和群众性都很强。相对于一般概念上的土木工程而言，其实施难度更大，受外部环境影响更直接，可变因素更多，不可预见问题更复杂。这导致：①其实施效果，尤其是生产安置实施效果，要完全达到规划设计要求难度很大；②一些项目尤其是生产开发项目，实施后不能马上或不能完全发挥规划的预期目标和工程效益。这些都直接影响到移民生产、生活水平的恢复和提高。具体工程实施情况清楚地表明这一点（由于移民工程的特殊性，这些问题不可能完全靠加强实施管理来解决）：小浪底库区一期移民安置验收资料显示，生产措施及二、三产业项目普遍存在落实不够理想的问题，义马市狂口村移民已安置人数仅占规划数的60％；由于移民建房、搬迁时间集中和大旱等原因，原有农副业无法正常生产经营，新的工副业尚未建成投产或发挥效益，部分移民粮食和经济收入有所下降，生活困难，需尽快给予扶持和帮助。
三、现有政策适合我国国情
首先，我国是社会主义国家，各级政府代表着最广大人民的根本利益，国家建设是为了全社会的可持续发展，是为了提高最广大人民的生活水平。因而，在水库移民搬迁安置过程中，虽然国家采取后期扶持与前期补偿、补助相结合的办法来安置水库移民，各项补偿标准较低。但人民群众尤其是移民，能够正确处理国家、集体和个人利益之间的关系；移民区和移民安置区的利益能够自觉服从于国家整体利益安排。这是我国现阶段移民安置办法能够顺利实施的坚实基础，这一优越性，是其他社会制度所无法比拟的。
其次，后期扶持政策有利于我国水利水电事业的快速发展。现阶段，我国仍处于社会主义初级阶段，国家综合经济承受能力有限，而一般水利水电工程投资巨大，尤其是像小浪底这样有着巨大的社会经济效益的水利枢纽工程，如果要在短期内一次性投入大量资金，可能存在方方面面的制约因素，就会在某种程度上限制水利水电事业的快速发展，制约水利工程。而后期生产扶持与前期补偿、补助相结合的移民安置政策则正好在某种程度上缓解了这一矛盾。
再次，后期扶持政策有利于移民的长治久安。现阶段，一个不可回避的事实是，绝大多数水库库区移民知识水平较低，他们参与市场竞争、寻找新的就业机会、创造新的收入来源的能力有限。这一点，在很大程度上制约着移民生产的顺利恢复和发展。另外，工程实施情况表明，生产补偿资金大量集中到位，常常被用于眼前的消费和村镇建设，或是在发展生产上好大喜功，盲目上项目。通过后期生产扶持的办法，能够弥补这些不足和避免不必要的风险。实践证明，通过后期生产扶持的办法，在移民生产生活水平的恢复过程中，能够充分发挥我国社会主义制度的优越性，很好地利用各级政府的职能。根据政策规定，后期生产扶持是在移民得到安置后，在各级政府及相关部门具体的引导调控下，一个相对长期稳定的对移民生产恢复和发展的投入阶段。它是在移民得到妥善的生活安置后进行的，避开了搬迁建设期。并且，移民一般都具备了基本的生产发展基础，并对新环境有了初步的认识和熟悉。所以，它能够从各方保证移民生产恢复发展措施得到科学的引导、规划、论证和评估。
另外，现阶段我国水库移民后期扶持的政策和做法，也符合国际惯例及世界银行非自愿移民实施导则的有关精神：除应有的补偿外，移民及其他受项目不利影响群体应能够获得项目给他们带来的效益。
四、存在的问题
1）应将后期扶持纳入整个工程概算和经济评价当中，既然国家采取的水库移民方针是前期补偿、补助与后期生产扶持相结合的办法，那么，后期扶持资金不应与工程建设资金完全分离，应与前期淹没处理补偿资金一样，全额计人工程总概算，参与工程经济评价，这有助于正确评价一个工程的综合效益。
国家对后期扶持的规划工作十分重视，四部委文件明确规定，在水利建设项目开工以前，后期扶持要与征地补偿和移民安置统一规划、落实措施，否则不能开工。但截止到目前，水库移民后期规划设计工作还没有专门性的技术规范。国家有关部门应根据国家有关的政策法规，尽快研究、制定和出台相应技术规范，以指导和规范水库移民后期扶持的规划设计工作。
2）对安置区及其他项目受影响区群体也同样需要加以扶持。现阶段我国水库移民后期政策，未对移民之外的其他受项目不利影响群体的后期扶持做出明确规定。众所周知，一个水利枢纽工程的建设，影响的不仅仅是库区的移民，其他如安置区的群众也同样会受到项目的不利影响，仅仅在方式和程度有所差别。实际工程资料表明，工程项目对这些群体造成的影响，有的还是相当严重的，尤其在收入恢复方面。我国与国际开发协会签订的小浪底移民项目《开发信贷协定》明确规定：“借款人（通过水利部）应在2000年12月31日以前建立并保持库区扶持基金，其数量应满足以向项目中的移民，或因项目而使收入受不利影响的人，和无力取得或维持他们项目前收入水平的人，提供最小限度的收入”。这表明，根据国际惯例和实际需要，其他因项目而使收入受到不利影响的人在后期扶持方面同移民具有同样的地位。这一问题应该得到重视，并应在国家有关的法规和条例中得到明确的体现。
3）有关移民后期扶持项目目标，现有政策仅做了原则性的规定，这对规范实施工作是不利的。比如，后期生产扶持应到何时、何种程度为止，是以不降低移民原有生活水平并逐步有所改善为最终目标，还是以扶持5～10年为限。如何准确界定、量化和评估移民原、现有生活水平等问题。建议国家有关部门有必要就此组织专题研究和论证，尽快制定出相应的规范和办法，尽快研究制定以社会效益为主的工程的后期扶持资金筹措办法，如小浪底工程，以防洪、供水和灌溉为主，它能产生巨大的社会效益，但发电量很小。根据国家现有政策和办法，从工程直接经济效益中提取的后期扶持基金，满足不了移民后期扶持的资金需求。这一问题，“四部委文件”虽然已注意到，并指出将另行研究制定办法，但至目前仍是一个政策空白，它已经影响到一些项目的运作。小浪底库区一期移民工程已于1997年完成搬迁，但后期扶持资金缺口问题至今仍未能得到有效落实，它已经影响到小浪底移民后期生产扶持工作的顺利开展。
五、具体实践及思考
应该对搬迁后的水库移民进行必要的后期扶持，这已是我们大家的共识。并且，我国现有水库移民后期扶持政策也比较适合我国现阶段基本国情和工程实际。因此，在水库移民搬迁安置过程中，后期扶持对移民生产生活水平的逐步恢复和提高起着十分重要的作用。但在具体的工作中，为更好地做好水库移民的后期扶持工作，有几个问题应该得到重视。
1.加强前期生产补偿资金的计划管理是做好后期扶持的基础
现阶段，虽然我国水库移民补偿标准较低，但，国家已越来越重视这一问题，并尽可能对移民做出合理的经济补偿，这一趋势已在相关法律条例中得到体现。并且，在建水利工程移民补偿标准都较以前有了很大的提高。如小浪底水库移民工程，水库淹没实物指标，从房窑到附属物、从主房到鸡舍、从土地到零星树木，都逐一进行调查和补偿。所有实物补偿单价都经规划设计人员详细的分析论证后确定。更重要的是，小浪底整个移民生产安置发展规划努力贯彻“使移民达到或超过原有生活水平”的原则。设计人员在做生产安置规划时，反复进行生产安置规划投资平衡，当移民生产补偿资金（主要包括土地补偿补助费、水利设施补偿费、村办企业补偿费和集体农副业补偿费）满足不了规划所需的生产安置资金时，设计人员就在国家法规允许的范围内调整土地补偿补助倍数，直至生产补偿费用满足生产规划投资。而且，国家最终批复的小浪底土地补偿补助倍数普遍高于规划上报倍数。因而，在后期生产扶持开始以前，小浪底水库移民生产恢复和开发已有了较充裕的资金。
以小浪底水库库区二、三期移民生产措施规划投资和补偿费用为例：规划生产开发投资为119580万元（其中不到50％直接用于征地），其中河南省为69922万元，山西省为49658万元；相应的补偿补助费用为143674万元，其中河南省为92931万元，山西省为50743万元。相对于规划投资，补偿费用剩余额为24094万元，其中河南省剩余23010万元，山西省剩余1085万元（以上投资数均为小浪底库区二、三期规划概算上报数）。这些数字可以清楚地说明：小浪底移民项目，在后期扶持开始前，国家就已经投入了相当的资金去恢复和提高搬迁后移民的生产、生活水平。因此，小浪底移民生产、生活水平是否能够得到恢复和发展，取决于整个移民生产安置规划的顺利实施和高质量地完成，后期扶持只是移民生产开发规划及其实施效果的一种保障、补充和完善。用好移民生产安置补偿资金，加强生产补偿资金的管理，是整个小浪底移民项目成功实施的关键，也是后期扶持的前提条件和工作基础。这在小浪底项目中既有成功的经验，也有教训。根据小浪底库区一期移民安置验收报告，移民新村及专项建设超标（其中新村建设实施投资占规划数的144％），出现投资差额，挤占生产等费用，生产措施及二、三产业项目普遍存在着落实不够理想的问题，给移民搬迁后的生产、生活带来不利影响；在二、三期移民实施中，小浪底已着手清理和规范生产补偿资金的使用，并拟对生产资金的下达、使用及开发项目的选定和实施制定一系列的管理办法和制度。现在，小浪底库区二、三期移民生产开发正按规划计划开展，这为后期扶持工作打下了良好的基础。
2.后期扶持的指导思想和态度要正确
由于历史的原因，水库移民习惯性地对后期扶持存在过大的依赖性，认为国家的后期扶持是自己搬迁后生活水平能够恢复的惟一途径。人们在实施小浪底移民项目中就或多或少地存在这种思想。应该指出，这种错误思想的后果是相当严重的。如前所述，现阶段，在水库移民安置过程中，如果弃前期生产安置和开发于不顾，却对后期扶持抱有过大的期望是完全没有理由也不切合实际的，这必然造成工作的极大被动。因此，各级移民实施机构及每个移民对后期扶持都应抱有合理的预期和正确的态度。
3.后期扶持规划要科学合理
规划是实施的灵魂，要想做好后期扶持工作，首先就要有一个科学合理的规划。由于后期扶持工作的特殊性，水库移民后期扶持规划应分两个阶段进行。第一阶段是移民项目的规划阶段，在这一阶段，对后期扶持应有一个宏观的指导性规划，主要是资金筹措和措施落实。第二阶段，根据国家批准的宏观规划，针对移民搬迁安置实施情况，分村、组做出详细具体的实施规划设计。后期扶持的规划设计要实事求是，因地制宜。
4.移民后期扶持资金要正确使用
对于后期生产扶持资金，要注意坚持有偿使用为主、无偿和有偿使用相结合的办法，要避免以往那种“等、靠、要、分、了”的现象，要变简单的“输血”为“造血”，走开发性移民的道路，努力实现后期扶持工作及后期扶持资金的良性循环。
在工程规划设计中，随着计算机的广泛应用，多以长系列法进行兴利调节计算，但有时或因工作周期短，或因进行多方案比较，中小设计流域可能还受资料条件的限制等，典型年法还是有其独到的作用。在供水水库的兴利调节计算和水电站的水能计算中，由于供水过程是较为均匀的，典型年法和长系列法的成果较为接近，而对灌溉水库来说，由于其需水过程是不均匀的，有其相对的需水高峰，因此，选择不同的典型年份求得的灌溉库容与长系列成果可能差异较大。本文以贵州省遵义县水泊渡水库为例，说明典型年选择中应注意的问题。
2工程概况
遵义县水泊渡水库地处贵州省的北部，位于乌江的二级支流上，工程坝址以上集水面积241km2。流域多年平均降水量1040mm，多年平均径流量1.13亿m3，是一座以灌溉为主兼顾供水的中型水库，总库容6550万m3，设计灌溉面积11646.5hm2，城镇日供水4万t。灌区位于遵义县南部，是贵州的粮食主产区之一，作物组成以水稻为主，兼有小麦、油菜、玉米、茶园等粮食和经济作物，复种指数1.8～2.0，灌区多年平均干旱指数0.75，为一般干旱区，以夏旱为主，特别是伏旱影响最大。变化规律为三年一小旱，五年一中旱，十年一大旱。
流域属无资料地区，其径流计算以邻近的湘江站为参证站，采用水文比拟法结合降水修正来推求，用水过程则根据历年各种作物的设计节水灌溉定额推求。在所选用的1971～1996年资料系列中，丰平枯年份分别占9年、8年、9年，且包含了1975、1986、1993年等中等干旱年及1972、1981、1990年等大旱年，以及1977、1991年等丰水年，因此，其来、用水过程代表性较好，这为以下的分析研究打下了坚实基础。水库P=75%设计年来水量8840万m3，P=85%设计年来水量7800万m3。
3典型年比较
根据规范要求，该灌区位于南方多雨区，作物以水稻为主，其设计保证率的范围为75%～95%，本文主要针对P=75%和P=85%进行分析；调节性能的研究范围为不完全年调节至完全多年调节。灌区作物以种植中稻为主，并且以中稻的需水量为最大，其灌溉期为5～8月。根据湘江水文站水文年及（5～8）月平均流量系列，/%P=75%典型年选择1975、1979、1980、1993年进行比较，P=85%典型年选择1972、1981、1986、1990年进行比较，各典型年的年及（5～8）月平均流量和经验频率见表1、表2。
表1P=75%典型年比较表
ComparisonoftherunofffortypicalyearswithP=75%
--------------------------------------------------------------------------------
年径流
（5～8月）径流
年份
--------------------------------------------------------------------------------
Q(m3/s)
P(%)
Q(m3/s)
P(%)
--------------------------------------------------------------------------------
1975
7.41
74.07
12.4
62.96
1979
6.68
85.19
11.1
70.37
1980
7.65
66.67
10.4
77.78
1993
7.13
77.78
11.6
66.67
设计值
6.87
75.00
10.9
75.00
--------------------------------------------------------------------------------
表2P=85%典型年比较表
ComparisonoftherunofffortypicalyearswithP=85%
--------------------------------------------------------------------------------
年径流
（5～8月）径流
年份
--------------------------------------------------------------------------------
Q(m3/s)
P(%)
Q(m3/s)
P(%)
--------------------------------------------------------------------------------
1972
6.98
81.48
8.38
88.89
1981
5.17
92.59
8.13
92.59
1986
5.50
88.89
10.4
81.48
1990
4.03
96.30
5.83
96.30
设计值
6.09
85.00
9.14
85.00
--------------------------------------------------------------------------------
由表可见，对P=75%来说，1979年全年及（5～8）月实测流量与设计值最为接近，其它年份来水均比设计值丰沛；而对P=85%来说，1981、1990年的经验频率均高于设计频率，实测流量均小于设计值，1972、1986年的经验频率和实测流量与设计值相近，另外，1990年干旱是建国以来最严重的干旱，其重现期为50年一遇，1972年干旱排第二位。单从年和（5～8）月平均流量来说，P=75%典型年份选择1979年较好，P=85%典型年份选择1972年较好。
典型年年内径流分配过程以湘江水文站实测径流过程进行同频率修正，用水典型按长系列用水量进行选定，灌区P=75%年用水量6060万m3，P=85%年用水量6540万m3。为进行不同调节性能的比较，假定不同的年用水量放大系数(即表3、表4中的K)，求得各个用水量相应的用水过程，进行长系列和典型年法兴利调节计算，长系列法求得的库容作为设计库容，成果见表3、表4。从表中可见：
(1)在P＝75%的4个典型年中，以1975年为典型求得的库容与设计值最为接近，而以最理想的1979年为典型求得的库容为最小。各典型年年库容与设计库容的比值，最大为1.42倍，最婿为0.36倍。
(2)在P＝85%的4个典型年中，以干旱最严重的1990年为典型求得的库容与设计值最为接近，而以比较干旱的1972年为典型求得的库容为最大，其它年份的库容均小于设计值，特别是年及(5～8)月平均流量的经验频率均达92.6%的1981年为典型求得的库容远小于设计值。各典型年年库容与设计库容的比值，最大为1.41倍，最婿为0.13倍。
表3P=75%不同典型年的年库容比较及年内亏水折算系数成果表
Comparisonofyearlystoragecapacityofeverytypicalyearand
conversioncoefficientofyearlydeficientwaterwithP=75%
--------------------------------------------------------------------------------
项目
K=0.54
K=1.00
K=1.08
K=1.28
K=1.46
K=1.58
K=1.67
K=1.76
--------------------------------------------------------------------------------
1975年
652
1599
1813
2376
2973
3452
3835
4176
1979年
240
821
936
1544
2320
2859
3293
3679
V年(万m3)
1980年
186
868
1029
1663
2439
2979
3413
3798
1993年
616
2037
2277
2915
3456
3832
4135
4403
--------------------------------------------------------------------------------
长系列V兴(万m3)
520
1435
1733
2434
3137
3788
4244
4635
--------------------------------------------------------------------------------
年内
亏水量
313
1107
1730
2288
亏水
库容折算系数
0.524
0.304
0.237
0.201
--------------------------------------------------------------------------------
调节性能
不完全
不完全
不完全
不完全
不完全
不完全
不完全
完全
年调节
年调节
年调节
年调节
多年调节
多年调节
多年调节
多年调节
--------------------------------------------------------------------------------
那么为什么不同的典型年求得的库容差异如此之大，而且与典型年选择的结论完全相悖呢？可以从历年的径流过程及灌区干旱特性来分析原因。虽然各个典型年的全年和（5～8）月的平均流量和经验频率与设计值较为接近，但其分配过程各异，因此，求得的库容千差万别。各典型年5～8月逐旬平均流量过程线见图1。图中可见：
表4P=85%不同典型年的年库容比较及年内亏水折算系数成果表
Comparisonofyearlystoragecapacityofeverytypicalyearandconversion
coefficientofyearlydeficientwaterwithP=85%
--------------------------------------------------------------------------------
项目
K=0.50
K=1.00
K=1.19
K=1.35
K=1.46
K=1.55
K=1.63
--------------------------------------------------------------------------------
V年(万m3)
1972年
877
2771
3498
4114
4542
4905
5231
1981年
86.6
1029
1993
2783
3332
3797
4214
1986年
443
954
1924
2714
3263
3728
4145
1990年
737
2040
2538
2959
3454
3919
4336
--------------------------------------------------------------------------------
长系列V兴(万m3)
646
1967
2731
3573
4336
5346
6473
--------------------------------------------------------------------------------
年内
亏水量
271
1389
2180
2877
3508
亏水
库容折算系数
0.714
0.443
0.404
0.496
0.609
--------------------------------------------------------------------------------
调节性能
不完全
不完全
不完全
不完全
不完全
不完全
完全
年调节
年调节
多年调节
多年调节
多年调节
多年调节
多年调节
--------------------------------------------------------------------------------
(1)P=75%：1975年属中等干旱年，6～8月较干旱；而1979年用水关键时期7～8月来水均匀；1980年干旱月份较少，6、7月份来水较丰沛；1993年径流分配过程较恶劣，5～7月来水较枯，其年库容为最大。因此，P=75%典型年选择1975年为宜。
(2)P=85%：1990年伏旱自7月份持续到8月底；而1972年的径流分配过程相当恶劣，5月下旬的径流量占（5～8）月径流总量的40%以上；1981年的来水丰枯交替出现，径流分配过程则较为均匀；1986年虽5月和8月来水较少，但5月份的用水也少。因此，P=85%典型年选择1990年为宜。
图1各典型年5～8月逐旬平均流量及均值过程线
Thetendaymeanflowdischargeanditsaveragevalueintheperiod
fromMaytoAugustineverytypicalyear
总之，由于典型年法要进行同频率修正，移用的是其径流分配率，因此，在选择典型年时，除了注意年、灌溉期实测流量和经验频率与设计值相近外，还应注意径流过程的代表性及灌区的干旱特性，可选择多个典型年分析、比较，以期选择最合适的典型年份，既经济又合理地确定水库规模。
4典型年法年内亏水的处理方法
当水库调节性能高于完全年调节时，当年来水不能满足需求，需进行多年调节。一般认为，水库的兴利库容由年库容和多年库容所组成。年库容由所选典型年推求；多年库容拦蓄丰水年的多余水量以补充枯水年的年水量的不足，多年库容一般用线解图法推求，这里提出一种较为简便的方法，就是将年内亏水按系数折算到兴利库容中。对于供水水库，年内亏水可全部作为兴利库容；对灌溉水库而言，因其用水过程不均匀，有相对集中的灌溉季节，水库可进行多回运用，因此不可能将年内亏水100%地计入库容，根据分析，从表3、表4可以看出，设计保证率愈高，年内亏水折算系数愈大，P=75%为0.20～0.50，P=85%为0.40～0.60；对于同一保证率来讲，以刚刚跨入多年调节时为最大。在省内其它地区，当流域的径流特性和灌区的作物组成、灌溉制度、复种指数等差别不大时，也可能存在着上述的变化规律。
另外，在现场踏勘或成果框算时，如果已知每亩田所需的灌溉库容，就能较快知道设计灌面所需的灌溉库容，从而确定水库的大致规模。对本灌区而言，P=75%时，完全年调节到完全多年调节每亩田所需的灌溉库容为190～240m3；P=85%时，则为210～360m3。当灌区的干旱特性及流域径流特性基本一致时，每亩田所需的灌溉库容相差不大。如：黔东灌区的道塘水库，P=85%每亩田所需的灌溉库容为220m3；独山南部灌区的谭尧水库，P=75%每亩田所需的灌溉库容为183m3（两库均属完全年调节性能）。
5几点结论
1.在灌溉水库的径流典型年选择中除了要求年、灌溉期径流实测值及经验频率与设计值相近外，同时径流的分配过程也要与设计保证率相匹配，可结合灌区的干旱特性选择多个典型年份进行分析、比较，以合理、准确地确定工程规模。
金盆水库是西安黑河引水工程的主要水源工程，是一项以西安市供水为主，兼顾周至、户县37万亩农田灌溉，还有发电、防洪和养鱼等多种功能的大型综合利用水利工程。如何合理的调度金盆水库，发挥其最大效益，对缓解西安市供水紧张的局面以及实现社会经济的可持续发展和人民生活稳步提高都具有极其重要的意义和价值。
水库优化调度是一典型的多维非线性函数优化问题，目前常用的方法有模拟法、动态规划及其系列算法、非线性规划等等。这些方法各具特色，但应用中也常有一些问题，模拟法不能对问题直接寻优，动态规划（DP）随着状态数目的增加会出现所谓“维数灾”问题，增量动态规划（IDP）可能收敛到非最优解，逐步优化算法（POA）需要一个好的初始轨迹才能收敛到最优解[1]。因此，这些方法还有待进一步的完善。
遗传算法（GA）作为一种借鉴生物界自然选择思想和自然基因机制的全局随机搜索算法，可模拟自然界中生物从低级向高级的进化过程，GA在优化计算时从多个初始点开始寻优，对所求问题没有太多的数学约束，而且优化求解过程与梯度信息无关[2]，因此在多个不同领域得到了广泛应用。而GA在水库优化调度方面GA应用相对较少[3]，马光文等[4]使用基于二进制编码的遗传算法对水库优化调度进行了研究。由于二进制编码存在的编码过长、效率低及需要反复的数据转换等问题，畅建霞、王大刚分别提出了基于整数编码的遗传算法[5-6]，并将GA与动态规划的计算结果进行了比较。
自适应遗传算法（AdaptiveGA，AGA）使得交叉概率Pc和变异概率Pm能够随个体适应度的大小以及群体适应度的分散程度进行自适应的调整，因而AGA能够在保持群体多样性的同时，保证遗传算法的收敛性。本文根据黑河金盆水库的具体情况，建立了水库长期优化调度的自适应遗传算法模型，并将其与动态规划的计算结果进行了比较。
2.水库优化调度数学模型的建立
金盆水库为多功能水库，其优化调度应使其达到城市供水量最大、灌溉缺水量最小、年发电量最大和弃水量最小等目标要求。但此多目标优化模型如果直接采用多维多目标动态规划或其它方法求解，则可能因为目标、状态、和决策变量较多的占用计算机内存和时间，因而有必要先做适当处理，将多目标问题转化为单目标，再进行求解。考虑到城市供水和灌溉用水要求保证率高，因此将水库优化调度目标定为年发电量最大，而将城市与灌溉供水当作约束条件进行处理。
这样，金盆水库优化调度的目标函数就可以描述为：在满足水库城市供水、灌溉用水和蓄水要求条件下，使水库年发电量最大。
目标函数：F=max（1）
上式中，N（k）为各时段的发电量。
约束条件：
①水量平衡约束：（2）
②水库蓄水量约束：（3）
③电站水头约束：（4）
④水轮机最大过流量约束：（5）
⑤电站出力约束；（6）
⑥城市供水约束：（7）
⑦灌溉供水约束：（8）
⑧非负约束。
其中，Nmin与Nmax分别为电站允许的最小及最大机组出力，Hmin与Hmax分别为电站最小及最大工作水头，qmax为机组过水能力，WCt、WIt分别为第t时段城市和灌溉供水量。DIt为第t时段灌溉需水量，DCt,max与DCt,min分别为第t时段城市需水上下限。
3.自适应遗传算法的实现
在水库优化调度中，水库的运行策列一般用发电引用流量序列来表示，而该序列又可以转换为水库水位或库容变化序列。对于水库优化调度的遗传算法可以理解为：在水位的可行变化范围内，随机生成m组水位变化序列,,…,，其中，m为群体规模，n为时段数，再通过一定的编码形式分别将其表示为称作染色体（个体）的数字串，在满足一定的约束条件下，按预定的目标函数评价其优劣，通过一定的遗传操作（选择、交叉和变异），适应度低的个体将被淘汰，只有适应度高的个体才有机会被遗传至下一代，如此反复，直至满足一定的收敛准则。
3.1个体编码
为简化计算，本文采用实数编码。个体的每一向量（基因）即为水库水位的真值。表示
为：（9）
式中，分别为时段t水库水位的最大值和最小值。m为控制精度的整数，Nrand为小于m的随机数。
3.2适应度函数
在遗传算法中，用适应度函数来标识个体的优劣。通过实践，采用如下适应度函数，效果更好。
（10）
式中为目标函数值，c为目标函数界值的保守估计，并且≥0,≥0。水库优化调度为约束优化问题，关于约束条件的处理，本文采用罚函数法,
（11）
式中，为原优化问题的目标函数值，M为罚因子，Wi为与第i个约束有关的违约值，p为违约数目。
3.3遗传操作
交叉运算交叉的目的是寻找父代双亲已有的但未能合理利用的基因信息。设x和y是两父代个体，则交叉产生的后代为=ax+(1-a)y和=ay+(1-a)x，这里，a为[0,1]内均匀分布的一个随机数。
变异运算通过变异可引入新的基因以保持种群的多样性，它在一定程度上可以防成熟前收敛的发生。具体方法为：个体Z的每一个分量Zi,i=0,1…,n以概率1/n被选择进行变异。设对分量ZK进行变异，其定义区间为（ZK,min,ZK,max）,则
=（12）
式中，Rand为0到1之间的随机数，rand（u）函数产生最大值为u的正整数。
3.3参数的自适应调整
遗传算法的参数中交叉概率Pc和变异概率Pm的选择是影响遗传算法行为和性能的关键所在，直接影响算法的收敛性，Pc越大，新个体产生的速度就越快。然而，Pc过大，遗传模式被破坏的可能性越大。对于变异概率Pm，如果Pm过小，不易形成新的个体；如果Pm过大，则遗传算法就成了纯粹的随机搜索算法。自适应遗传算法（AGA）使得Pc和Pm能够随适应度按如下公式自动调整：
Pc=（13）
Pm=（14）
式中，为群体中最大的适应度值；为每代群体的平均适应度值；为要交叉的两个个体中较大的适应度值；为要变异的的个体的适应度值。,,,为自适应控制参数，其变化区间为（0,1）。
综上所述，算法的运算步骤为：
(1)初始化，设置控制参数，产生初始群体；
(2)计算各个体的目标函数，应用(5)式进行适应度变换；
(3)按随机余数选择法对母体进行选择；
(4)对群体进行交叉和变异操作pc和pm分别按式(2)与(3)计算，得到新一代群体；
(5)检验新一代群体是否满足收敛准则，若满足，输出最优解，否则转向步骤2。
4.模型求解及成果分析
金盆水库坝高130米，总库容2亿方。该水库是以给西安供水为主（按照设计年均向西安供水3.05亿方），兼顾周至、户县共37万亩农田灌溉（年均灌溉供水1.23亿方），还有发电、防洪等多功能的大型综合利用水利工程。水库的特征参数为：正常蓄水位594m，死水位520m，电站出力系数8.0，装机容量2万KW，保证出力4611KW，水轮机过流能力32.6m3/s，汛限水位591米，汛期7-9月，以某中水年为例，入库径流已知，用上述算法按年发电量最大求解水库优化调度，结果见表一。
表一自适应遗传算法计算结果
Table1.Resultsbyadaptivegeneticalgorithm
月份
入库水量(108m3)
月末水位(m)
城市需水(108m3)
城市供水(108m3)
灌溉需水(108m3)
灌溉供水(108m3)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头(m)
出力
(KW)
7
1.5160
572.63
0.3050
0.3050
0.2301
0.2301
20.10
40.04
6437.88
8
1.3178
591.00
0.2898
0.2898
0.2196
0.2196
24.75
68.87
13637.35
9
0.6973
591.00
0.2593
0.2593
0.1342
0.1342
26.90
77.50
16679.24
10
0.8464
594.00
0.2410
0.2410
0.0000
0.0000
30.05
78.69
18918.95
11
0.2063
589.33
0.2349
0.2349
0.0879
0.0879
12.47
76.88
7667.76
12
0.1963
587.96
0.2257
0.2257
0.0440
0.0440
10.08
75.26
6069.95
1
0.1513
585.61
0.2257
0.2257
0.0000
0.0000
8.43
73.38
4947.77
2
0.1260
582.23
0.2349
0.2349
0.0000
0.0000
9.72
70.31
5467.50
3
0.3000
581.54
0.2410
0.2410
0.0810
0.0810
12.20
68.38
6673.10
4
0.3732
581.75
0.2440
0.2440
0.1206
0.1206
14.07
68.14
7671.54
5
0.2373
561.68
0.2593
0.2593
0.0226
0.0226
31.83
59.00
15023.79
6
0.1776
520.00
0.2898
0.2898
0.2900
0.2900
32.56
32.06
8350.21
注：年发电量E=8608.3万KW·h；POP=100；Gen=200；==0.85；==0.01。
作为比较，本文又使用了基本遗传算法（SGA）、动态规划法（DP）进行计算，其目标函数、约束条件完全相同。对应的计算结果见表二，其中，DP的离散点为300。
表二动态规划及基本遗传算法计算结果比较
parisonofResultsofDPandSGA
月份
动态规划（DP)计算结果
基本遗传算法（SGA）计算结果
月末水位(m)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头(m)
出力
(KW)
月末水位(m)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头
(m)
出力
(KW)
7
572.5
20.23
39.95
6466.38
572.65
20.08
40.05
6433.56
8
591
24.62
68.82
13553.20
591.00
24.77
68.88
13650.11
9
591
26.90
77.50
16679.20
591.00
26.90
77.50
16679.24
10
593.5
30.02
78.72
18905.40
594.00
30.05
78.69
18918.97
11
588.5
13.10
76.68
8037.72
589.33
12.46
76.88
7663.79
12
586.5
10.53
74.83
6303.83
587.96
10.09
75.26
6075.39
1
584.5
8.79
72.28
5084.92
585.21
8.85
73.20
5180.34
2
581.5
9.82
69.17
5434.83
581.83
9.88
69.90
5524.98
3
580.5
12.46
67.30
6706.82
581.04
12.39
67.93
6733.84
4
580.5
14.40
66.90
7705.63
580.87
14.66
67.46
7911.34
5
562
29.42
58.24
13706.00
561.62
30.56
58.38
14273.88
6
520
0.32
32.60
32.31
8426.54
520.00
32.50
32.02
8323.96
注：DP年发电量8568.9万KW·h；SGA年发电量8581.3万KW·h，POP=100,Gen=200。
比较表一和表二可见，动态规划在控制精度为0.5m时，优化结果为8568.9万KW·h，低于SGA的8581.3万KW·h和改进本文算法的8608.3万KW·h，主要是因为DP的离散点数较后两类算法少。为了说明本文算法的优越性，将其与SGA在不同的进化代数时分别进行10次计算，结果列于表三。
表三不同进化代数的两类算法年发电量比较比较
parisonofResultsoftheTwoAlgorithmsinDifferentGeneration
编号
本文算法（AGA）
基本遗传算法（SGA）
Gen=200
Gen=500
Gen=200
Gen=500
1
8607.1
8596.8
8374.1
8594.2
2
8597.5
8607.2
8581.6
8571.9
3
8604.7
8612.7
7957.2
8433.1
4
8601.2
8603.5
8593.4
8475.3
5
8596.6
8595.4
8599.1
8596.2
6
8606.8
8607.2
7837.2
8608.4
7
8608.3
8608.4
8365.9
7892.1
8
8525.4
8611.3
8521.5
8592.6
9
8605.9
8551.6
8575.3
8610.3
10
8603.4
8603.7
8121.6
8441.2
注：表中年发电量单位为万KW·h。
从上表可以看出，随着进化代数的增加，两算法计算结果都越接近最优解；无论是自适应遗传算法还是基本遗传算法，其计算结果明显优于动态规划；在进化代数相同时，AGA的计算结果优于SGA，并且未收敛次数也有明显减少，表明AGA能够有效加快收敛速度。
5.结论
本文建立了水库优化调度的自适应遗传算法模型，并将其用于黑河金盆水库优化调度。与动态规划相比，遗传算法能够从多个初始点开始寻优，能有效的探测整个解空间，通过个体间的优胜劣汰，因而能更有把握达到全局最优或准全局最优；自适应遗传算法通过参数的自适应调整，能更有效的反映群体的分散程度以及个体的优劣性，从而能够在保持群体多样性的同时，加快算法的收敛速度。
ApplicationofAdaptiveGeneticAlgorithmstotheoptimaldispatchingofJinpenreservoir
FuYongfeng1ShenBing1LiZhilu1ZhangXiqian1
(1Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,
2HeadquartersofHeiheWaterDiversionProject,Xi’an,710061)
AbstractBasedontheanalysisofthecharacteristicsituationofJinpenreservoir,acomprehensiveoptimaloperationmodelisdevelopedwithconsiderationofitsmulti-objectiveandnonlinearfeatures.Themodelissolvedbythethreemethodsofdynamicprogram,thesimplegeneticalgorithmandtheadaptivegeneticalgorithm.Itisshowedthattheadaptivegeneticalgorithm,withthecharacterofitsparametercanbeadjustedadaptivelyaccordingtothedispersiondegreeofpopulationandthefitnessvalueofindividuals,hasthefastestconvergencevelocityandthebestresultcomparedtoothertwoalgorithms.
Keywords:optimaloperation；geneticalgorithms；dynamicprogram
参考文献
[1]方红远,王浩,程吉林.初始轨迹对逐步优化算法收敛性的影响[J].水利学报,2002,11:27-30.
[2]潘正君,康立山,陈毓屏.演化计算[M].北京:清华大学出版社,1998.
[3]RobinWardlawandmohdSharif.Evaluationofgeneticalgorithmsforoptimalreservoirsystemoperation[J].WaterResour.Plng.andMgmt.,1999,125(1):25-33.
[4]马光文,王黎.遗传算法在水电站优化调度中的应用[J].水科学进展,1997,8(3):275-280.
购物车(0)
