【水利工程学科建设典型案例】科技助力洪水资源利用，保障区域经济社会发展

沿海地区位于流域下游，过境洪水资源丰富。随着沿海地区经济社会的快速发展，水资源供需矛盾日益突出，开展洪水资源利用研究，提高洪水资源利用水平，是缓解区域水资源短缺压力、促进经济社会可持续发展的重要举措。本项目研究团队针对洪水资源利用存在的工程背景复杂、效益与风险并存、效益与风险量化困难等问题，以理论研究、技术研发及示范应用相结合，系统开展了沿海地区洪水资源利用及水库安全风险管理技术研究，取得了以下创新成果。

1.沿海地区洪水资源可利用量分配模型构建方法创新

针对沿海地区洪水资源利用特点，明确了沿海地区洪水资源可利用量的概念；提出了洪水资源可利用量的计算方法，构建了兼顾效益与公平、以经济效益最优为中心的洪水资源可利用量分配模型，提出了采用遗传算法求解模型的方法与步骤，解决了沿海地区洪水资源可利用量计算与分配的难题，为洪水资源利用决策提供了依据。

2.沿海地区洪水资源利用效益量化方法创新

深入研究沿海地区洪水资源利用的效益量化问题，在总结分析了洪水资源利用常用效益量化方法优缺点的基础上，提出了基于能值理论的工业、农业、生活和生态环境用水效益计算方法，考虑因素更为全面，计算结果更为合理，为洪水资源利用效益的计算提供了新的思路与方法。

3.洪水资源利用风险分析技术体系创新

以沿海地区大型水库洪水资源利用为研究背景，构建了适用于水库汛限水位调整的洪水资源利用风险因素指标体系，提出了综合运用概率论与数理统计法和马尔科夫链蒙特卡洛法的水库洪水资源利用风险估计方法，建立了以风险率最小和综合效益最大为目标的多目标风险决策模型，研发了用于模型求解的多目标混合蛙跳差分算法，解决了综合考虑风险与效益的水库汛限水位调整科学合理决策难题，为洪水资源利用的风险分析及决策提供技术支撑。

4.洪水资源利用风险管理体系创新

针对沿海地区大型水库洪水资源利用风险管理的问题，综合考虑水库汛期运行水位变化与下游河道溃堤影响因素，构建了一、二维耦合水文水动力学模型，对水库不同汛限水位以及不同频率来水条件下出库洪水在河道与防洪区的演进过程进行模拟，结合GIS空间分析技术，提出了水库下游洪水风险图绘制方法，直观展现下游河道发生溃堤时洪水对防洪保护区的影响结果，并从水量、水质和生态环境三个方面提出了洪水资源利用风险规避措施，为洪水资源利用风险规避与风险管理提供了支撑。

图1  综合效益随风险率变化曲线		图2  溃口上下游水流信息交互示意图

图3  洪水到达时间图		图4  洪水淹没历时图		图5  洪水淹没水深图

项目成果已在江苏省连云港市洪水资源利用及石梁河水库安全风险管理得到成功应用，连云港市各应用单位2015-2020年累计洪水资源利用效益达13.57亿，增加利润0.68亿元。成果也推广应用于江苏省沙河、横山等水库的洪水资源利用和浙江省宁波市的水利规划与管理工作中，取得了显著的经济效益和社会生态效益，推广应用前景广阔。成果获2021年度中国大坝工程学会科技进步奖二等奖。（文/图：方国华）