1T/GXDSL308—2025水資源調(diào)度模型構(gòu)建與驗證技術(shù)標準一、引言在全球氣候變化加劇和經(jīng)濟社會快速發(fā)展的雙重壓力下，水資源時空分布不均與供需矛盾日益突出，科學合理的水資源調(diào)度已成為保障區(qū)域水安全、支撐經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展、維護生態(tài)系統(tǒng)健康的關(guān)鍵技術(shù)手段。廣西作為我國南方豐水地區(qū)，降水時空分布不均、巖溶地貌發(fā)育、季節(jié)性干旱與洪澇災害并存，水資源調(diào)度面臨復雜挑戰(zhàn)。構(gòu)建科學可靠的水資源調(diào)度模型，對于優(yōu)化區(qū)域水資源配置、應對極端水文事件、支撐流域綜合管理具有重大現(xiàn)實意義。然而，當前水資源調(diào)度模型在構(gòu)建過程中存在理論基礎不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)標準不規(guī)范、參數(shù)率定隨意、驗證方法不完善、應用評估缺乏系統(tǒng)標準等問題，制約了模型決策支持的準確性和可靠性。為規(guī)范廣西水資源調(diào)度模型的構(gòu)建、驗證與應用流程，提升模型技術(shù)的科學性與實用性，廣西產(chǎn)學研科學研究院依據(jù)國家水資源管理相關(guān)法規(guī)與技術(shù)標準，結(jié)合廣西喀斯特地貌、季節(jié)性豐枯變化、多目標用水競爭等區(qū)域特征，組織研制本技術(shù)標準。本標準的制定旨在為水資源調(diào)度模型的開發(fā)、驗證、應用與評估提供統(tǒng)一的技術(shù)框架與操作規(guī)范，增強模型成果的可靠性、可比性與可移植性，為廣西水資源優(yōu)化調(diào)度與精細化管理提供標準化技術(shù)支撐。二、范圍本標準規(guī)定了水資源調(diào)度模型構(gòu)建與驗證的術(shù)語和定義、基本原則、模型構(gòu)建通用要求、模型構(gòu)建技術(shù)流程、數(shù)據(jù)采集與處理要求、模型驗證與不確定性分析、模型應用與評估以及成果報告與文檔管理等方面的技術(shù)要求。本標準適用于廣西壯族自治區(qū)內(nèi)江河流域、區(qū)域、灌區(qū)、水庫群、城市供水系統(tǒng)等水資源系統(tǒng)的調(diào)度模型的構(gòu)建、驗證與應用活動。水文模型、水質(zhì)模型、地下水模型等相關(guān)模型的構(gòu)建與驗證可參照本標準執(zhí)行。本標準可供政府部門、科研機構(gòu)、規(guī)劃設計單位及水資源管理相關(guān)企業(yè)在開展水資源調(diào)度模擬與決策支持系統(tǒng)開發(fā)時使用。三、規(guī)范性引用文件下列文件對于本標準的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本標準。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本標準。GB/T50095-2014水文基本術(shù)語和符號標準GB/T22482-2008水文情報預報規(guī)范SL/T278-2020水資源評價導則SL/T341-2021水文資料整編規(guī)范SL/T427-2021水資源監(jiān)控設備技術(shù)條件SL/T810-2021水資源調(diào)度模型構(gòu)建技術(shù)指南GB/T30944-2022水文儀器可靠性技術(shù)要求《中華人民共和國水法》（2016年7月2日修正）《水資源調(diào)度管理辦法》（水利部令第42號，2021年）《廣西壯族自治區(qū)水資源管理條例》（2020年修訂）四、術(shù)語和定義2T/GXDSL308—2025GB/T50095-2014、SL/T810-2021界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本標準。（一）水資源調(diào)度模型基于水循環(huán)機理、系統(tǒng)動力學原理及運籌學方法，模擬和預測水資源系統(tǒng)在自然驅(qū)動力和人工調(diào)控作用下，其狀態(tài)（如水位、流量、蓄量、水質(zhì)）演變過程，并用于優(yōu)化水資源配置與調(diào)度決策的計算機模擬工具。（二）概念性模型對實際水資源系統(tǒng)進行簡化與抽象，通過一系列物理概念（如水庫、河道、渠道、用水戶、節(jié)點、連線）及其相互關(guān)系來描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能邏輯的模型表達形式。（三）數(shù)學模型在概念性模型基礎上，用數(shù)學方程（組）或算法描述系統(tǒng)中各要素的狀態(tài)變化及其相互作用的定量關(guān)系。（四）模型參數(shù)數(shù)學模型中需要根據(jù)實際系統(tǒng)特征或觀測數(shù)據(jù)確定的系數(shù)或常數(shù)，用于反映系統(tǒng)的物理屬性或經(jīng)驗關(guān)系。（五）模型率定利用歷史觀測數(shù)據(jù)，通過調(diào)整模型參數(shù)，使模型模擬結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)在允許誤差范圍內(nèi)達到最佳擬合的過程。（六）模型驗證使用獨立于率定期數(shù)據(jù)的另一套觀測數(shù)據(jù)（驗證期數(shù)據(jù)對已率定模型進行模擬測試，評估模型在未經(jīng)率定數(shù)據(jù)上的模擬精度與可靠性的過程。（七）不確定性分析對模型輸入數(shù)據(jù)、參數(shù)、結(jié)構(gòu)及模擬結(jié)果中存在的各種不確定性來源、傳播及影響程度進行識別、量化與評估的系統(tǒng)性方法。（八）調(diào)度方案基于模型模擬與優(yōu)化分析，提出的關(guān)于水庫泄流、閘門啟閉、引調(diào)水工程運行等具體操作指令的時空安排計劃。T/GXDSL308—20253（九）模型靈敏度模型輸出結(jié)果對輸入數(shù)據(jù)或參數(shù)變化的響應程度。（十）情景分析通過設定不同的邊界條件（如氣候變化情景、經(jīng)濟社會發(fā)展情景、工程調(diào)度規(guī)則等運用模型模擬分析未來可能出現(xiàn)的不同狀況及其影響。五、基本原則水資源調(diào)度模型構(gòu)建與驗證應遵循以下基本原則：科學性原理，模型構(gòu)建應以水文學、水動力學、水資源學等科學理論為基礎，模型結(jié)構(gòu)應能合理反映實際水資源系統(tǒng)的物理本質(zhì)和關(guān)鍵過程。實用性目標，模型應面向具體的管理決策需求，如防洪調(diào)度、供水保障、生態(tài)補水、發(fā)電優(yōu)化等，確保模型輸出能有效支撐調(diào)度方案的制定與比選。系統(tǒng)性完整，模型應能完整表征所研究水資源系統(tǒng)的邊界、組成要素（水源、工程、用戶）、相互聯(lián)系及主要約束條件，形成有機整體。可靠性核心，必須通過嚴格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、合理的參數(shù)率定、獨立的模型驗證及系統(tǒng)的不確定性分析，確保模型模擬結(jié)果具有可信度。透明性與可重復，模型結(jié)構(gòu)、算法、參數(shù)、輸入輸出數(shù)據(jù)應清晰、完整地文檔化，確保建模過程與結(jié)果可被第三方審查、理解和重復。適應性靈活，模型應具備一定的靈活性和擴展性，能夠適應數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)變化（如新建工程）和不同分析場景的需求。規(guī)范性操作，模型構(gòu)建、驗證、應用的全過程應遵循本標準規(guī)定的技術(shù)流程與質(zhì)量要求，確保工作的規(guī)范性與成果的可比性。六、模型構(gòu)建通用要求在啟動模型構(gòu)建前，應明確模型的應用目標與具體任務，如長期水資源配置模擬、短期實時洪水調(diào)度、多目標優(yōu)化調(diào)度等。根據(jù)目標任務，確定模型的時空尺度與分辨率。時間尺度可根據(jù)需求選擇年、月、旬、日或更小步長；空間尺度應能清晰反映主要水源地、水利工程、重要控制斷面、用水分區(qū)等關(guān)鍵節(jié)點的水情變化。應詳細分析研究對象水資源系統(tǒng)的特性，包括：流域水系拓撲結(jié)構(gòu)；主要水源類型（地表水、地下水、外調(diào)水等）及其相互轉(zhuǎn)化關(guān)系；重要水利工程（水庫、水閘、泵站、引調(diào)水工程）的分布、特征參數(shù)與調(diào)度規(guī)則；各類用水戶（生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)等）的時空分布、需水規(guī)律及優(yōu)先級；系統(tǒng)的主要約束條件，如工程能力約束、河道安全泄量約束、最小生態(tài)流量約束、政策法規(guī)約束等。應選擇或開發(fā)與系統(tǒng)特性和應用目標相匹配的模型方法。對于水庫群聯(lián)合調(diào)度，可采用系統(tǒng)模擬模型（如水量平衡模型、水庫調(diào)度模擬模型）或優(yōu)化模型（如線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、遺傳算法等）；對于河道水動力過程模擬，可采用水力學模型（如一維、二維圣維南方程組求解）。鼓勵采用成熟、經(jīng)過廣泛驗證的模型平臺或軟件。七、模型構(gòu)建技術(shù)流程模型構(gòu)建應遵循系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的技術(shù)流程。首先是問題定義與系統(tǒng)分析階段，明確調(diào)度需求、決策目標、關(guān)注重點與約束條件，完成對研究對象水資源系統(tǒng)的詳細調(diào)查與分析，繪制系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖，梳理水量平衡關(guān)系與調(diào)度邏輯。其次是概念模型建立階段，基于系統(tǒng)分析，將實際系統(tǒng)抽象為由節(jié)點（如水庫節(jié)點、分水節(jié)點、用水節(jié)點、匯流節(jié)點）、連線（如自然河道、人工渠道、輸水管線）以及規(guī)則（如水庫調(diào)度規(guī)則、分水規(guī)則、用水優(yōu)先序）組成的系統(tǒng)網(wǎng)絡圖。定義各要素的屬性與變量。第三是數(shù)學模T/GXDSL308—20254型構(gòu)建階段，為概念模型中的各類要素建立數(shù)學描述。包括：水源模塊（如降水徑流模型、地下水補給模型、外調(diào)水模型）；工程模塊（水庫水量平衡方程、泄流能力曲線、閘泵過流公式）；傳輸模塊（河道演算、渠道輸水損失計算）；用水模塊（各類需水預測模型、耗水計算）；調(diào)度規(guī)則模塊（以邏輯判斷或數(shù)學表達式描述既定調(diào)度規(guī)則或優(yōu)化目標函數(shù)系統(tǒng)耦合與求解算法（如模擬模型的順序計算邏輯，優(yōu)化模型的求解算法）。第四是數(shù)據(jù)準備與處理階段，根據(jù)模型需求，全面收集、整理、處理與驗證所需各類數(shù)據(jù)（見第7章）。第五是模型參數(shù)率定階段，選擇合適的率定期，利用該時段的歷史觀測數(shù)據(jù)（如入庫流量、出庫流量、水位、用水量等），通過手動調(diào)整或自動優(yōu)化算法（如SCE-UA算法、遺傳算法確定模型關(guān)鍵參數(shù)的最優(yōu)取值，使模擬結(jié)果與觀測值的誤差最小化。率定需使用恰當?shù)哪繕藴蕜t（如納什效率系數(shù)NSE、水量平衡誤差、確定性系數(shù)等）進行評估。第六是模型驗證階段，選擇獨立于率定期的另一個時段（驗證期使用已率定參數(shù)的模型進行模擬，將模擬結(jié)果與驗證期觀測數(shù)據(jù)進行比較，評估模型的泛化能力和可靠性。第七是模型應用與分析階段，利用驗證后的模型，進行歷史調(diào)度復盤分析、未來情景模擬、調(diào)度方案制定與比選、調(diào)度規(guī)則優(yōu)化等應用研究。最后是模型維護與更新階段，隨著數(shù)據(jù)積累、系統(tǒng)變化或需求更新，適時對模型進行修正、率定和再驗證。八、數(shù)據(jù)采集與處理要求高質(zhì)量的數(shù)據(jù)是模型可靠性的基礎。應根據(jù)模型構(gòu)建需求，制定詳細的數(shù)據(jù)清單與采集方案。所需數(shù)據(jù)通常包括：基礎地理數(shù)據(jù)（流域邊界、水系、地形、土地利用/覆被）；水文氣象數(shù)據(jù)（長系列降水、蒸發(fā)、氣溫、徑流、水位等觀測數(shù)據(jù)，時間分辨率應滿足模型步長要求，如日數(shù)據(jù)工程數(shù)據(jù)（水庫的特征水位、庫容曲線、泄流能力曲線、調(diào)度規(guī)程；水閘泵站的規(guī)模與設計參數(shù)；渠道/管線的輸水能力與損失系數(shù)）；用水數(shù)據(jù)（歷史分行業(yè)、分區(qū)域、分時段的取用水量、耗水量數(shù)據(jù)；現(xiàn)狀與規(guī)劃的需求預測數(shù)據(jù)）；生態(tài)與環(huán)境數(shù)據(jù)（重要生態(tài)敏感區(qū)的分布、生態(tài)流量（水位）要求、水質(zhì)目標）；社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)（人口、GDP、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、灌溉面積等）。數(shù)據(jù)來源應可靠，優(yōu)先采用國家基本水文站網(wǎng)、水資源監(jiān)控體系、統(tǒng)計年鑒等官方數(shù)據(jù)。對收集到的原始數(shù)據(jù)必須進行嚴格的質(zhì)量控制，包括：完整性檢查（填補缺測值需說明方法，如線性插值、鄰近站相關(guān)分析）；一致性檢查（消除系統(tǒng)誤差或單位不一致）；合理性檢查（識別并剔除明顯不合理或超出物理可能范圍的異常值）。所有數(shù)據(jù)處理步驟應有明確記錄。數(shù)據(jù)應按照SL/T341等規(guī)范進行整編，形成結(jié)構(gòu)化的模型輸入數(shù)據(jù)集，并建立元數(shù)據(jù)文檔，說明數(shù)據(jù)的來源、時段、處理方法、精度等信息。對于用于模型率定和驗證的水文序列，應進行代表性、一致性、可靠性分析。在巖溶地區(qū)，需特別注意地下水與地表水交換量的估算與數(shù)據(jù)獲取。九、模型驗證與不確定性分析模型驗證是評價模型性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。驗證期應獨立于率定期，且具有足夠的長度和代表性，一般不少于3-5年，應包含豐、平、枯不同水文年型。驗證內(nèi)容應包括水量平衡驗證（模擬期總進水量與總出水量、蓄變量之間的閉合誤差應在可接受范圍內(nèi)，如相對誤差小于±5%）和過程線擬合驗證。過程線驗證應使用多種統(tǒng)計指標進行定量評估，主要評估指標及其一般要求可包括：納什效率系數(shù)（NSE），用于徑流模擬時，NSE大于0.7通常認為模型性能“良好”，大于0.8為“非常好”，對于水庫水位模擬可適當放寬；水量平衡誤差（WBE），絕對值應小于±5%；確定性系數(shù)（R2),應大于0.8；峰現(xiàn)時間誤差，一般不超過一個計算時間步長；洪峰流量相對誤差，宜小于±15%。除定量指標外，還應通過過程線疊加圖進行直觀的定性比較，分析模擬與實測過程在峰型、漲落趨勢、基流等方面的吻合程度。對于多目標調(diào)度模型，還需對供水滿足率、生態(tài)流量保證率、發(fā)電量等調(diào)度目標的模擬結(jié)果進行驗證。必須進行系統(tǒng)的不確定性分析，以了解模型結(jié)果的可靠程度。不確定性來源主要包括：輸入數(shù)據(jù)不確定性（如降水、蒸發(fā)觀測誤差，用水數(shù)據(jù)統(tǒng)計誤差）；參數(shù)不確定性（率定所得參數(shù)的非唯一性）；模型T/GXDSL308—20255結(jié)構(gòu)不確定性（對物理過程的簡化或錯誤描述未來情景不確定性（氣候預測、經(jīng)濟社會發(fā)展預測的不確定性）?？刹捎玫姆椒òǎ簠?shù)敏感性分析，識別對輸出結(jié)果影響顯著的關(guān)鍵參數(shù)；參數(shù)不確定性分析（如GLUE方法、馬爾可夫鏈蒙特卡洛方法），量化參數(shù)不確定性對模擬結(jié)果的影響范圍；情景集合分析，通過輸入多組可能的氣象或用水情景，評估模擬結(jié)果的分布范圍。不確定性分析結(jié)果應在模型報告中明確說明。十、模型應用與評估經(jīng)驗證合格的模型方可用于實際調(diào)度分析與決策支持。模型應用前，應根據(jù)具體的調(diào)度問題，設定清晰的模擬情景。情景可分為：復盤分析情景，用于復演歷史調(diào)度過程，評估歷史調(diào)度效果；預測預報情景，基于未來氣象預報或預測，進行預泄、蓄水等前瞻性調(diào)度模擬；方案比選情景，設置不同的調(diào)度規(guī)則、工程運行模式或需求方案，模擬比較其效果；優(yōu)化搜索情景，利用優(yōu)化算法，在約束條件下自動尋找最優(yōu)的調(diào)度策略。模型輸出結(jié)果應進行全面、多維度的分析與評估。評估內(nèi)容應緊扣調(diào)度目標，例如：防洪安全評估（最高水位、最大下泄流量是否超限）；供水保障評估（供水保證率、缺水程度與分布）；發(fā)電效益評估（發(fā)電量、保證出力）；生態(tài)效益評估（生態(tài)流量滿足率、敏感期水位保障）；航運及其他評估。評估應采用科學的指標，如供水保證率（P=95%，即供水破壞年數(shù)不超過總年數(shù)的5%）、缺水指數(shù)、生態(tài)流量達標率等。對不同調(diào)度方案進行比選時，應建立綜合評價指標體系，可采用層次分析法、多目標決策方法等進行量化評判。模型應用過程中，應密切注意模型的適用邊界和局限性，避免外推使用。對于重大的調(diào)度決策，建議采用多個獨立模型進行交叉驗證與比較分析，提高決策的穩(wěn)健性。十一、成果報告與文檔管理完整的模型構(gòu)建與驗證工作應形成系統(tǒng)化的技術(shù)成果和文檔。最終成果報告應結(jié)構(gòu)清晰、內(nèi)容完整、論述嚴謹。報告內(nèi)容至少應包括：項目背景與目標任務；研究區(qū)域概況與水資源系統(tǒng)分析；模型構(gòu)建方法（模型選擇、概念模型、數(shù)學模型、求解算法）；數(shù)據(jù)來源與處理；模型率定過程與結(jié)果（率定期、參數(shù)取值、率定效果評估）；模型驗證過程與結(jié)果（驗證期、驗證指標與評估結(jié)論）；不確定性分析結(jié)果；模型應用分析（情景設置、方案模擬、結(jié)果評估與比選）；主要結(jié)論與建議；模型局限性說明。所有支撐模型運行的輸入數(shù)據(jù)文件、參數(shù)文件、源程