黄河流域水资源适配性较低、用水需求增加、社会经济发展不平衡及流域梯级水库群多主体利益博弈凸显，水库群需要水沙-生态-经济多目标协同调控。《黄河梯级水库群水沙-生态-经济多目标调控技术》主要研究流域多目标协同可持续发展的定向控制方法，多维协同的水沙调控多主体利益补偿核算方法，梯级水库群多目标协同控制原理和水沙联合调度技术，水库群多目标协同调控蓄泄秩序与实现路径。《黄河梯级水库群水沙-生态-经济多目标调控技术》部分插图附彩图二维码，扫码可见。

目录
第1章 绪论 1
1.1 流域概况与主要水沙情景 1
1.1.1 流域概况与分区特征 1
1.1.2 水库总体分布格局 1
1.1.3 核心枢纽 2
1.1.4 梯级水库群联合调度研究主要情景 3
1.2 国内外研究进展 4
1.2.1 水库群多目标协同控制方法研究进展 5
1.2.2 流域系统利益补偿核算方法研究进展 6
1.2.3 水库群协同的联合调控技术研究进展 8
1.2.4 水库群联合调控路径研究进展 10
第2章 流域多目标协同可持续发展定向控制方法 12
2.1 流域水库群多目标函数构建 12
2.1.1 流域复杂系统的多目标划分 13
2.1.2 可持续发展及定向控制内涵 14
2.1.3 可持续发展定向控制方法核心步骤 16
2.1.4 可持续发展的多目标函数 17
2.2 流域可持续发展评价及阈值分析 21
2.2.1 可持续发展评价指标确定及分析 22
2.2.2 流域可持续发展评价相对阈值分析 32
2.3 水库群可持续发展评价多目标驱动响应 36
2.3.1 黄河上游 38
2.3.2 黄河中游 38
2.3.3 黄河下游 38
2.4 水库群可持续发展多目标协同-竞争关系 42
2.4.1 流域复杂系统多目标间协同-竞争关系 42
2.4.2 调度方式对协同-竞争关系的影响 47
2.5 水库群可持续发展定向控制 52
2.5.1 可持续发展水库调度方法 53
2.5.2 可持续发展水库调度定向控制方案 54
第3章 流域水沙调控多主体利益补偿核算方法 59
3.1 流域多维度多层级利益主体网络结构识别 59
3.1.1 水沙调控多主体利益网络结构 59
3.1.2 水沙调控利益主体关系格局 60
3.2 多维度多主体利益量化核算准则与补偿关系 64
3.2.1 多维度多主体利益量化核算准则 64
3.2.2 水沙资源统一调配下各主体利益补偿关系 65
3.3 区域-区域主体间利益补偿核算方法 67
3.3.1 生态系统服务供需驱动补偿模型 70
3.3.2 多维度要素协同同量化补偿模型 73
3.3.3 案例应用及结果分析 76
3.4 水库-区域主体间多主体利益补偿博弈 83
3.4.1 多维度效益测算 83
3.4.2 群体间的增益配置 89
3.4.3 群体内的增益配置 89
3.4.4 案例应用及结果分析 90
3.5 水库-水库主体间利益补偿核算方法 97
3.5.1 水库群水沙调控多目标协同总体架构 98
3.5.2 水库主体间横向分目标利益补偿 100
3.5.3 案例应用及结果分析 103
第4章 梯级水库群多目标协同控制原理和联合调控技术 111
4.1 水库群序参量及协同度演变过程 111
4.1.1 梯级水库群系统序参量识别 111
4.1.2 水库群序参量轨迹特征描述 126
4.1.3 水库群系统协同度演变过程 130
4.2 水沙动力因子-序参量-多目标的定量关系 132
4.2.1 上游河段 132
4.2.2 中游河段 135
4.2.3 下游河段 138
4.2.4 全河段 140
4.3 梯级水库群多维协同控制原理 141
4.4 梯级水库群水沙联合调度 143
4.4.1 黄河上游水沙调控边界 143
4.4.2 黄河中下游水沙调控边界 143
4.4.3 水库群水沙联合调度技术 144
第5章 水库群多目标协同调控蓄泄秩序与规则 146
5.1 指标实现程度对水库群蓄泄秩序的响应 146
5.1.1 各指标及评价标准 146
5.1.2 对上游水库群蓄泄秩序的响应 148
5.1.3 对中下游水库群蓄泄秩序的响应 155
5.1.4 水库群联合调控蓄泄秩序与规则 162
5.2 水库群间多目标补偿方法、原则和实现路径 166
5.2.1 水库群间多目标补偿方法和原则 166
5.2.2 水库群间多目标协同调控实现路径 173
第6章 主要结论 182
参考文献 184

第1章 绪论
　　黄河流域上、中、下游的分区特征、主要水库的分布格局及哪些是流域核心水库，这些是进行梯级水库群多目标调控的背景，在研究水库群多目标的控制方法、调控技术及路径、不同主体的利益补偿时，研究的水沙情景时空会有所侧重，同时流域系统可持续发展情景可分为哪些调控情况，要预先交代。
　　1.1 流域概况与主要水沙情景
　　1.1.1 流域概况与分区特征
　　黄河流域横跨青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和黄淮海平原，干流全长5 464 km，流经青海、四川、甘肃等9省（区），流域面积79.5万km2（其中内流区4.2万km2）。根据水文地貌特征，可分为三段。
　　上游（河源—内蒙古托克托河口）以龙羊峡水库、刘家峡水库等为代表，承担径流调节与发电任务。中游（托克托河口—河南桃花峪）含三门峡水库、小浪底水库等，重点调控泥沙、防洪，库容占全流域30%（河南为主）。下游（桃花峪—入海口）地势平缓，无大型水库，依赖东平湖等滞洪区。
　　1.1.2 水库总体分布格局
　　全流域建成45座大型水库，成为控制性流域。主要水库分布见图1.1，水库分布特征如表1.1所示。
　　空间集中性：干流库容占比超68.1%，主要因龙羊峡水库（247亿m3）、小浪底水库（126.5亿m3）等巨型水库。
　　省级差异：青海库容占比为50%（龙羊峡水库、李家峡水库等），河南库容占30%（小浪底水库、陆浑水库等），甘肃与山西库容各占10%。
　　支流分布：湟水、渭河、汾河库容显著（均超10亿m3），如渭河流域有冯家山水库（3.89亿m3），汾河流域有汾河水库（7.2亿m3）。
　　图1.1 黄河流域水库调度体系空间分布示意图
　　1.1.3 核心枢纽
　　小浪底水库：通过调水调沙（2025年排沙1.6亿t），控制花园口流量≤5000m3/s，保障下游安全。三门峡水库：与小浪底水库联合调度（2025年7月排沙6496万t），敞泄滞洪降低潼关高程。龙羊峡水库、刘家峡水库：丰蓄枯放，2025年增蓄水量1.86亿m3，保障宁蒙灌区供水。陆浑水库：灌溉总干渠304km，覆盖嵩县、巩义等县市农田。
　　1.1.4 梯级水库群联合调度研究主要情景
　　进行梯级水库群水沙-生态-经济多目标联合调度研究时，主要研究情景如下。在空间上，黄河分为上游和中下游。上游干流包括龙羊峡、刘家峡、海勃湾梯级水库，中下游干流包括万家寨、三门峡、小浪底梯级水库，中下游支流包括洛河的故县水库、伊河的陆浑水库、沁河的河口村水库。总的来看，黄河干流上游龙羊峡、刘家峡梯级水库以水量调控为主，中下游万家寨、三门峡、小浪底梯级水库以洪水泥沙调控为主。在时间上，包括长系列年调度、典型年调度两种类型。在水沙情景上，长系列年调度包括偏丰水（12.5%≤P①＜37.5%）、平水（37.5%≤P≤62.5%）、偏枯水（62.5%＜P≤87.5%）、极枯水（P＞87.5%）4种来水情景，典型年调度考虑典型丰水（P＜37.5%）、平水（37.5%≤P≤62.5%）、枯水（P＞62.5%）频率下来水与来沙的组合情景，包括丰水丰沙、丰水平沙、丰水枯沙、平水丰沙、平水平沙、平水枯沙、枯水丰沙、枯水平沙、枯水枯沙9种水沙情景。来水情景主要依据上游唐乃亥水文站、兰州水文站，中下游潼关水文站、利津水文站的来水频率确定。例如，唐乃亥水文站、兰州水文站同时为枯水年，则上游为枯水年；潼关水文站、利津水文站同时为丰水年，则中下游为丰水年；4站均为平水年，则全河为平水年。因此获得全河典型丰水年、平水年、枯水年分别为2020年、2013年、2016年。
　　进行流域多目标协同可持续发展定向控制方法研究时（第2章），主要研究情景如下。在空间上，将黄河分为上游、中游和下游。黄河流域复杂系统多维目标函数、可持续发展评价相对阈值和多目标驱动响应与协同-竞争关系均分上下游研究。在进行多目标优化联合调度研究时，上游研究对象为龙羊峡水库和刘家峡水库，中游为万家寨水库和三门峡水库，将三门峡水库和小浪底水库作为控制下游的水库，两个水库分别蓄水或放水，形成4种调度组合：双库蓄水、蓄水-放水、放水-蓄水、双库放水。在时间上，总体研究时间为2000～2021年。在水文年情景上，包括极端丰水年、丰水年、平水年、枯水年、极端枯水年5种情景。由于探讨可持续发展评价相对阈值和目标间相互关系的*终目的，是针对不同情景提供满足不同可持续发展需求的可持续发展解集。因而系统可持续发展情景可分为7种调控情况：三个子系统（即行洪输沙子系统、生态环境子系统、社会经济子系统）都可持续，两个子系统可持续，一个子系统可持续（图1.2）。
　　图1.2 黄河流域子系统可持续发展情景
　　区域主体与水库主体是流域水沙调控的核心利益相关者（第3章）。基于此，在空间维度上，区域-区域主体间的利益补偿主要聚焦于沿黄九省（区）；针对水库-区域主体间及水库-水库主体间的利益补偿，需对干流水库进行划分。上游主要包括龙羊峡、刘家峡和海勃湾梯级水库，中下游则包括万家寨、三门峡和小浪底梯级水库，案例分析重点围绕中下游水库展开。在时间维度上，区域-区域主体间的利益补偿参考既有的流域生态补偿实践，选定2010年和2020年作为典型年；水库-区域主体间的利益补偿选取典型洪水期；水库-水库主体间的利益补偿则以潼关水文站年径流量为划分依据，选取2018年、2013年和2017年作为典型丰水年、平水年和枯水年。
　　水库群多目标协同的联合调控技术研究（第4章），空间上主要围绕上游的龙羊峡、刘家峡梯级水库，中下游的万家寨、三门峡和小浪底梯级水库，时间上主要从年尺度展开。
　　在进行梯级水库群多目标协同的联合调控蓄泄秩序与实现路径研究时（第5章），黄河上游以龙羊峡水库、刘家峡水库，中下游以三门峡水库和小浪底水库为研究对象，分别针对其不同的水沙控制重点与调度特征设定相应的调度情景，其中上游分为丰水年、平水年、枯水年3种水文情景，黄河中下游考虑泥沙，分为丰水年、平水年、枯水年和大沙、中沙、小沙，按水沙条件组合，一共9种水文情景。
　　1.2 国内外研究进展
　　梯级水库群的调度以可持续发展和协同发展为方向，以多目标协同调控为路径，因此水库群的水沙-生态-经济多目标协同调控需要进一步研究以下4方面的内容。
　　（1）流域多目标协同可持续发展定向控制方法：主要研究内容为厘定不同时空尺度各子系统和黄河流域复杂系统可持续发展的多目标函数及其阈值，建立梯级水库群水沙联合调度与多目标函数间的驱动-响应关系；揭示梯级水库群不同调度组合、不同调度方式对复杂系统多目标间协同-竞争关系的影响，提出黄河流域复杂系统水沙-生态-经济多目标协同的可持续发展定向控制方法。
　　（2）流域水沙调控多主体利益补偿核算方法：主要研究内容为厘定流域系统、不同区域、不同水沙资源需求方的多维度多层级利益主体网络结构，建立基于生存与发展、整体与局部、短期与长期等多维度多主体利益的量化核算准则，阐明黄河流域水沙资源统一调配和不同水沙情景调度方案下各利益主体补偿关系，提出流域系统多维功能协同的水沙调控多主体利益补偿核算方法。
　　（3）梯级水库群多目标协同控制原理和联合调控技术：主要研究内容为构建梯级水库群系统优化的方向性引导序参量，描述水库群多目标协同演变序参量的轨迹特征，建立不同区域水沙动力因子-序参量-多目标的定量关系，确定流域系统及不同区域多目标协同调控指标体系及阈值，提出梯级水库群不同时空尺度水沙-生态-经济多维协同控制原理与水沙联合调控技术。
　　（4）水库群多目标协同调控蓄泄秩序与规则：主要研究内容为解析黄河流域复杂系统水沙-生态-经济各功能实现程度对梯级水库群蓄泄秩序的响应关系，确定适应环境变化的梯级水库群间水文、库容、电力、生态补偿方法与原则；集成黄河流域梯级水库群多目标协同的联合调控蓄泄秩序与规则，提出基于减沙、控污和库区泥沙资源利用等多措并举的水库群多目标协同调控实现路径。
　　针对前面提到的4项主要研究内容，目前的研究进展如下。
　　1.2.1 水库群多目标协同控制方法研究进展
　　流域是人类参与和主导的多因素、复杂关系和多种功能的集合（彭少明等，2005；畅建霞等，2004）。研究表明，流域系统各要素相互联系、相互制约，形成了一个相互依存、共生的复杂系统（Gan et al.，2010）。在复杂系统理论中，流域复杂系统被认为是由行洪输沙、社会经济和生态环境三个子系统组成的（徐凯等，2014）。学者从这些子系统的角度对流域的可持续性进行了大量的研究（彭少明等，2017；Qiao et al.，2017）。在生态环境子系统中，有学者从景观格局的角度分析了生态系统可持续性产生的空间熵（Li et al.，2019）。在行洪输沙子系统方面，采用不同的水文水力学模型来解决河流输沙能力变化显著的问题（Zhang et al.，2020a；Almubaidin et al.，2022）。对于社会经济子系统，相关学者开始探索既能保持经济增长又能控制环境污染的经济发展模式（Chong et al.，2021；Wang et al.，2012）。同时，许多研究者发现这些子系统并不是相互*立的，而是相互关联、相互影响的（Polomski and Wiatkowski，2023；Eekhout et al.，2020）。但这些研究大多只考虑了两个子系统，导致对复杂系统的研究不完整（Uen，2018；Yang et al.，2017；Li et al.，2015）。为了实现流域复杂系统的可持续发展，需要考虑多个子系统之间的协同竞争。
　　可持续发展评价是一种确定系统是否可持续的方法（Jager and Smith，2008）。而选择合适的指标是可持续发展评价的**步（Harman and Stewardson，2005）。对于流域，联合国可持续发展委员会根据《21世纪议程》从社会、经济、环境和制度4个方面选择了一套可持续发展评价指标，并在国际社会广泛使用（Zhang et al.，2020a；Khan and Tingsanchali，2009）。此外，将权重的概念引入评价指标体系的计算和处理中，制定了各种复杂的可持续发展评价方法（Chen et al.，2022；Wang et al.，2020；Bai et al.，2015）。其中，基于层次递进理论的可持续发展评价指标体系由一系列具有层次结构的指标变量组成，可以直观地反映指标之间的权重差异和隶属关系（畅建霞等，2002）。近年来，许多研究者开展了多目标可持续发展评价，发现不同可持续发展评价目标之间存在竞争和相互依存关系（王金龙等，2014；刘学海，2005）。可持续发展评价目标之间的相互作用本质上是指标之间的协调与竞争关系（江慧慧等，2025a；钟平安等，2008）。然而，很少有研究分析指标之间的相互作用（钟加星等，2024；李继清等，2024；Wang et al.，2022a）。目前的决策实验室分析（decision making trial and evaluation laboratory，DEMATEL）可以通过结构模型评估因素的相互依赖性（周建中等，2017）。因此，利用DEMATEL厘清各指标之间的相互关系，将使可持续发展评价结果更具说服力。
　　此外，可以通过阈值来判断系统是否处于可持续发展状态（丁紫玉等，2024；陈述等，2024）。由于可持续发展涉及因素多、涉及面广，在判断可持续发展的边界阈值上产生了不同的解释（张启凡等，2024；Bai et al.，2023；Chen et al.，2022；夏军强等，2021）。可持续发展评价阈值可分为两类：更准确的判断阈值和相对判断阈值（陈建国等，2016；郜国明等，2014）。与前者不同的是，相对判断阈值是通过分析一些关键数据的变化趋势对可持续发展的相对表达（陈秀秀等，