设计洪水不确定性下的水库防洪风险调度

水库防洪调度中,设计洪水的推求对于水库防洪安全至关重要,而在其实际的推求过程中存在着诸多不确定性因素影响。本文针对设计洪水洪峰、洪量以及洪水过程线多重不确定性,提出了一种水库防洪风险调度模型并进行求解,探求设计洪水不确定性下的水库防洪调度过程。应用Copula函数建立洪峰与最大三日洪量的联合分布模型,采用蒙特卡洛重抽样方法,获取一系列峰量联合设计值;针对传统设计洪水过程线选择的单一性问题,对水库实测洪水过程进行了分类,并对不同类型的洪水过程线进行随机模拟,生成多维不确定性下的设计洪水过程;引入经济学指标条件风险值CVaR(Conditional Value at Risk)来衡量水库防洪调度过程中超过调洪最高洪水位的风险,建立了考虑CVaR的水库防洪调度模型,通过不同的风险系数取值获得不同的水库防洪调度过程。以安康水库洪水过程为例,二次重现期标准下百年一遇设计洪水联合设计值存在着较大的不确定性;采用K-means聚类法把洪水过程分成了三类,并应用蒙特卡洛法对不同类型洪水过程进行随机模拟,获取了考虑不确定性的大量水库设计洪水过程,推求了安康水库不同风险系数下水库防洪调度规则。本文所建立的考虑设计洪水不确定性的水库防洪风险调度模型可为不确定性条件下水库调度规则的制定提供指导。     

计及生态流量要求的综合利用水库长期优化调度

以黔西北夹岩水利枢纽为研究对象,建立以供水、发电和生态为目标的水库长期调度优化模型,针对该模型多目标且决策维数大于状态维数的特点,提出了耦合权重法和水量分配规则的综合利用水库动态规划求解方法,获得了供水、发电和生态3个目标的非劣解集,并对3个目标之间的竞争关系进行了剖析,在此基础上推荐了供水、发电和生态目标均衡的水库调度方案。结果表明：均衡方案水库多年平均消落水位变化大,说明水库调节作用对3个目标有较为均衡的影响,而以供水综合保证率和生态率属度最大为目标时,水库平均消落水位变化小,说明从供水和满足生态流量角度来看,水库调节作用相对较小。     

毛家村水库长期优化调度研究

针对毛家村水库及电站的实际情况，根据动态规划的最优性原理，建立了以水电站年平均发电量最大为目标函数，以各时段水库的发电用水为决策变量的水库长期优化调度模型；并对径流资料进行分析，建立了随机模型；对样本径流资料和模拟序列分别进行了长期优化调度计算，得到水库的最优调度过程．     

考虑入库洪水随机过程的梯级水库防洪优化调度

针对梯级水库防洪优化调度求解过程中存在的入库洪水过程的随机性,以及优化调度模型求解的复杂性这两方面的问题,建立了基于Copula函数的梯级各地区洪水的联合分布函数,通过随机模拟方法得到梯级水库的入库洪水过程;建立了梯级水库防洪优化调度模型,并提出了基于并行搜索思想的PDP算法进行求解。清江梯级水库实例研究结果表明,基于Copula函数的随机模拟方法,能充分考虑洪水地区组成方式的多样性和随机性,从而能模拟对梯级防洪调度最不利的情况;PDP算法比文中其他算法更容易收敛到全局最优解;较常规调度,梯级水库防洪优化调度可进一步降低下游地区的防洪风险。     

水库生态调度的内涵与模型构建

从当前阶段河流生态环境治理与修复过程中重要性的角度,总结已有研究成果,归纳了水库生态调度的基本概念和内涵,分析了生态调度研究领域的研究现状和存在的问题,提出了基于多尺度耦合机制、目标协调机制、特征水流生成机制与调度方案滚动修正机制的生态调度模型基本框架,并结合模型结构和研究方向,认为生态监测网点建设、生态安全评估体系、生态目标识别、目标的协调机制、生态调度图、生态水工建筑物设计以及考虑生态需求的水库调度决策支持系统将是未来该领域优先发展的子领域与主题.     

万安水库调度的蓄水风险和发电风险计算

首先建立万安水库长期发电优化调度模型并求解,通过对优化结果统计分析,获得水库各旬(或月)最优调度函数(规则),作为指导该时段水库调度的依据.在此基础上,分别考虑面临时段无预报时入库径流服从P-III总体分布和有预报时预报误差服从正态分布两种情况。通过随机模拟计算,获得了时段末水库蓄水目标和发电目标不能实现的概率.实例研究表明:优化模型与随机模拟相结合,为水库发电调度的风险分析提出了一种新途径.     

基于遗传模拟的水库发电优化调度模型及应用

为快速高效绘制适宜性强、效益高、便于操作的水库发电调度图,以常规发电调度图运行方式（时历法）作为模拟规则,以保证出力保证率满足前提下发电量最大为目标函数,借助实码加速遗传算法的并行计算能力,把调度图绘制（模拟规则）与有效性检验（智能优化）结合起来,建立水库发电优化调度模型。作为实例,应用该模型于中国某大型年调节水电站优化调度图绘制中。结果表明：该模型是有效的,可以考虑下游生态需水等水电站优化调度若干复杂约束条件与水库管理者的经验（常规调度绘制方法不能）,调度图更符合实际;把调度图的绘制与有效性检验结合起来,得出的调度图无需再检验,较常规方法更为快速高效;利用了遗传算法的并行计算能力,可快速获得满足保证出力要求的多组优化调度方案（调度图）,决策信息更加丰富。     

红水河龙滩、岩滩梯级水库汛末优化调度策略

针对汛末防洪与兴利的矛盾,在分析汛末洪水特性的基础上,考虑梯级水库上下游之间的水力联系,以满足流域防洪安全为前提,提出了"库容高低配"调度模式,通过预泄能力约束和库容补偿调度,建立了基于"库容高低配"策略的水库群汛末蓄水调度模型,制定梯级水库汛末优化调度方案。通过红水河流域龙滩、岩滩水库2017年的汛末优化调度实践得知,龙滩、岩滩水库开展汛末联合优化调度,利用部分库容对中小洪水进行调节,适当抬高水库的汛末运行水位,可以显著提高流域洪水资源化利用效率,充分发挥龙滩、岩滩水电站的综合利用效益,通过汛末优化调度方案在确保流域防洪安全的前提下,可增加发电5.37亿kW·h,减少弃水16.63亿m~3。     

小型水电站水库长期优化调度研究

水电站水库优化调度是一个复杂的多阶段决策过程,根据小型水电站水库的特点,以水电站的发电引用流量为决策变量,以水电站在调度周期内发电量最大为目标,建立小型水电站水库长期优化调度问题的数学模型,并采用浮点数编码的遗传算法对该问题进行优化计算,通过仿真实验说明了该算法的可行性和有效性。     

东武仕水库防洪调度优化

根据东武仕水库上下游的设计洪水,结合水库的防洪标准和防洪调度原则,采用动态规划的方法,建立东武仕水库防洪调度模型,得出适合东武仕水库及其下游防护对象的防洪调度方案.     

生态友好型水库调度控泄方案的评价

通过对水库下泄流量范围的控制,表达河流生态系统对径流的要求.针对各种控泄方案,以最大化经济目标为准则对水库运行方式进行优化.假定建库前的天然径流系列是最为理想的状态,通过比较某控泄方案下的调度出流与天然径流的贴近程度,来衡量该控泄方案与生态的友好程度.在此基础上,建立了生态友好型控泄方案的综合评价指标体系,并应用基于欧氏贴近度的复合模糊物元法进行计算,实现了不同方案的综合比选.以二滩水电站为实例,结果表明所建立的评价模型是可行的.对于二滩水电站,尽量维持径流天然特征的调度方式,在水库长期调度中能较好地兼顾发电与河流健康.     

Synergy methodology for multi-objective operational control of reservoirs in Yellow River basin

This paper presents an application of synergy methodology to a multiobjective operational control of reservoirs. This methodology enables a comprehensive consideration of multi-objectives which may be conflicting and non commensurate such as municipal and industrial water supply, flood protection, and hydroelectric power generation etc. On the basis of the synergy theory, a harmony degree model of subsystem was established to describe the coordination magnitude. Combined with information entropy, a harmony degree entropy was proposed to determine the water resources evolvement direction. While implementing the control, an initial scheme for reservoir operation was obtained from simulation first, then control was carried out according to the harmony degree and harmony degree entropy by applying synergy theory. The application of the methodology to reservoir system in the Yellow River was reported in this paper through a case study.     

综合利用水库防洪与兴利矛盾的多目标风险分析

本文针对综合利用水库运行中存在的防洪与兴利矛盾,以多目标决策理论为基础,以分解-聚合方法为工具,建立了一个模型系统进行多目标风险分析。利用这个模型系统,探讨了丹江口水库防洪与兴利矛盾的冲突焦点和对立程度,分析了水库运行的规律与特点。计算了水库防洪,发电与灌溉效益等方案的转换关系、为制定、缓解水库长期运行方案中的矛盾提供了科学依据。     

梯级水库群泄洪设施联合调控研究

洪水灾害是我国最严重的自然灾害之一,水库防洪调度是有效避免或减轻洪水灾害的重要手段。当前水库防洪调度主要是运用优化算法获得水库的优化调度决策方案,鲜有考虑水库泄洪设施的运行控制,往往导致优化调度结果难以付诸实施。鉴于此,本文通过开展梯级水库群泄洪设施运用数字化,构建梯级水库群泄洪设施运用数据库,建立梯级水库群联合防洪调度模型,研究梯级水库群泄洪设施联合调控策略,并以雅砻江下游梯级水库群泄洪设施联合运行为例进行验证。结果表明：优化调度方案充分利用防洪库容调蓄,其泄流量过程比常规调度更加均匀,极大程度的削减了洪峰流量;同时,优化调度方案中梯级水库群泄洪设施变化总次数较常规调度明显减少,泄洪设施组合方案调整的频率明显降低。研究成果对推动梯级水库群防洪优化调度向泄洪设施运行控制的精细化和智能化转变,提升梯级水库群防洪调度管理水平具有重要的理论意义和工程实践价值。     

基于两阶段风险分析的水库群汛期运行水位动态控制模型

水库(群)实时调度能结合有效的水文预报信息对水库在实时运行层面权衡防洪与兴利效益具有指导意义。然而,水文预报信息的利用面临着不可规避的不确定性问题,故水库(群)实时调度运行需要考虑风险控制方法的研究。针对耦合水文预报的水库群汛期运行水位动态控制问题,提出了可考虑各水库不同预见期长度、不同预报精度的两阶段风险率计算方法,并将其应用于构建水库群汛期运行水位动态控制模型。首先,两阶段风险率思想是将未来调度时段按预见期节点分为预见期以内和预见期以外两个阶段,预见期以内考虑径流预报不确定性带来的风险,采用集合预报思想统计多组预报径流情景在预见期以内的失事概率,预见期以外考虑因预见期末水位过高难于应对后续洪水的潜在风险,根据历史设计洪水的调洪演算试算风险率。其次,基于所提出的两阶段风险率方法构建以发电量最大为目标函数的水库群汛期运行水位动态控制模型。研究结果表明：提出的两阶段风险率计算方法可兼顾考虑实时调度阶段由径流不确定性引起的预见期以内、预见期以外的潜在风险;基于两阶段风险分析构建的水库群优化调度模型,可求解得出的水库群系统库容动态最优决策过程,且该优化调度模型可在不增加汛期防洪风险的基础上提高水库群系统的发电效益,即2010年汉江流域五库系统在夏汛期可提高总发电量2.30亿kWh。     

水库调度方式对三峡水库泥沙淤积的影响

运用一维非恒定非饱和输沙数学模型,计算分析不同调度方式下三峡水库的淤积过程及淤积量的变化,通过对比可以看出,汛期限制水位对三峡水库最终的淤积平衡具有重要影响.汛限水位在汛前、汛后一定范围内的变化及正常蓄水位在一定范围内的变化仅会改变水库的淤积过程,对水库的最终平衡淤积量影响不大.一定来水来沙情况下,汛期的坝前水位最终决定了水库淤积平衡后的淤积量.因此,在制定调度方案时要特别注意汛期的坝前水位及持续时间,这对减少三峡水库淤积、增大水库发电、防洪和航运效益具有重要意义.     

陆浑水库防洪实时调度研究

根据实时调度的基本概念、实现方式 ,针对河南陆浑水库实际情况使用实时预报调度方法对水库各种情况下的洪水过程进行了调度研究 ,并与水库常规调度进行了对比 .通过运行可以看出实时调度方式在水库调度中的实用性 .同时 ,使用实时调度方法可以使调度者的调度经验与调度规则很好地结合起来 ,提高调度方案的合理性 ,增大水库防洪及综合效益 .     

特大水利水电枢纽调控与安全运行研究进展与前沿

特大水利水电枢纽防洪、发电、通航运行调控复杂且安全运行保障难度大。为破解特大水利水电枢纽长期安全运行的难题,基于国内外研究现状和工程实践,本文提出该领域的研究热点和前沿,主要包括：高速水流、高压瞬变流、高水头渗流等水力致灾机理,坝体和库岸长期运行性能衰减规律,枢纽安全运行多因素耦联实时测控技术和多信息融合安全评价理论方法,枢纽群暴雨洪水预报及应急调控技术,枢纽泄洪运行安全实时调控技术,水力发电系统耦联动力安全及智能运行技术,枢纽发电、泄洪、通航联合优化调控技术、高坝枢纽运行初期风险调控与安全保障技术、复杂运行环境下高坝结构及库岸长期安全稳定运行技术。加强该技术领域的研究,以满足特大水利水电枢纽长期安全运行的重大需求。