跨流域引水受水水库最优调度决策的理论分析

针对跨流域调水工程的实时调度决策问题,考虑受水水库的供水效益与引水成本,建立受水水库实时调度的理论分析框架,制定最优引、供水决策,分析预报不确定性对调度决策的影响,提出预报信息可利用准则。辽宁省大伙房应急入连工程的应用表明:若受水水库可用水量较少,引水后水库当前时段供水效益与时段末蓄水效益均增加,最优决策满足引水边际成本、供水边际效益与蓄水边际效益三者相等;随受水水库可用水量增多,水库按需供水,引水仅提升蓄水效益,最优决策使引水边际成本等于蓄水边际效益。若水库期望蓄水量较小,水库缺水概率较大,预报信息可利用性取决于可接受缺水风险;反之,水库弃水概率较大,预报信息可利用性取决于可接受弃水风险。     

贝叶斯概率水文预报系统在中长期径流预报中的应用

采用贝叶斯概率水文预报理论制订水电站水库中长期径流预报模型,以概率分布的形式定量地描述水文预报的不确定度,探索概率水文预报理论及其应用价值。采用气象因子灰关联预报模型处理输入因子的不确定度,将实时气象信息和历史水文资料有效结合,突破传统确定性预报方法在信息利用和样本学习方面的局限性,以提高水文预报的精确度。以丰满水电厂水库为例对所建模型进行检验,模拟计算结果表明,该模型与确定性径流预报方法相比,不仅有利于决策人员定量考虑不确定性,而且在期望意义上提高了径流预报精度,具有较高的应用价值。     

贝叶斯判别分析在中长期径流预报中的应用研究

基于贝叶斯判别分析原理,考虑径流形成的特点及物理成因,选择研究区碧流河水库1959~2011年的实测资料,且将径流分为5个级别,用相关系数模型,考虑因子的不确定性,筛选出相关性高、彼此间独立性强的10个判别因子,分别构建基于朴素贝叶斯分类器(N-Bayes)和贝叶斯判别准则(DBayes)的年径流属性级别预报模型,并利用研究区2001~2011年资料进行了试报和检验。预报结果表明:两种模型的预报结果相近,准确率均超过70%,D-Bayes的预报效果略优于N-Bayes,初步说明:贝叶斯判别分析原理在水文预报中的应用,有着较好的前景。     

河流集合预报方法(ESP)在水资源中长期预测中的应用研究

中长期径流预测是水文水资源研究领域中的一项重要内容,为水资源规划管理及可持续利用、防汛抗旱、水库调度与发电计划制作、工农业用水计划编制等提供科学依据,对国民经济发展具有十分重要的意义.但由于大气圈极其复杂,水文要素并非仅是气象强迫输入的函数.它还受流域基本特性,前期来水以及人类活动等诸多因素的影响,中长期径流预测在其计算中存在着多种不确定性.因此,中长期径流预测一直是水文预测研究中难度较大的课题之一.本文引入河流集合预报方法(ESP),以丹江口水库为应用实例,利用水文气象历史资料和新安江水文模型,预测分析水库2007年10月份每旬的平均入库流量及概率分布统计,并经与实测流量过程对比分析,满足水库运行调度需求,为水库发电计划制作提供了可靠依据.     

双牌水库洪水预报及调度自动化系统研究

根据双牌水库水情自动测报系统要求,结合该水库的流域和工程特性,应用新安江模型、ＡＰＩ模型及动态规划等,对该水库洪水预报及调度进行了系统研究。     

黄河流域典型地区遥感动态研究

“黄河流域典型地区遥感动态研究”是“七五”国家科技攻关“遥感技术开发”项目中的专题,由中国科学院遥感应用研究所负责,中科院冰川所、中科院地理所和中国科技大学参加共同完成。在攻关中,利用多种遥感数据在黄河上游进行冰雪覆盖遥感监测,发展了流域雪盖率提取方法,融雪径流预报模型及春季径流周期分析与趋势预报等短、中期预报模型和超长期预报预测模型,实现了为龙羊峡水库春季入库流量的业务预报服务。从1987年连续三年发布春季旬平均入库流量实时预报及春季径流总量的预测,其精度满足生产部门的需要和水文预报规范的要求,为水库的用水调度提供了可靠的科学依据。由于及时、准确,仅1989年就增发了三亿度电,取得了重大经济效益,在甘宁蒙黄灌区的经济建设中发挥了重要的作用。     

三峡水库动态汛限水位洪水调度风险指标及综合评价模型研究

汛限水位是综合利用水库运行和调度的重要参数之一,也是协调防洪和兴利矛盾的焦点所在。现行的汛限水位过多地考虑了小概率洪水事件,不能充分挖掘水库汛期的兴利效益,因此,采用动态汛限水位进行调度,对综合利用水库的运行具有重要的理论意义和实用价值。根据三峡水库围堰发电期的调度规程,建立预报预泄调度模型,采用宜昌站1882-2001年汛期实测日流量资料,实现了考虑预报信息的动态汛限水位洪水调度模拟;提出了多目标风险指标体系;计算了9种动态汛限水位方案下的风险指标值,通过综合评价模型对各方案进行比较和优选,得到了相对合理的动态汛限水位方案。     

凤滩水库降雨预报精度分析及应用研究

由于天气预报有限准确性,给水库电站调度造成不便,使水库效益难以充分发挥。分析凤滩水库流域天气降雨预报精度,研究流域对径流调节能力,探讨预报精度对水库调度决策的影响,探索运用实时降雨预报产品进行水库调度的方法。水库调度决策,暴雨以上注重降雨过程,依据提前5天的降雨预报;大雨注重降雨量值,依据提前4天的降雨预报;中、小雨注重降雨起讫时间,以实际降雨为依据,优化水库水位控制,提高洪水资源利用率,为水库创造可观的效益。     

大规模跨流域水库群供水优化调度规则

针对大规模跨流域供水水库群联合调度中调水、引水、供水三者之间的复杂性、动态性和不确定性的特点,在二层规划模型的基础上,应用博弈论原理,建立跨流域水库群供水调度规则的三层规划模型,提出调水规则、引水规则和供水规则相结合的跨流域水库群优化调度规则,从深层次揭示跨流域供水水库群之间的主从递阶层次的独立性及相互关联性;并应用基于免疫进化的粒子群算法对模型进行分层优化求解。以滦河下游跨流域水库群为对象进行研究,计算结果表明:① 减少了水量损失,提高了水资源的利用率;② 提高了供水区唐山、天津的供水保证率,降低了缺水破坏深度。     

丹江口水库秋汛期长期径流预报

针对目前长期径流预报中物理成因考虑较少的问题,以丹江口水库为例,在分析影响径流物理背景的基础上,研究前期气象因子与水库秋汛期入库径流过程的相关关系,识别影响径流的大气环流与海温等物理因子,利用主成分分析法提取主要预报信息,建立了包含大气环流因子、海温因子等气象物理信息以及前期降雨、径流等水文信息作为预报因子集的三层BP神经网络预报模型.利用1956~2008年秋汛期9、10月入库径流量进行模拟与试报,并与仅采用前期降雨径流的预测模型进行了比较,结果显示基于物理成因分析的预测模型稳定性良好,模拟及试报精度较高,9、10月试报精度平均提高约30%,分别达到87.5%和75%,并对预报年份中的丰枯特征有较好的体现.     

水库群供调水系统实时调度研究

以大连市复杂水库群供、调水系统为背景,在对系统特性分析的基础上,提出了系统实时调度框架及二层耦合结构模式,设计了以"总量控制、耦合嵌套、多维决策、滚动修正"为核心的实时调度流程。在径流预报方面,提出了基于超越概率的水库群供、调水系统长期入库径流预报方法,结合中期GFS(Global Forecasting System)数值预报技术对不同时段入库径流进行滚动预报。在调度模型方面,采用基于动态规划的建模求解新方法和常规调度方法,为调度决策提供参考。实例研究表明,建立的实时调度系统实现了滚动预报和滚动调度,具备了实时性;实现了宏观总控与局部调整相结合的调度目标,具备了调度决策不同时间尺度耦合嵌套特性,证明了系统的适用性。研究成果对于同类系统实时调度具有重要参考价值。     

Optimal water and waste load allocation in reservoir–river systems: a case study

In this paper, a new methodology is developed for optimization of water and waste load allocation in reservoir–river systems considering the existing uncertainties in reservoir inflow, waste loads and water demands. A stochastic dynamic programming (SDP) model is used to optimize reservoir operation considering the inflow uncertainty, and another model called PSO-SA is developed and linked with the SDP model for optimizing water and waste load allocation in downstream river. In the PSO-SA model, a particle swarm optimization technique with a dynamic penalty function for handling the constraints is used to optimize water and waste load allocation policies. Also, a simulated annealing technique is utilized for determining the upper and lower bounds of constraints and objective function considering the existing uncertainties. As the proposed water and waste load allocation model has a considerable run-time, some powerful soft computing techniques, namely, Regression tree Induction (named M5P), fuzzy K-nearest neighbor, Bayesian network, support vector regression and an adaptive neuro-fuzzy inference system, are trained and validated using the results of the proposed methodology to develop real-time water and waste load allocation rules. To examine the efficiency and applicability of the methodology, it is applied to the Dez reservoir–river system in the south-western part of Iran.     

Assessing the influence of climate change and inter-basin water diversion on Haihe River basin,eastern China: a coupled model approach

The modeling of changes in surface water and groundwater in the areas of inter-basin water diversion projects is quite difficult because surface water and groundwater models are run separately most of the time and the lack of sufficient data limits the application of complex surface-water/groundwater coupling models based on physical laws, especially for developing countries. In this study, a distributed surface-water and groundwater coupling model, named the distributed time variant gain model–groundwater model (DTVGM-GWM), was used to assess the influence of climate change and inter-basin water diversion on a watershed hydrological cycle. The DTVGM-GWM model can reflect the interaction processes of surface water and groundwater at basin scale. The model was applied to the Haihe River Basin (HRB) in eastern China. The possible influences of climate change and the South-to-North Water Diversion Project (SNWDP) on surface water and groundwater in the HRB were analyzed under various scenarios. The results showed that the newly constructed model DTVGM-GWM can reasonably simulate the surface and river runoff, and describe the spatiotemporal distribution characteristics of groundwater level, groundwater storage and phreatic recharge. The prediction results under different scenarios showed a decline in annual groundwater exploitation and also runoff in the HRB, while an increase of groundwater storage and groundwater level after the SNWDP’s operation. Additionally, as the project also addresses future scenarios, a slight increase is predicted in the actual evapotranspiration, soil water content and phreatic recharge. This study provides valuable insights for developing sustainable groundwater management options for the HRB.     

基于水库防洪预报调度图的洪水资源化方法

为有效调节利用洪水资源,探讨以水库防洪预报调度为途径的洪水资源化方法,在分析水库调洪过程和洪水过程特性的基础上,拟定了基于3 h预报信息的水库防洪预报调度图,并以安康水库为例,采用模拟结合遗传算法进行优化计算,绘制了安康水库以洪水资源化为目标的防洪预报调度图,通过对其应用并与常规洪水调度过程进行对比分析表明,预报调度的调洪结果在消减洪峰和抬高调洪末水位两个目标上明显优于常规调度。     

概化的Tank模型及其在龙羊峡水库汛期旬平均入库流量预报中的应用

Tank模型（又称为水箱模型），是一种用于流域径流预报的确定性水文模型，根据龙羊峡水库入库主要产流区－－黄河上游唐乃亥水文站以上流域下垫面条件下产汇流特性，将其概化为以降雨量为输入，径流量为输出的单孔出流的线性水箱，工用于该水库汛期旬平均入库流量的预报，经对历史资料进行拟合和试验预报的 结果表明，该模型具有较高的预报精度，现已应用于黄河上游龙羊峡水库汛期旬平均入库来水量的中期预报中，取得了十分显著的经济效益。     

龙羊峡、刘家峡水库运用对黄河上游水沙关系的调控机制

依据龙羊峡、刘家峡水库进出库水沙定位观测资料,根据河流动力学原理,分析了水库运用对径流泥沙过程的调节作用及其影响,揭示了水库对其下游河道水沙关系的调控机制。结果表明:①大型水库运用对进、出库径流泥沙的调节作用与水库的运用方式有关,多年调节的龙羊峡水库对径流为线性调控,对泥沙为非线性调控,而不完全年调节的刘家峡水库对径流、泥沙均为线性调控;②水库运用对其下游河道水沙关系具有很强的干扰作用,主要是打破了天然条件下河道通过长期自动调整所形成的输沙规律,改变了挟沙水流的本构关系;③大型水库运用对水沙关系动力学机制的影响主要归因于重新调整了挟沙水流的平衡条件,使洪水传播过程中切应力降低,临界弗劳德数增大,改变了相对平衡输沙状态,挟沙水流则需通过淤积增大比降,满足临界弗劳德数状态下的水流切应力要求,重新实现挟沙水流的平稳状态,从而致使水沙关系发生相应变化。     

考虑污染源强随机变化的感潮河流环境容量优化

考虑污染源强随机变化和感潮河流潮周期内动态水文条件对水质的影响,建立了优化污染负荷分配的流域水质管理模型。模型以总的允许排污量最大为目标函数,流域的水质控制点达标为约束条件。假设排污量是服从对数正态分布的随机变量,并且以潮周期内水质达标的概率作为衡量控制点达标的依据。采用遗传算法对该随机规划模型进行求解。研究结果表明,污染负荷优化分配结果能够满足随机条件下的水质达标率要求,并且与传统的确定性线性规划模型的分配结果相比有着明显差别。同时证实了遗传算法能够有效地解决复杂的随机规划模型。