异重流过程的梯级水库优化调度研究

多泥沙河流上的梯级水库建成后,水库异重流过程就具备了人为可控的条件.相比其他人工干预的输沙方式,异重流具备优良的输沙特性,因此调度部门可以通过水库梯级调度的手段控制异重流的产生和发展,实现防渗、减淤、排沙、调节下游河道等综合利用目标.本文通过研究黄河小浪底水库建成以来的异重流排沙过程和调度方案,建立了适于不同目标和预案的异重流过程梯级水库联合调度模型,并利用BP神经网络对模型求解.最后通过算例对2006年的人工塑造异重流调度过程进行了模拟和优化.结果表明,该模型可以反映调度过程中主要指标的相互关系,对异重流调度的决策有一定的支持作用.     

黑河上游梯级水库联合调度研究

黑河上游梯级水库的蓄水运行严重影响了黑河水量统一调度,为了有效解决这一矛盾,有必要实施梯级水库联合调度.本文在研究实施梯级水库联合调度必要性的前提下,分析了梯级水库联合调度关键问题,在此基础上,根据"以水量调度为主,梯级水库联合调度为辅"思想建立梯级水库联合水量调度模型;同时,为了定量研究实施梯级水库联合水量调度对梯级水库发电的影响,建立了梯级水库联合发电调度模型.结合两种不同模型,选取设计平水年进行优化计算,结果表明,闭口期梯级水库在水量调度期间增加下泄水量的同时,发电量较发电调度时偏小;关键调度期梯级水库发电量比发电涮度时减少0.13亿kW·h,下泄水量比发电调度时多下泄0.34亿m3.可以看出,调水目标和发电目标是不可调和的,只有在梯级水库管理部门和水量调度管理部门的协调下,才能最终有效的解决.     

基于鲶鱼效应粒子群算法的水库水沙调度模型研究

水沙优化调度具有多目标、高维、非线性和难以求解的特点,在统筹考虑泥沙淤积、发电量目标和优化调度决策变量的基础上,建立水库水沙多目标优化调度模型,采用全局搜索能力和收敛性较强的鲶鱼效应粒子群算法求解。该模型较好的整合了模型中的目标和待优化决策变量,为水沙优化调度模型研究提供了一个新的途径,所提出的算法克服了粒子群容易陷入局部最优的缺点,可以有效的处理维数灾和复杂约束问题。实例研究表明,在给定的泥沙淤积量阀值和考虑汛期排沙的条件下,针对来水来沙情势有目的提前蓄水可以很好的解决发电和排沙减淤的矛盾,同时也验证了模型及算法的有效性和通用性。     

三门峡水库水沙综合调节优化调度运用的研究

本文采用系统分析的方法,研究三门峡水库在满足防洪、防凌要求,并使库区保持泥沙冲淤基本平衡、潼关河床高程在允许范围内升降条件下,通过水库调水调沙合理运用,使下游河道淤积减少,同时,使水库灌溉、供水和发电效益最大的水沙综合调节优化调度运用方式。为此,建立了水库水沙联调随机动态规划模型,并围绕“降维”问题,对所引用的泥沙冲淤计算模型作了适当的改进,目标函数是以下游河道泥沙淤积量为基本目标,包括发电、灌溉、供水和潼关河床高程影响,由罚函数和权系数组成的综合目标函数,共有七个状态变量,一个决策变量,水库入流是由流量和含沙量描述的二元随机过程。通过随机动态规划模型求解计算,得出相应的优化调度规划。本文采用优化调度规则和现行调度规则对两组水文系列进行计算,获得了良好的结果(参阅图3)。     

基于最优控制理论的水库排沙调度优化研究

我国各类水库面临的泥沙淤积问题十分严重,泥沙淤积不仅减少水库的兴利库容、缩短水库使用寿命,还会带来其它一系列包括生态、环境等在内的问题,处于多沙河流上的水库,这一问题尤为突出.因此,对于增强水库排沙减淤的调度运行方式的研究具有重要意义.本文利用最优控制理论,研究了多沙河流水库排沙减淤的优化调度运行方式,并通过实测水沙资料进行计算.由计算结果可以看出,经最优控制理论优化后的水库调度运行,其排沙比大幅度提高,减淤效果明显,可以作为水库排沙优化调度的一种有效手段.     

小浪底水库拦沙期黄河引水对河道泥沙输移影响机理探讨

影响河道泥沙输移效率的因素众多,如水沙协调性、泥沙组成、引水规模、河道形态等。引水对河道泥沙输移会造成增淤或减淤,其增减淤量随水沙条件、分流比、河道边界等因素而变化,本文从黄河泥沙输移规律出发,探讨了不同水沙和冲淤条件下,引水规模对黄河冲积性河道泥沙冲淤调整的影响,量化了增(减)淤判数与分流比、泥沙输移比之间的关系。成果对黄河引水方案的科学制定及引水工程的运行调度具有参考价值。     

长江上游梯级水库联合调度泥沙数学模型研究

本文以自主研发并经过实测资料验证的三峡水库一维非恒定流水沙数学模型为基础,将溪洛渡及向家坝水库纳入整体计算范围,建立了包括溪洛渡、向家坝和三峡三个水库的长江上游梯级水库联合调度一维非恒定流水沙数学模型。本模型为一基于树状河网的全沙模型,可将溪洛渡水库库尾—三峡坝址的长江干流和部分主要支流作为一个整体进行泥沙冲淤同步联合计算,采用该模型对水库群联合运用条件下各水库泥沙冲淤变化及相互影响进行了研究,初步揭示了长江上游特大型梯级水库群泥沙淤积规律。     

梯级水电站群优化调度控制研究及解决方案

研制了分层的乌江梯级水电站群优化调度控制系统,由3个子系统组成:水情测报系统、水库调度系统和梯级远程集中监控系统。将调度控制的优化分解为3个子系统的优化控制。运用了梯级最大发电量、梯级最大蓄能量和梯级各电站最小库水位越限程度3个优化准则,并针对各个优化准则建立了相应的数学模型。在对适用于梯级水电站群优化调度计算的各类优化算法进行分析并结合实际运用情况的基础上,提出应优先考虑采用改进动态规划算法求解梯级水电站群优化调度问题。实际运行情况表明,优化调度控制大幅提高了乌江梯级水电站群的经济效益和运行管理水平。     

沅水流域梯级水库优化调度应用研究

开展沅水流域梯级水库联合优化调度研究,对于提高梯级水库控制运用水平和水能资源利用率,增加电站发电能力,提高发电综合效益具有重要价值。采用增量与逐次逼近动态规划优化方法,通过复杂多变的计算约束条件实现沅水流域梯级水库中长期优化调度应用。     

多沙河流水库水沙联调多目标规划研究

本文利用多目标规划的思想方法 ,结合遗传算法和神经网络方法建立了多沙河流水库水沙联调的多目标规划模型 ,并采用神经网络预测方法计算水库泥沙淤积量。该模型为协调水库发电效益和排沙减淤之间的矛盾提供了一个新的途径 ,所提出的算法是建立在非线性整体求解的理论基础之上的 ,因此可以克服动态多目标规划的“维数灾”。实例研究表明 ,本模型可以较好的模拟和优化水库运行状态。     

北江干流中下游水沙特性变化及建库影响

定量研究水库的拦沙效应是揭示水库对河道泥沙输移影响的关键之一。在对北江干流中下游近60年水沙特性变化分析的基础上，运用干、支流主要控制水文站实测资料，估算梯级水库拦沙量；基于Brune拦沙率方法，提出北江干流梯级水库综合拦沙率修正式，研究水库拦沙对下游河道输沙量减少的影响。结果表明：（1）与1956—1999年相比，2000—2005年石角站年径流量仅减少6.16%，年输沙量则减少39.17%。其中，干支流水库拦沙合计约142.59万t/a，约占石角站减沙量的52.34%；水土流失工程措施减沙量约占18.83%；径流量减少引起的减沙量约占5.07%。（2）采用修正式计算，现状条件下（2012—2016年），干流梯级水库综合拦沙率约为12.81%，与实测值较为吻合。（3）2006年以来，库区泥沙淤积量与采砂量基本平衡，北江干流梯级枢纽水库拦沙率将在较长时间内维持现状水平。     

锦屏二级非常规洪水冲沙减淤优化调控研究

泥沙淤积严重会影响水库正常运行,但汛期畅泄冲沙又会造成一定发电损失。针对人工泄水冲沙解决水库泥沙淤积问题,设计了一种非常规洪水冲沙方式,通过物理模型试验研究了对称非常规洪水与非对称非常规洪水输沙规律。结果表明,对于对称非常规洪水,平均流量相等条件下,输沙能力随着流量变幅的增大而增大;对于非对称非常规洪水,平均流量与峰流流量不变条件下,输沙能力随基流时长与峰流时长比值的减小而增大。并基于此建立了锦屏二级三维水动力泥沙数值模拟模型,设计了合理的非常规洪水冲沙方式,验证了非常规洪水对锦屏二级库区泥沙输移效果的优化。非常规洪水冲沙方式对解决水库泥沙淤积,节约冲沙用水量,达到经济最优有一定参考意义。     

金沙江下游梯级库群为核心的综合交通系统——系统构建及其微观动力特征

为加强梯级水库的综合作用,追求运输利益的最大化做到不同交通体系之间的无缝连接,配合水库的综合调度,基于综合交通系统理论提出了一套以通航枢纽作为集散中心地、配合中心地服务范围内的道路交通网络的水陆耦合集散交通系统。以金沙江下游准备建设的四个梯级水库所在区域为对象进行了模型应用,在区域经济增长率保持在7%的假设下,得到2015—2050年这一地区的航运交通影响范围和货运量、货运经济效益区间,发现在这一地区梯级水库的在区域交通经济中能起到很大作用,且这种影响随着梯级的完建增强。集散交通系统货运量及扩散面积与梯级水库日调度之间存在关系,水库调度对整个系统有脉冲式作用,累计影响货运扩散。将扩散面积随日调度逐渐变化的过程作为系统的微观特征,以一个符合运行标准的调度方案作为金沙江下游水陆耦合集散交通系统分别在建成两库和四库完建时的日尺度变化情景,基于集散交通系统微观尺度特征的脉冲微分系统如可获得渐近稳定解,此时的控制策略（即调度方案）是系统的最优脉冲收获策略,也即最有利于集散交通系统物资扩散的相对交通最优调度方案。所采用的调度方案不能使系统获得渐进稳定解,因此该方案还不是交通最优调度方案。     

黄河上游不同用水情景下可调输沙水量概念探析与估算分析

近年来,黄河上游水沙关系不断恶化,造成沙漠宽谷河道淤积、萎缩现象日益突出,严重制约和影响了黄河上游防凌安全及水能资源综合开发与有效利用。黄河上游梯级水库的联合调度运行,是缓解河道泥沙淤积、发挥水库水沙调控效益、从而提高危险断面过流能力的有效技术措施之一。此文在初步探析黄河上游可调输沙水量基本概念的基础上,阐明了可调输沙水量与水库可调水量之间的相关关系,进而通过计算黄河上游龙羊峡水库1987~2010年可调水量,探讨了满足综合用水需求和发电用水需求两种情景模式下的黄河上游历年可调输沙水量及水库水沙调控效益。结果表明:满足黄河上游综合用水需求情景下,龙羊峡水库富余水量可完全满足下游河道输沙用水需求;满足发电用水需求情景下,发电用水不能集中下泄,导致水库水沙调控效益不明显。若需实现河道调水调沙任务,则应适当降低电站出力需求。研究成果为进一步缓解黄河上游水沙关系、制定水沙调控方案提供了科学合理的理论指导依据。     

考虑不同压咸等级的西江水库群多目标调度

咸潮入侵一直是影响西江流域供水安全的重要因素,合理的水库调度成为压咸补淡的关键措施。考虑水库群发电效益和下游梧州断面压咸任务,建立以梯级总发电量最大和压咸流量下限最大为目标的实时优化调度模型进行研究。结果表明：流域主要通过抬高岩滩水位、增加岩滩压咸风险的方式来提高发电量,其余水库负责消减岩滩增高的风险,保证压咸流量;流域90%来水频率下,损失0.06%的梯级发电量,可将调度期内梧州断面的压咸流量提高到3163 m3/s;流域95%来水频率下,在将压咸保证程度提高至3天的同时,发电量能够增加33万kW·h。研究成果揭示了压咸风险在水库间的传递规律,对于保障珠三角及大湾区的供水安全具有重要的实际意义和应用价值。     

考虑动态水流滞时的梯级水库群日优化调度

梯级水电站水库群短期优化调度中,通常忽略梯级水库间水流滞时的影响或将其作为常数进行考虑,实际上水流滞时是随着上级水库出库流量大小、河道槽蓄状态、区间入流等因素动态变化,想要准确预测下级水库入流是存在困难的。因此,采用多种方法筛选出影响下级水库入库流量的主要因素作为输入,利用神经网络建立输入与下级水库入库流量之间的动态函数关系。以锦东和官地水库梯级为例,建立考虑动态滞时的梯级水电站水库群日优化调度模型,并采用逐次优化法对采用动态滞时与固定滞时的优化方案进行求解和对比分析。结果表明：与固定滞时相比,动态滞时下能够更准确地描述梯级水库间的水流联系,同时能够在一定程度上增加梯级水电站水库群发电效益。     

高含沙水流对中小水库的影响及水库减淤措施

针对我国西北地区高含沙水流的形成原因以及库内水沙运动的特点,对高含沙地区中小水库淤积现状及水库淤积形态进行了分析,提出了减少中小水库淤积的基本措施,即加强流域水土保持治理是防止淤积的根本办法、设排沙底洞是减淤的辅助措施、汛期采用异重流排沙是减淤的关键。     

三峡入库沙量变化趋势及上游建库影响

定量研究上游水库拦沙效应是揭示三峡入库水沙条件变化的关键之一.本文分析了长江上游12000多座水库拦沙对三峡水库来沙量减少的影响,并预测在建、拟建水库运行后三峡入库沙量变化趋势.结果表明,1991-2005年三峡上游水库群年均拦沙约18000万t,其中嘉陵江和金沙江流域水库群的年均拦沙量分别为6010万t和5000万t...     

水库调度图优先控制线优化方法研究

水库功能众多,而且相互影响相互制约。为协调水库不同兴利目标之间的矛盾,以湖南镇水库为例,提出了水库调度图优先控制线的确定方法。即在湖南镇水库调度图上添加一条指导水库用水优先与发电优先的控制线,以协调湖南镇—黄坛口梯级水库不同兴利目标之间的矛盾。构建了湖南镇水库调度图优先控制线优化的数学模型,采用免疫粒子群算法对该模型进行求解。结果表明:通过此优先控制线,可以有效协调湖南镇—黄坛口梯级水库不同用水之间的矛盾,其综合效益明显提高。