梯级水库汛期运行水位协同浮动调度模型方法

水库汛期运行水位协同浮动旨在不增加防洪风险前提下,挖掘中小洪水利用潜力,提升流域水资源利用水平和供水保障能力,已成为防洪与水资源高效利用领域的研究热点和难点。从防洪库容置换与风险防控出发,基于动态预见期和预泄能力约束,嵌套运用预泄预蓄法和库容补偿法,解析了梯级水库汛期运行水位协同浮动关系;考虑帕累托最优解集和最优前沿的动态变化特性,建立了面向动态多目标的梯级水库汛期运行水位协同浮动调度模型;把环境变化检测、随机再生种群和基于参考点的帕累托前沿预测策略引入智能算法,提出求解调度模型的动态多目标智能算法,基于风险效益评价指标以评估调度方案,为梯级水库汛期运行水位协同浮动运用提供技术支撑。     

基于DPSA的水库优化调度方案研究

建立了水库发电优化调度模型,并采用动态规划逐次逼近法(DPSA)与动态规划(DP)嵌套模型进行求解。以西北某流域梯级水库为例进行计算,验证了模型的合理性,得到了合理的优化调度方案。通过对常规调度图模拟方案与优化方案的汛期弃水过程、汛初6月水位、凌汛期初11月水位和出力过程进行分析,总结水库调度运行特点,可为水库的实际运行提供参考。     

黄河梯级水库群多过程协同调度模型与方法

黄河水少沙多,河道内外用水矛盾突出,梯级水库群调度下供水、输沙、发电、生态等用水过程之间存在复杂的竞争与协作关系,协同调度是提升综合效益的重要途径。本文采用多尺度嵌套和多过程耦合方法,建立了融合供水、输沙、发电、生态等过程的黄河梯级水库群协同调度模型,研究以综合满意度为引导的优化求解方法,选取代表径流系列,提出多过程协同调度方案。结果表明,通过优化黄河梯级水库群蓄泄秩序和下泄过程,协调多用水过程的关系,能显著提高水库调度的综合效益：通过优化河段取水过程,实现了供水时空均衡,流域缺水率控制在11.6%～18.8%;优化水库拦沙-河道输沙过程,减少水库淤积0.65亿t,增加河道输沙1.16亿t,下游河道年均冲刷0.26亿t;优化梯级水库群发电下泄过程,增加发电量64.25亿kW·h;优化断面流量过程,增加非汛期生态水量4.88亿m³。本研究可为梯级水库多目标调度与流域综合管理提供方向性参考。     

刘家峡水库汛限水位动态控制研究

黄河上游梯级水电站运行已形成龙羊峡-刘家峡两库联合调度运行的格局,特别是梯级洪水调度。龙羊峡水库投运以来长期低水位运行,汛期运行水位至汛期限制水位之间的空闲库容可以拦蓄部分洪水,可为刘家峡水库在汛期超汛限水位运行所用。在满足龙-刘安全度汛、梯级电站及兰州市防洪要求的前提下,根据龙羊峡-刘家峡水库联合防洪调度规则、泄量判别方式等,对黄河上游1964、1967年典型洪水进行调洪演算。结果表明:在龙羊峡水库汛期限制水位2 588.00 m时,刘家峡水库汛期限制水位由1 727.00 m最高可提升至1 730.00 m,同时水电站可多发电量0.471亿k Wh,具有一定的发电效益。     

沅水流域梯级电站群集中调度实践与效益

介绍了沅水流域梯级电站开发状况,以梯级电站整体发电效益最大化为目标,统一制定了各水库运行方式的集中调度管理模式.对影响梯级电站运行效益的因素,如水库调节性能、电站调度权属、汛期水位控制、龙头水库运行方式以及电网需求与梯级电站优化运行之间的矛盾等进行了分析,阐述了集中调度实践及其产生的效益.     

苗家坝-碧口梯级水库汛期水位动态控制研究

本文将单一水库预泄能力约束法,推广到梯级水库汛期水位动态控制中,并建立了梯级水库汛期水位联合运用和动态控制模型,假定预报信息准确,在不降低下游保护对象的防洪标准的前提下,最大限度发挥梯级水库的兴利效益。以苗家坝、碧口水库为对象进行了实时调度模拟,其结果相比于原设计汛限水位动态控制方案,减少了弃水,且保证最大出库流量均在可控范围内,达到在不降低防洪标准的前提下提高梯级水库兴利效益的目的,大大提高了洪水资源利用率。     

沅水梯级水库长期发电优化调度研究

根据沅水流域梯级水库群的特点,以三板溪、白市、托口、碗米坡、五强溪等5座水电站发电效益最大为目标,构建梯级水库发电优化调度模型,利用逐步优化-逐次逼近动态规划混合算法进行求解。计算结果表明:沅水梯级水库发电效益最大目标较单一水库优化调度相比,在丰、平、枯水年份可分别增加发电效益0.28亿、0.76亿、0.37亿元。最后对比分析各水平年梯级优化运行与单一水库优化运行的水位控制过程,得出了实现沅水梯级水库长期发电效益最大的各水库控制运行策略,以指导沅水梯级水库实际生产调度。     

黄河上游梯级水库多目标水沙联合模拟优化调度模型

黄河上游梯级水库群联合调度运行是实施黄河水沙"固-拦-调-放-挖"综合治理模式的一项重要非工程措施。以黄河上游沙漠宽谷河段为研究对象,首先,以河段输沙水量最大为优化目标,建立了基于自迭代模拟优化算法的黄河上游梯级水库多目标水沙联合模拟优化调度模型;其次,系统分析上游来水、沿黄用水、调水调沙时段及起调水位选取等因素对黄河上游梯级水库输沙、发电及供水等综合利用效益的影响;最后,推荐制定了黄河上游调水调沙最优方案,即丰水年应尽量抬高非汛期(4月)龙羊峡水库初始水位,最大程度上发挥黄河上游水资源综合利用效益。研究成果对维护黄河健康、丰富和完善梯级水库优化调度理论及方法、促进黄河上游水能资源综合开发利用具有十分重要的理论意义和应用价值。     

考虑分级防洪目标的梯级水库汛控水位调度模型及应用

围绕中小洪水减压、大洪水保安和特大洪水降损等防洪目标，构建了面向分级防洪目标的梯级水库汛控水位优化调度模型，针对不同频率设计洪水，基于“模拟-优化”框架，采用仿生进化算法对调度模型进行了高效求解，并利用熵权法对调度方案进行了多目标评价，比选了梯级水库汛控水位方案。以金沙江中下游6个梯级水库和三峡水库组成的梯级水库为研究对象，研究结果表明：相比原汛限水位方案，在不降低原防洪标准的前提下，选定的方案可使梯级水库水位抬高0.36～6.22 m,发电量增加6.28亿～19.26亿kW·h,增幅为1.18%～4.27%,经济效益显著，可为梯级水库汛控水位的规划设计提供技术支撑。     

考虑预报误差的水电站水库汛期运行水位优化

汛期运行水位是水库调节防洪和兴利矛盾的焦点所在,为实现水电站水库汛期发电效益最大化,假定入库径流预报误差服从均匀分布,建立了龟都府水电站水库汛期调度发电量最大模型,并计算不同汛期运行水位下的发电效益和防洪风险.算例分析结果表明,在现有预报水平下,建议水库汛期运行水位可提高0.2 m,可多发电384.87万kW?h,且水...     

设调压室水电站输水发电系统耦合振荡特性研究

设调压室水电站输水发电系统是复杂的水机电耦合系统,目前对耦合系统的振荡特性以及各个子系统间的耦合作用关系尚不明晰。本文首先将整个水电站系统分为“引水隧洞-调压室”子系统和“压力管道-机组”子系统,针对“压力管道-机组”子系统的稳定性提出了耦合振荡域的概念并推导了其解析公式,然后结合特征值分析法和数值模拟揭示了耦合系统的振荡特性,最后运用频域分析法探究了两个子系统间的幅频特性及相互作用关系,提出了衡量系统耦合振荡稳定性的定量指标。结果表明：当调速器参数在耦合振荡域外取值时,水电站系统恒不稳定,因此调速器参数在耦合振荡域内取值是整个水电站系统稳定的必要条件。当调速器参数在耦合振荡域内取值时,耦合系统的稳定性由低频振荡模式决定,将系统低频振荡模式的频率代入到两个子系统的幅频特性函数之积中,可以得到振荡叠加率,该值反映了系统扰动在闭环系统中增益值,具有明确的物理意义,当振荡叠加率小于1时,受扰系统趋于稳定。研究成果不仅丰富了水力过渡过程理论体系,对提高水电站运行稳定性也具有较好的工程应用价值。     

水泵水轮机无叶区压力脉动产生机理研究

抽水蓄能电站厂房振动问题是影响电站及电网安全稳定运行的关键技术难题。本文首先介绍了水泵水轮机无叶区压力脉动的幅值和频率特性,总结出无叶区压力脉动幅值大于其它位置、水轮机工况无叶区压力脉动幅值大于水泵工况、水泵水轮机水轮机工况大于常规混流式水轮机等规律性特征,指出了无叶区压力脉动的主频为叶片通过频率。其次,本文应用自由涡环量等于常数原理,通过对水泵水轮机水轮机最优工况远离运行区、水轮机工况转轮叶片进口速度三角形、飞逸转速工况压力脉动幅值最大等问题的深入分析,提出了水泵水轮机水轮机工况无叶区高幅值压力脉动源自于转轮叶片进水边正面脱流产生的自由涡这一机理性认识。     

GAMLSS模型在黄河流域蒸发皿蒸发量序列统计建模中的应用研究

本文采用广义可加模型(GAMLSS),以年份序号作为解释变量拟合模型参数,对黄河流域蒸发皿蒸发量序列的非一致性特征进行研究。考虑到流域空间差异性和年内变化,从年、汛期、非汛期3个时间尺度来研究黄河流域29个水资源三级区面蒸发量序列的非一致性特征。研究结果表明,黄河流域各水资源三级区的面蒸发量序列在不同时间尺度上均具有较为明显的趋势变化;非汛期蒸发序列呈现出显著的趋势变化,与一致性模型拟合结果相比,黄河流域非汛期蒸发序列的AIC准则(Akaike Information Criterion)和SBC准则(Schwarz Bayesian Criterion)值减少明显,能更好地反映出非一致性变化的特征。     

南方平原河网区城市内涝的全过程监测与特征分析

南方平原河网区中普遍存在由堤防、闸坝以及泵站形成的高度城镇化圩区,圩区内受降雨过程和泵站启闭影响的城市内涝特征和模拟方法仍有待探索。本文以常州市城市产汇流与内涝实验基地为对象进行了降雨、管道及河道水位流量等全过程长期监测,并通过布设水位计和视频监控设备进行城市内涝积水深度和范围自动监测。监测数据表明圩区内管网和河道流动性很差,管网长期处于淹没状态,监测期间管道水深有75%时间大于0.76 m;在检查井未发生溢流冒水现象时,仍然会发生内涝积水且主要集中在雨篦子周围道路低洼处,其深度和范围主要受到降雨过程、地形、雨篦子收水能力和泵站启闭的影响;开启泵站在增大管网排水能力的同时也在一定程度上削减了内涝积水范围。因此,根据降雨预报与内涝积水实时监测信息及时调控圩区水位可以有效缓解内涝积水情况,在模拟城市内涝时也不应忽略雨篦子收水能力和泵站启闭对内涝过程的影响;本研究可为构建城市内涝全过程在线监测平台提供参考,也能为城市内涝过程的概化模拟方法提供依据。     

垂直梯形闸门自由出流水力特性试验研究

垂直梯形闸门是一种新型平板闸门,与常规矩形闸门相比,因其不需修建闸室和扭面等附属建筑物,占地小,在灌区各级梯形渠道控流和分流应用方面具有优势。梯形闸门的过流边界条件特殊,与矩形闸门过流水力特性明显不同。为明晰其水力特性,在边坡系数为1.5、1.75和2的典型梯形渠道上开展了186组模型试验,重点分析了闸门开度e、闸前水深H₀等参数对闸后流态和流量的影响,并基于试验数据研究了梯形闸门自由出流时的流量计算方法。结果表明,水流经梯形闸门左、中、右孔口流出的三股水流在闸后碰撞,水面宽收缩至最小,中轴线及其附近水深最大,横向水面轮廓呈“驼峰”状,且驼峰出现的位置和水流碰撞引起的水面波动幅度与闸门开度、闸前水深有关。当流量和闸门相对开度分别增大1倍时,驼峰距闸门的距离分别由3.6e、8.2e变化为6.0e、3.3e,驼峰高度由1.5e、3.0e变化为2.4e、1.5e,驼峰下游渠道水流趋于均匀分布所需要的距离由15.0e、33.0e变化为34.0e、17.0e。收缩水流在势能和动能相互转化作用下沿横向和纵向扩散,能量沿程耗散,水面波动减小直至与渠道水面衔接。流量系数公式相对误差平均值为2.17%,其中相对误差小于6%的数据占比为96.3%,总体精度较好。研究成果可为垂直梯形闸门的工程设计和运行管理提供参考。     

粤港澳大湾区城市洪涝问题及其分析

近年来,粤港澳大湾区城市洪涝问题日趋严峻。本文梳理了大湾区典型城市洪涝事件,归纳了洪涝特征并分析了洪涝问题的主要驱动要素。结果表明,近100多年,大湾区年降雨量、降雨日平均雨量、暴雨日数及暴雨日降雨量占全年比例都波动增加,而降雨日数波动减少,降雨呈现增多且趋于集中的态势。大湾区降雨时空分布不均,近10年广州、东莞、惠州汛期降雨量占全年雨量的81%,广州龙舟水期间降雨量占全年约22%。虽然大湾区城市群呈现热岛效应,气温与城镇化率呈正相关,且100多年来各城市温度上升并与降雨量呈正相关;但受地理位置影响,各城市降雨量与其城镇化率的关系并不明显,而更下游的沿海城市面临更多的锋面雨和台风雨影响。近10年给大湾区带来暴雨以上降雨的台风有47场,发生在6—10月,其中恰逢天文大潮的有21场、有26场在大湾区以西登陆。近40年珠江口沿海海平面上升速率3.5 mm/a,高于全国平均水平,海平面的持续上升将使大湾区面临严重洪涝风险。对强降雨、台风暴潮、海平面变化等要素开展分析可为大湾区防灾减灾工作提供重要参考。     

基于随机行走的海岛地下水流替代模型构建方法

地下水是海岛重要的淡水资源。为了解决海岛地下水管理实践中遇到的模型计算成本过高以及现有替代模型黑箱性问题,本文提出基于随机行走的海岛地下水流替代模型构建方法。通过GPU并行随机行走算法分别建立海岛的人工增储含水层、分层越流含水层、随机非均质含水层的替代模型,并与相应海岛含水层解析解或数值解进行对比,验证随机行走替代模型在不同海岛含水层模型中的适用性和可靠性,分析潮汐动态边界对海岛分层含水层的影响,最后评估行走元数量对替代模型误差及计算成本的影响。     

冻融作用对岸坡土体宏微观特性及岸坡稳定性影响研究

冻融作用是季冻区岸坡失稳破坏的主要原因。以黄河内蒙古什四份子弯道岸坡土体为对象,通过三轴剪切和扫描电镜试验,研究了冻融作用下岸坡土体的宏观和微观特性,并基于强度折减法,对冻融前后岸坡稳定性进行了分析。结果表明：随冻融循环次数增加,土体弹性模量、黏聚力和抗剪强度均呈减小趋势,其中弹性模量大小与含水率成反比,黏聚力在15次冻融后降幅达43.6%～60.04%,内摩擦角无明显变化规律;冻融后土体颗粒真圆度和孔隙概率熵随冻融次数增加先下降后上升,颗粒分形维度变化趋势与之相反,土体定向性和孔隙率呈增大趋势;黏聚力与土体孔隙率和颗粒真圆度相关,特别是与孔隙率呈高度负相关性,且土体微观参数间有明显的自相关性;冻融后岸坡稳定安全系数降幅达41.8%,说明冻融作用会显著降低岸坡稳定性,冻融后岸坡易发生失稳破坏。     

吐鲁番市地下水功能评价

吐鲁番地处内陆,干旱缺水,地下水是其经济发展和环境维持的重要支撑,为了合理开发和利用吐鲁番地下水,急需开展地下水功能评价。本文以吐鲁番地下水为研究对象,选取地下水开采潜力、生态敏感性、土壤盐渍化程度为评价因子,采用ARCGIS软件对各指标进行空间分析,运用层次分析法确定各指标权重值,对地下水的资源、生态和地质环境功能综合评价。结果表明,北盆地沿火焰山一带及南盆地艾丁湖乡、恰特克勒乡、迪坎乡一带,地下水可持续开发利用;北部天山山区、北盆地、托克逊县南部地下水的综合功能一般,可利用性一般,不宜再大规模开采;南部山区及库木塔格沙漠地下水功能弱,地下水不宜开采利用。     

变化环境下洪涝风险演变特征与城市韧性提升策略

在全球气候变暖与快速城镇化的背景下，极端暴雨洪涝发生的可能性与不确定性在增大，同时洪涝威胁对象、致灾机理、成灾模式、损失构成与风险特性均在发生显著变化。本文基于郑州“7.20”特大暴雨水灾的实地调研与典型案例的剖析，阐述当代社会洪涝风险连锁性、突变性、传递性的演变机理与趋向，结合国际社会与水共存、韧性提升的理念与实践，探讨变化环境下与新时代基本国情相适宜的洪涝灾害防治策略。研究结果表明，应对快速城镇化进程中极端暴雨洪涝灾害，需以流域为单元做好综合治水的统筹规划；韧性城市只有建成不怕淹的城市，才有利于实现人水和谐的目标；在发展不均衡、不充分的现实条件下，完善与健全洪涝灾害风险管理与应急管理体制与运作机制，不仅在于保障安全，而且要为新时代经济社会快速平稳发展保驾护航。