引汉济渭工程调水区水库群调水模式研究

引汉济渭调水工程是缓解关中地区缺水,改善渭河生态的重要措施之一。黄金峡、三河口水库群、泵站群的调水模式直接决定了工程总调水量和调水效益。以多年平均调水15亿m~3为目标,设置"黄金峡水库先调水三河口水库补充调水"和"三河口水库先调水黄金峡水库补充调水"两种调水模式。通过长序列计算,对比不同调水模式下总调水量、泵站耗能和电站发电量等各项评价指标。研究结果表明:在"黄金峡水库先调水三河口水库补充调水"的情况下,引汉济渭工程可调水量15.55亿m~3,梯级总发电量5.53亿k W·h,梯级总耗电量4.91亿k W·h,净发电量为正值;在"三河口水库先调水黄金峡水库补充调水"的情况下,引汉济渭工程可调水量14.45亿m~3,梯级总发电量6.24亿k W·h,梯级总耗电量10.86亿k W·h,净发电量为负值。研究结果对于引汉济渭工程的调度具有重要参考价值。     

引汉济渭工程黄金峡水库多目标调度模拟研究

引汉济渭工程是为缓解陕西关中地区缺水问题所规划的调水工程,黄金峡水库作为主要水源,有必要对黄金峡水库运行调度进行模拟研究。在引汉济渭工程年调水10亿m~3和15亿m~3两种情况下,以允许调水量为前提,选择枯水年的来水资料,通过建立调水量和发电量最大两个目标函数,利用NSGA-II算法求解多目标优化问题,获得了黄金峡水库在枯水年的多目标均衡解,揭示了调水和发电目标之间是矛盾的,分析了枯水年黄金峡水库的综合效益。     

丹江口水库兴利效益影响因素分析

丹江口大坝加高后,作为南水北调中线工程水源地,其供水等兴利功能地位更为突出,而汉江上游降雨量的减少及梯级水库的调蓄,大大降低了丹江口水库的可调用水资源量。为充分发挥水库的兴利效益,通过对不同频率的来水进行调节计算,从供水满足率、年均发电量、年均弃水量3个方面计算分析起调水位、来水不确定性和汛限水位对丹江口水库兴利效益的影响。结果表明:①起调水位对来水频率＞90%的枯水年供水效益影响较大,由150 m提高至160 m,水库供水满足率可由44.38%提高至93.42%;对来水频率＜75.7%的年份其影响主要体现在发电上,起调水位越高,年均发电量越高,年均弃水量越小,起调水位由150 m提高至170 m至少可增加发电量10亿kW·h;②来水频率越大,水库供水满足率、年均发电量均越小;水库弃水和供水短缺在来水较丰时同时存在;③丹江口水库夏季汛限水位对水库兴利效益的影响比秋季汛限水位更显著;对至少有2 a为枯水年的3 a调节周期,汛限水位对弃水量的影响最明显;④兴利效益的主要影响因素为起调水位,除水库遭遇连续枯水年外,丹江口水库兴利起调水位为162 m,可满足不同水平年的供水需求。     

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。     

金沙江下游梯级水库汛期运行水位协同浮动调度研究

为验证梯级水库汛期运行水位协同浮动调度模型方法的合理性与普适性,在金沙江流域开展实例分析。首先考虑洪水预见期变化,应用动态多目标算法高效求解调度模型;然后评价汛期运行水位协同浮动调度的风险与效益;最后推求乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水库的汛期运行水位协同浮动关系。研究结果表明：相比年汛限水位静态控制调度方案,梯级水库汛期运行水位协同浮动调度方案在不增加防洪风险前提下,各水库汛期运行水位均可适当抬升,汛期多年平均发电量和电站弃水减少量的最高值(改善率)可达1071亿kWh(11.1%)和649亿m³(14.3%),有效提高了洪水资源利用水平,综合效益巨大。     

引汉济渭工程水库生态调度方案研究

引汉济渭工程是解决关中地区缺水问题的战略性调水工程,与南水北调中线工程的水源区部分重叠,开展生态调度研究保障河流生态环境用水,对维护工程水源区的生态环境可持续发展具有重要意义。在保证国家南水北调工程安全运行的前提下,分析引汉济渭工程水源区洪水资源利用可行性,在此基础上提出工程兼顾供水保证率目标的生态调度方案。研究认为,将三河口水库前期汛限水位抬高至643 m,且在保证三河口水库下游生态流量2.71 m~3/s时,引汉济渭工程受水区多年平均实际供水量为10.04亿m~3,供水保证率80.8%,可以显著提高下游河道生态基流满足程度,在典型枯水年、平水年和丰水年均可以使三河口下游河道生态基流满足程度达到97.5%,显著提升了工程的生态效益。     

关于枫树岭水库调洪方式的探讨

枫树岭水库功能是以发电为主,在水库实际运行过程中,增加了下游的防洪压力,现有的洪水调度方式不能满足下游防洪要求。以对发电效益影响较小为前提,采用水量平衡方法,通过对不同起调水位进行调洪计算,以满足下游防洪和水库安全为目标,提出合适的起调水位,供水库参考。     

三峡电站单机容量与发电量的关系研究

论述了分析计算的基础和三峡电站的运行特点,采用"直接计算方法",研究了三峡机组容量对施工期和正常运行期发电量的影响.以梯级出力受阻最小、发电量最佳为目标,建立了梯级联合优化调度数学模型,利用不同季节不同来水情况下的模型计算结果分析率定了葛洲坝水库的坝前水位等参数.研究结果表明①机组单机容量75.6万kW方案比70万kW方案,施工期累计多发电量13.66亿kW@h,正常运行期年均多发电量7.41亿kW@h;②施工期增发电量主要是大容量机组多利用水量的结果,正常运行期增发电量主要是机组最优组合效率提高的结果.     

汉江干支流径流丰枯遭遇对跨流域调水的影响

引汉济渭工程是缓解关中地区缺水、改善渭河生态的重要措施之一。针对汉江干支流径流的丰枯遭遇规律对工程调水造成的巨大影响,以保障引汉济渭工程供水为目标,建立了调水区可调水量最大的模型,选用Copula函数确定了对跨流域调水影响最大的丰枯遭遇组合的概率,基于实测径流分析确定了不同丰枯遭遇组合情形下的典型年,并采用自迭代优化算法长系列计算分析了不同丰枯遭遇对各典型年调水的影响。结果表明:在56年长系列(1954—2009)计算中,供水保证率为95%,共计有8年调水量大于16亿m~3,其中,1975年调水最大,达到17.74亿m~3,2002年调水最少,为9.41亿m~3。汉江干支流不同丰枯遭遇组合情形下,干支流同枯概率为20.79%,调水量仅为9.41亿m~3,为水库调水量最小值,该组合对引汉济渭跨流域调水的影响最为显著,为最不利情况,应引起足够重视。研究成果对于引汉济渭工程水源区的水库调度和受水区的水资源配置均具有一定的参考价值。     

调水背景下丹江口水库优化调度与效益分析

针对南水北调中线一期工程建成调水这一新常态下丹江口水库调度问题,从丹江口水库蓄水、供水、发电等不同运行任务出发,通过设定弃水最小化、发电量最大化调度目标函数和不同供水调度情景,建立了丹江口水库优化调度模型,构建满足丹江口水库调度运行方式的求解空间,采用1956—2015年丹江口天然入库径流系列,运用较成熟的动态规划优化算法对丹江口优化调度进行模拟,研究水源地枢纽丹江口水库不同调度目标函数和运行方式对下游区域水文情势和供需水平衡的影响,试图为提出可权衡汉江流域多方用水需求的丹江口调度运行方式提供基础支撑。结果表明:考虑南水北调中线一期工程引水后,采用丹江口优化调度方案的下泄水量>272亿m³,能够满足下游基础供水需求。     

引汉济渭工程水源联合调度应用研究

根据引汉济渭工程建设规模,利用调水区和受水区水源联合调度供水满足受水区需水.调水区三河口水库多年调节性能减少年际供水差别,提高枯水年供水量;黄金峡水库的年调节性能改善年内供水不均匀状况;受水区黑河水库作为引汉济渭调水区水源地供水过程后的补偿性调节水库,解决受水区年际间的供水任务;地下水作为地表水供水后,可作为受水区年内缺水任务的补充.根据各水库供水任务,编写引汉济渭工程各水库联合调度计算程序,试算引汉济渭工程系统内三河口水库和黑河水库调度线以及相应配给流量.通过分析,此调度成果较好的满足了受水区的需水要求.     

极端降雨条件下合肥市董铺和大房郢水库防洪调度实践

以合肥市董铺和大房郢水库为研究对象,分析了应对 2020 年 0717 号洪水典型防洪调度方案及其防洪效果。董铺水库削峰率 78.9%,最大拦蓄水量 0.385 亿 m3,大房郢水库削峰率 67.4%,最大拦蓄水量 0.361 亿 m3,系统总结了南淝河流域面对极端降雨条件的防洪调度措施;分析了在历史极值降雨强度下分别以安全取水位、安全供水水位及主汛期汛限水位为起调水位进行不泄洪调度方案,在历史最大 1 日与历史最大 3 日面降雨量情况下三种起调水位最高水位均低于相应设计洪水位。结果表明：在 1～3 日极值降雨情况下,若下游城市河道南淝河和巢湖防洪排涝压力大,可以采用不泄洪的调度策略,为推进水库优化调度,统筹合肥市城市防洪安全与供水安全提供参考。     

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。     

新安江水库供水后调度图优化研究

随着部分地区可利用水资源日益紧缺,水库需要承担更多功能,但不同功能间会互相影响和制约,优化水库调度图则是协调水库不同兴利目标之间矛盾的关键。以新安江水电站库区供水工程——千岛湖引水工程为实例,考虑年引水规模9.78亿m~3对新安江水电站造成的影响,通过降低调度图中部分丰水月份的保证出力和在降低出力区内增设供水保证线,最终提出调度图优化研究方案。结果表明:水库按优化调度图运行可减少因引水造成的年发电量损失,并能较好地控制水库水位和下泄流量的变化程度。研究成果可为解决水库发电和其他兴利目标之间的矛盾提供借鉴。     

下游蓄水对水电站发电影响分析及优化调度策略

随着梯级电站的开发建设，回水顶托对上游电站发电效益的影响愈发显著，分析回水顶托作用下电站发电规律并进行优化调度策略研究对提高梯级电站发电效益具有重要意义。通过回水计算和径流调节模型，对比分析了井冈山水库蓄水前后万安电厂尾水位和发电指标变化规律，并提出了相应的调度运行策略。结果表明：井冈山水库蓄水对万安电厂尾水位有明显顶托影响，多年平均发电量减少0.99亿kW·h;发电水头影响程度随着入库流量的增大而逐渐降低，最大影响发电水头3.91 m;万安水库供水期(11月至次年2月)采用高水位运行方式，可明显提高万安电厂发电效益。研究成果可为类似受影响电站优化调度提供参考借鉴。     

石泉水库优化调度数值模型研究

根据石泉水库特点,以发电效益最大为主要目标,考虑大坝防洪安全的基础上构建水库发电优化调度数值模型。用近10 a历史实际水雨情数据模拟计算不同洪前控制水位进行发电量求解,计算结果表明:洪前坚决腾库的运行方式较历史实际发电效益更优;发电效益最大时,主、次汛期日常控制水位在调度图上线附近,得到了实现石泉水库发电效益最大的控制运行策略,指导水库实际生产调度。     

基于遗传算法与神经网络的水库水沙联合优化调度模型

针对一维泥沙数学模型维数高、求解耗时长以及水沙联合调度模型多目标难以求解的问题,结合遗传算法与神经网络的特性,以发电量最大和有效库容最大为基本目标,构建了水库水沙联合优化调度模型。利用约束法和权重法,将多目标模型转化为单目标模型,采用加速遗传算法进行求解,其中泥沙冲淤量使用自适应BP神经网络进行拟合预测。三峡水库实例计算结果表明:运行20 a,与原设计运行方式相比,采用该优化调度模型优化运行年均发电量增加7.732%,泥沙淤积量增加0.044%,在淤积量增加很小的情况下能大幅度增加发电量,模型能较好地解决水库水沙联合调度问题,在工程实际中是有效可行的。     

黄河上游梯级水库联合调水调沙及合理库容研究

随着对黄河水资源利用要求的提高,需明确未来调水调沙及南水北调西线工程对黄河上游梯级水库所需库容的影响,探求未来多工况用水要求下合理的梯级水库兴利库容。考虑黄河上游兰州断面需水、梯级水库发电、调水调沙、防洪、防凌等要求,首先建立了以缺水量最小为目标的梯级水库联合调度模型,设置了现状年及远景年共8个方案;其次采用自迭代模拟优化算法求解模型,用长系列径流资料进行优化调度计算;最后对模型求解结果采用时历法推求梯级水库所需兴利库容,确定梯级水库合理库容。从总调沙次数、调沙频率、多年供水量、供水保证率、多年平均发电量、发电保证率等指标分别量化了调水调沙、供水和发电效益。未来梯级水库所需合理库容将因综合需水和调沙次数的增加而增大,而西线工程的实施将有助于减小合理库容规模。在各调沙方案中,仅当2030年西线调水80亿m3时现有的梯级水库兴利库容能够满足综合用水需求,适当降低调沙力度与调沙频率或许是解决这一矛盾的折衷选择。研究成果量化了未来新水资源利用形势下的梯级水库合理库容,为科学指导黄河上游总体工程布局提供了决策依据。     

基于人工遗传算法的阿尔塔什水库优化调度研究

为制定阿尔塔什水库调度方案,以灌溉缺水量最小为目标建立了兼顾流域灌溉、生态、发电、防洪等多目标的优化调度模型,并采用GA算法求解模型。结果表明：调度结果不满意,灌溉保证率未满足设计要求,水库发电量远低于设计21.86亿kW·h的目标;下泄塔河生态水量满足下泄9.71亿m³目标,但保证率过低,缺水年份破坏深度过大;制定了阿尔塔什水库的水库调度图。研究成果对充分发挥阿尔塔什综合利用功能、保障流域各项综合利用要求具有重要指导作用。     

丹江口水库优化调度与效益分析

为了在满足防洪、灌溉、航运等综合利用要求的条件下,使丹江口电站发电量最大,建立了丹江口水库优化调度模型。采用该模型对丹江口水库1980～2008年的实际径流资料进行计算,并与实际运行数据作对比分析,总结了优化调度的基本规律。结果表明,若采用优化调度将比实际年均发电量增加4.27亿kW.h、年均弃水量减少26.42亿m3,经济效益显著,可供同类水库调度参考。