水库调洪过程中特征变量对初始扰动的非线性响应研究

本文对水库调洪系统的非线性响应特性进行分析,旨在探索水库防洪调度过程中的内在随机性问题,为进一步分析水库调洪过程的不确定性及风险问题奠定基础。研究采用系统动力学和模拟方法,分析在不同类型调洪规则下水库调洪数学模型特征变量所具有的非线性动力学特征。结果表明:在调洪规则的畅泄段,调洪过程中系统对施加的初始微小扰动不敏感,水库调洪系统具有稳定的吸引点;而在控泄段分段式的调洪规则下,初始的微小扰动则可能被放大,表现为后续状态变量的较大差异。确定性调洪数学模型在微小初值扰动下的这一非线性响应行为,关系到水库防洪风险和效益问题,值得深入研究和讨论。     

基于随机模拟的分类预报调度方式风险分析

水库防洪分类预报调度方式是在水库防洪预报调度方式基础上提出的一种新型水库调度方式,其风险的大小是决定分类预报调度方式是否可行的关键.通过与防洪预报调度方式比较可以看出,分类典型洪水过程选择是分类预报调度方式增加的风险.因此,本文采用随机模拟蒙特卡洛方法分析典型洪水过程选择给水库防洪分类预报调度方式带来的风险.以调洪最高水位和调洪最大泄量为风险指标,通过分类预报调度方式和预报调度方式调洪结果的比较,分析分类预报调度方式的风险.研究结果表明,相对于预报调度方式,分类典型洪水过程选择并不增加水库防洪分类预报调度方式的风险,相反,由于多套调度规则弥补了单套调度规则适应性差的问题,分类预报调度方式更能满足各类型洪水过程的防洪要求.     

基于净雨预报信息的水库防洪调度方式研究

为进一步提高洪水预报信息在水库调度中的应用水平,本文以山东半岛龙角山水库为研究对象,首先构建在实际生产中广泛应用的新安江模型,采用确定性系数和绝对误差评价模型误差,并通过合格率评定径流深预报和峰现时间预报的精度等级。结果表明,各项评价指标在模型率定期和验证期的精度均为甲等,可为水库预报调度规则的制定提供可靠的理论依据。然后利用新安江模型预报出的净雨信息,制定水库防洪预报调度规则,调算不同频率设计洪水,并与常规调度方式下调洪结果作对比。通过比较发现,预报调度模型能够提前预泄,有效降低水库调洪最高水位和减小最大下泄流量,增加削减洪峰流量,对减小水库上下游防洪风险和提高水库防洪效益具有重要意义。     

三峡水库汛期水位控制运用方案研究

研究三峡水库汛期水位控制运用方案,对于充分发挥三峡水库的综合效益具有重要意义.本文在分析三峡水库洪水季节性变化规律的基础上,综合多种分期方法的结果得出三峡水库汛期分期方案,并按照规范推求分期设计洪水.根据不同分期的来水情况分别拟定防洪调度规则,在确保防洪安全的前提下,利用分期设计洪水调洪演算确定汛前期和汛末期汛限水位,采用预报预泄方法确定主汛期水库水位控制运用方案.历史资料和随机生成的长径流系列调洪演算结果表明:所拟定的三峡水库汛期水位控制运用方案安全可靠、合理可行,可显著地提高三峡水库的兴利效益.     

LHS-MC方法在漫坝风险分析中的应用

利用拉丁超立方抽样-蒙特卡罗方法（LHS—MC）评估了洪水和风浪作用下大坝的漫坝风险。采用LHS代替MC的随机抽样过程,生成洪峰流量和风速等随机变量样本。以大坝漫坝风险问题为例说明了LHS—MC方法的有效性。结果表明：LHS—MC方法可有效地提高运算效率,较少的抽样样本就能反映参数的概率分布,风险分析收敛快。考虑水库防洪调度规则,用水库调洪演算可得到水库最高调洪水位随机分布和洪水漫坝风险率。     

察尔森水库拦蓄洪尾风险调度探讨

对察尔森水库蓄水以来的洪水拦蓄和调蓄情况进行了全面的统计，在此基础上通过对水库基本调洪方式、拦蓄洪尾和拦蓄洪尾运用方式的风险分析，得出拦蓄洪尾风险调度的思路，为水库防洪调度问题的研究提供了借鉴。     

三峡水库动态汛限水位控制范围探讨

为了充分发挥三峡水库的防洪兴利效益，将当前单一汛限水位控制的运行方式改为动态汛限水位控制是必要的，也是可行的。在满足水库下游防洪标准和允许水库下泄安全流量要求的前提下，对主汛期和汛末期分别采用预泄方式和预蓄方式进行调洪演算，研究不同动态汛限水位控制范围的影响，得到了符合水库实际调度的动态汛限水位控制范围。结果表明，三峡水库实施动态汛限水位控制的运行方式，既可以避免抬高汛限水位引起的防洪风险，又能增加水库兴利效益。     

流域水库群联合防洪优化调度通用模型研究

为提高流域水库群联合防洪能力,针对水库群与区间河道组成的流域防洪系统抽象了流域通用防洪系统的结构特征,建立了满足水库安全约束下以保障下游地区安全为目标的流域水库群联合防洪优化调度通用模型,分析了防洪控制点的来水组成特点及水库泄流量在防洪控制点的响应规律,并在此基础上设计了一种基于动态规划-逐步优化算法（DP-POA）嵌套算法的流域水库群联合防洪优化调度高效求解方法。以汉北河流域某场特大洪水为研究实例,计算结果显示经优化调度后各防洪控制点洪峰较常规调度下洪峰依次削减了24.32%、12.05%、9.34%,所提模型计算的水库群联合防洪优化调度过程体现了水库防洪的“预泄”策略与“错峰”策略,具有一定的应用参考价值。     

基于三角模糊数的水库防洪调度模糊综合风险分析

水库防洪调度是优化区域水资源配置进而实现社会经济可持续发展的一项重要研究内容,防洪调度风险分析可为评判水文预报方案精度、合理选择动态汛限水位进而制定水库防洪调度规则提供科学的决策依据。为全面合理地识别和估计调度过程中的各种风险因子,将三角模糊数理论引入水库防洪调度风险分析研究领域,首先利用α-截集技术将水库防洪调度风险识别指标模糊化,即将风险识别指标由传统的确定值转化成与不同置信度水平α相对应的区间数,由此计算相应的模糊风险率区间值,进而提出了基于三角模糊数的水库防洪调度模糊综合风险分析模型。潘家口水库主汛期不同汛限水位调整方案的水库防洪调度模糊综合风险评价的应用结果表明：该水库主汛期汛限水位调整方案上限值为218.50 m;该风险分析方法物理意义明确、结果客观合理,可见在洪水资源安全利用系统风险分析中具有一定的推广应用价值。     

基于上游水电站控泄的施工导流风险分配研究

在梯级电站逐渐增多的情况下,上游水电站控制下泄流量是降低下游施工导流风险的有效途径。针对传统导流风险研究较少考虑施工导流系统与梯级电站的关联,本文按照洪水的行进方向,概化梯级建设条件下的施工导流系统,分析上游已建水电站控泄对下游导流系统的影响。通过临时控泄规则下的调洪演算,叠加上游水电站下泄洪水与区间洪水,模拟计算梯级建设条件下的施工导流风险。将导流风险分配与上游水电站控泄规则以及下游导流方案耦合起来研究,建立上游水电站控泄条件下的施工导流风险分配模型,协调上游水电站和下游导流系统目标,实现梯级建设条件下的施工导流系统风险的协调与系统优化。最后通过算例分析表明这种方法是有效、可行的。     

基于安康控泄的蜀河水电站施工导流洪水风险控制

在水利水电工程施工导流中,由于投资和临时建筑物规模等原因,导流标准不可能被定的太高。因此如何保证导流施工期安全生产,应对超标准洪水,降低导流风险具有重要的理论和工程应用价值。本文以蜀河水电站施工导流为例,在对水库防洪风险和施工导流风险研究的基础上,提出利用上游已建水库控泄减小下游施工导流风险的方法,在不．增加安康水库自身防洪风险的前提下,给出了其临时调度规则。最后,对既考虑区间人流又考虑上游水库控泄要求的情况,引入组合概率方法,计算下游施工导流风险。风险分析结果表明这种方法安全可行,可有效降低蜀河各施工期导流风险。     

丹江口水库汛限水位分类动态控制范围设计及预蓄预泄法研究

针对＂丹江口水库分期限制水位运用中,存在前期泄流偏少、后期泄流偏大、库水位偏高的调洪现象,致使分期限制水位设计值偏低,防洪与兴利综合效益的发挥受到限制＂问题,本文运用暴雨洪水成因分析法,研究了丹江口水库场次洪水分类的可行性,进而研究了汛限水位分类动态控制范围及动态控制预蓄预泄方法,分析了利用未来24小时降雨预报信息分类动态控制汛限水位的风险以及大坝所能抗御洪水标准的变化。研究结果表明,利用未来24小时降雨预报信息分类动态控制汛限水位,在不增加丹江口水库及其上下游防洪风险前提下,可提高洪水资源利用率。     

流域下垫面变化对水库防洪风险率的影响北大核心CSCD

近年来海河流域内的人类活动加剧,流域下垫面条件发生了明显的变化,严重影响了流域入渗、径流关系等水文过程的特征,进而影响到了流域内水库的防洪风险率。为了研究下垫面变化对水库防洪风险率的影响,以王快水库为例,用降雨径流相关法和峰量相关法,对水库主汛期的洪峰洪量序列进行了"还现"修订,再对修订前后的主汛期洪水序列进行了频率分析计算,并在给定的调度规则下对不同汛限水位方案进行了调洪模拟,得到洪水序列修订前后水库主汛期的防洪风险率。结果表明,由于下垫面的变化,导致王快水库的各种防洪风险率均都有着不同程度的减小。但从水库防洪安全的角度考虑,王快水库主汛期的汛限水位提高至193 m比较合适。     

水库防洪分类预报调度设计方法研究

在分析水库防洪调度设计存在问题的基础上,针对典型过程代表性的不足,本文提出了水库防洪分类预报调度设计方法。通过成因分析和聚类分析,确定不同天气系统的典型代表过程。结合调度经验,调度设计人员通过分别调节不同天气系统成因的设计洪水过程,建立满意的水库防洪分类预报调度规则,用来更好地指导水库实时调度。随后以碧流河水库为例,详细阐述了水库防洪分类预报调度规则的确定过程,并给出了水库实时防洪预报调度的流程。     

流域下垫面变化对水库防洪风险率的影响

近年来海河流域内的人类活动加剧,流域下垫面条件发生了明显的变化,严重影响了流域入渗、径流关系等水文过程的特征,进而影响到了流域内水库的防洪风险率。为了研究下垫面变化对水库防洪风险率的影响,以王快水库为例,用降雨径流相关法和峰量相关法,对水库主汛期的洪峰洪量序列进行了"还现"修订,再对修订前后的主汛期洪水序列进行了频率分析计算,并在给定的调度规则下对不同汛限水位方案进行了调洪模拟,得到洪水序列修订前后水库主汛期的防洪风险率。结果表明,由于下垫面的变化,导致王快水库的各种防洪风险率均都有着不同程度的减小。但从水库防洪安全的角度考虑,王快水库主汛期的汛限水位提高至193 m比较合适。     

水库分期汛限水位的优化设计研究

水库分期汛限水位方法利用洪水的季节性特征，能有效地缓解水库汛期防洪和兴利间的矛盾。从分期频率和年频率的关系出发，探讨现行分期汛限水位方法往往不能达到指定防洪标准的问题，指出分期汛限水位设计中存在的最优性。在不降低水库防洪标准的前提下，基于分期设计洪水调洪演算结果，提出了优化设计分期汛限水位的模型与解法；结合五强溪水库分期汛限水位设计实例，说明了分期汛限水位优化设计模型通过稍微降低主汛期的汛限水位，可获得一定的防洪效益，换取汛前期、汛末期汛限水位的较大幅度抬高，从而提高水库整个汛期的兴利效益，在不降低水库防洪标准的前提下，实现洪水资源利用率的最大化。     

一类复杂非线性系统的特征模型自适应控制

传统的自适应控制理论不能胜任复杂的非线性系统,本文针对一类复杂的带滞后环节的非线性系统,采用特征模型黄金分割自适应控制方法进行研究。该控制方案是一种无模型控制策略,即控制器构造时不用系统精确模型,只凭借系统输入输出信息。分别将特征模型和PID控制方法用在系统上实施控制,考虑了不加扰动和加扰动两类情况下进行分析,结果表明特征模型黄金分割方法具有良好的控制性能,响应迅速,超调量小,鲁棒性更强。     

水库汛限水位实时动态控制研究及风险分析

基于汛限水位动态控制新理念,利用退水预报计算入库洪水,根据上下游面临时刻的工情、雨情、水情、灾情信息预测洪水预见期内的预蓄预泄能力;依托短期降雨预报,在同时保证大坝与下游防洪不成灾的前提下估算后续起调水位;在此基础上将实时预蓄预泄能力与后续起调水位相耦合,提出汛限水位实时动态控制模型.并对其可能产生风险进行分析.最后以于桥水库为例,对不同初始流量的退水阶段与面临未来24h降雨预报不同量级时的汛限水位动态控制期望值及其风险进行计算,结果表明此模型可在一定风险范围内增加水库汛末蓄水机率,为指导水库实时调度提供理论依据.     

混流式水轮机调节系统建模与非线性动力学分析

为了深入研究混流式水电站系统的稳定性问题,在简单式调压井模型基础上,考虑弹性水击效应、发电机转子二阶动态模型等因素,建立起了新的调压井单机单管混流式水轮机调节系统的非线性数学模型。通过分岔图、Poincare映射图、功率谱图、时域图、相轨迹图、频谱图等非线性动力学特征,分析了调速器参数变化时水轮机调节系统的非线性动力学响应,得出系统的动力学变化规律和特征,初步确定系统稳定运行的参数调节范围,为混流式水电站系统正常运行提供了理论参考。     

非线性电力系统随机小干扰稳定性分析

电力系统是一个存在着诸多随机扰动的非线性系统。近年来电力行业的发展引起电网产生更多的随机因素,传统的确定型系统分析方法已不能满足要求。因此,在电力系统随机扰动特征分析的基础上,将随机系统的思想和方法应用于电力系统,建立电力系统更精确的数学模型,分析系统的稳定性具有重要的理论与应用价值。针对外部随机激励的非线性系统,构建了含随机扰动的非线性系统模型,证明了在随机小扰动下电力系统的均值稳定性和均方稳定性。对新英格兰10机39节点系统,利用Euler-Maruyama(EM)算法进行模拟计算,对不同随机激励强度下的响应轨迹进行分析,通过仿真结果验证电力系统稳定性理论的正确性。