基于改进LSTM模型的三峡水库蓄水对洞庭湖水位影响的空间异质性分析

针对传统的LSTM模型存在网络训练受阻、泛化能力减弱、预测精度和效率较低的问题,从模型结构和参数优选两方面进行改进。结构方面,在LSTM模型前加入具有多层结构的神经网络层;参数优选方面,采用多层网格搜索法选取模型参数。以长江中游典型通江湖泊——洞庭湖不同湖区的水位预测为例,与传统的LSTM模型、BP神经网络及水动力模型相比,改进型LSTM模型平均均方根误差分别减少58.80%、65.95%、44.14%;从预测计算时间来看,改进型LSTM模型所消耗的时间比传统的LSTM模型缩短62.12%,且明显少于水动力模型,总体来看改进型LSTM模型的整体性能优于其他三种模型。将改进型LSTM模型应用到三峡水库蓄水对洞庭湖水位的影响分析上,结果表明：三峡水库运行对洞庭湖不同湖区水位的影响具有明显的空间异质性,城陵矶站受其影响最为显著,其次为东洞庭湖鹿角站和西洞庭湖南咀站,南洞庭湖受影响最小。蓄水期间东洞庭湖城陵矶站水位平均下降0.44 m,最大降幅为1.55 m;鹿角站水位平均下降0.22 m,最大降幅为1.02 m;西洞庭湖南咀站水位平均下降0.27 m,最大降幅为1.28 m;南洞庭湖杨柳潭站...     

河道型水库富营养化及水华调控方法和关键技术

本文提出了河道型水库富营养化及水华调控的系统研究方法,重点探讨了水利水电工程影响下的河道型水库富营养化及水华监测、模拟及调控方法及关键技术,包括流域水环境监测评估与水华预警系列技术,大型水库多维、多场耦合富营养化模拟系统,以及改善河道型水库支流库湾水温层化进而抑制水华暴发的调控方法等,以期为抑制河道型水库支流库湾水华暴发、改善水库水质提供参考和依据。     

兼顾四大家鱼产卵需求的梯级水电站生态调度北大核心CSCD

为实现流域梯级水电站水资源高效利用,以金沙江下游溪洛渡-向家坝梯级水库生态调度为例,通过已有研究成果以及实测数据推求四大家鱼产卵所需的适宜生态流量,构建梯级水库长短期耦合双层优化模型,上层模型采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解,下层模型采用遗传算法求解,进而提出兼顾四大家鱼产卵流量需求的梯级水库日调度方案。结果表明:与常规调度相比,当以促进四大家鱼产卵为主要目标时,调度期内(5—6月)梯级水库发电量减小1.91亿kW·h,减幅为1.76%;同时生态流量契合度增大0.123,有效洪水上涨作用期累计可达12 d,可较好地促进四大家鱼产卵。研究成果可为制定面向下游河道四大家鱼产卵的梯级水库生态调度方案提供参考依据。     

三峡水库枯水期不同运行方式对洞庭湖生态补水效果研究

洞庭湖枯水期面临的持续低水位对湖区生态环境带来严重影响,三峡水库枯水期增加下泄流量为洞庭湖生态补水提供了有利条件。为定量描述三峡水库枯水期不同运行方式对洞庭湖生态补水效果的空间差异,拟定3种水库典型消落方案,即提前消落、均匀消落、高水位消落;依托构建的江湖一体化耦合水动力模型分析不同消落方式对洞庭湖补水效果的空间分布格局,并评估不同方案对发电量的影响。结果表明:提前消落和高水位消落方式对洞庭湖水位的影响具有明显的空间异质性,对东洞庭湖北部影响较为明显,而对于东洞庭湖南部、南洞庭湖和西洞庭湖影响较小;提前消落较均匀消落方式城陵矶水位平均提高0.12m,对应的三峡发电量减小0.30%,而高水位消落方式城陵矶水位平均降低0.09m,发电量增加0.28%。研究成果可为兼顾洞庭湖生态补水的三峡水库消落方案的制定提供参考。     

基于NSGA-Ⅱ方法的三峡水库汛末蓄水期多目标生态调度研究

为充分发挥三峡水库的经济效益和生态效益,建立了以三峡水电站发电量最大和下游河道适宜生态流量改变度最小为目标的水库优化调度模型,基于生态水文学法量化了下游河道适宜生态流量。为有效求解多目标优化问题,引入带有精英保留策略的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-II)作为调度模型的寻优算法。通过比较2015年调度期内三峡水库优化调度方案和现行调度方案的发电效益和生态效益表明:提高生态流量改变度0.63%可使发电量增加2.32%,降低0.58%的发电量将生态流量改变度降低8.86%。该算法避免了对多目标进行加权求解的盲目性,能获得多个兼顾两个目标且分布均匀、收敛性较好的优化调度方案,为决策者提供了多种可行的选择。研究成果为三峡水库蓄水优化调度提供理论依据和具体方案参考。     

多股多层水平淹没射流新型消能工理论探析

针对高水头、大单宽流量水利水电工程泄洪消能问题,介绍了一种多股多层水平淹没射流新型的泄洪消能型式,基于国内外研究基础,探讨了基本理论并进行了对比分析,结果表明,该消能方式流态稳定性好、临底流速低、消能率高,值得推广应用.     

计算水力学通用后处理模块设计与快速开发

为快速开发计算水力学通用后处理模块,提出了多种高级计算机语言混合编程并与调用图形应用程序接口（API）相结合的开发模式。该方法最大限度地利用现有源代码,便于软件内容的扩展及实现后处理模块与计算主程序的数据交互,保证了软件的通用性,节约了资源;在高级编程语言基础上编制交互界面,调用API底层图形库使得流场、等值线、流速矢量图等水力学图形图像易于实现,并可实现灵活的人机交互。     

兼顾下游生态流量的溪洛渡-向家坝梯级水库蓄水期联合优化调度研究

金沙江下游为珍稀特有鱼类国家级自然保护区,鱼类自然繁殖生长需要适宜的生态流量。为探究金沙江下游已建成的溪洛渡-向家坝梯级水库蓄水期的适宜生态流量改变度与梯级水库发电量间的关系,采用RVA法量化下游河道适宜生态流量,建立以调度期内发电量最大和下游河道适宜生态流量改变度最小为目标的梯级水库群多目标优化调度模型,并用NSGA-Ⅱ算法(非支配排序遗传算法)对模型进行求解。以典型丰水年、平水年、枯水年溪洛渡的入库流量进行优化调度计算,结果表明:在满足约束条件下,丰水年发电量最大增加0.7%,而对应的适宜生态流量改变度增大20.82%;而以生态为目标时,可通过发电量损耗0.48%来减少28.06%的适宜生态流量改变度。平水年发电量较常规调度相比最大可增加1.28%,此时适宜生态流量改变度增大13.87%;而以生态为目标时,适宜生态流量改变度减小22.53%,但发电量损耗0.62%。枯水年发电量较常规调度相比最大可增加1.89%,此时适宜生态流量改变度增大4.96%,而以生态为目标时,适宜生态流量改变度减少13.7%,但发电量损耗0.35%。研究成果可为金沙江下游溪洛渡-向家坝梯级水库生态调度方案的制订提供参考。     

水轮机模型综合特性曲线数值处理方法研究

水轮机模型综合特性曲线的数值处理对水轮机选型、水电站优化运行及计算机仿真有着重要的作用。不同的数值处理方法得到的结果可能不同,各结果间的差别及反映的各参数间的相关关系的差异性可能造成水轮机实际运行和预估值间的不同,严重影响水轮机的安全和经济运行。为了比较不同数值处理方法的差异性及适用范围,以A858a-36. 6型水轮机为例,对其模型综合特性曲线分别进行高阶曲面拟合法、三维空间曲面插值法及BP神经网络拟合法的数值处理,并以数据处理值和真实样本值间相对误差累加值的大小作为评判基准。结果表明:这3种方法均适用于水轮机模型综合特性曲线的数值处理,但高阶曲面拟合法精度差,适用于短时间内粗略求解各参数间相关关系;三维空间曲面插值法精度最高,适用于纯图像类型或可视化问题的数据处理; BP神经网络拟合法精度在二者之间,可作为三维空间曲面插值法的补充处理,样本容量越多其精度越高。     

基于径流丰枯分类的月水量平衡模型参数响应研究

针对变化环境下水文模型参数的时间变异性如何影响径流模拟的准确性问题,提出依据径流丰枯分类后对水文模型分别率定和验证。通过常规法和集对分析法对清江流域径流丰枯分类,并将不同径流丰枯年份对应降水、蒸发输入到两参数月水量平衡模型中,率定各丰枯类型下的模型参数值,并分析不同频率的径流差异情况。结果表明:集对分析法分类后两参数月水量平衡模型的C参数值规律为枯水年平水年丰水年,常规法则为枯水年平水年丰水年; SC参数值的规律在两种方法下表现类似。从年际变化看,模型效率系数基于集对分析法分类时较大,且对于不同丰枯年份下的径流模拟更接近实测值。从年内分配看,基于集对分析法的不同频率高、中、低水相对误差综合表现优于常规法。基于此进行的交叉模拟进一步发现,使用比当前状态偏湿润年份的参数值,得到的径流响应均为增大;反之则径流响应均为减小,且所使用参数值条件与基准条件变化的幅度越大,径流响应增大或者减小的幅度就越大。