水库水沙多目标联合优化调度研究

针对水库运行中蓄水与排沙的矛盾,兼顾水库防洪、发电、航运及长期利用的综合运用目标,利用多目标决策方法建立了水库水沙多目标联合优化调度模型,即汛期采用分级流量原则控制水位运行,制定分级流量与对应的运行水位,通过水库发电调度与泥沙冲淤计算的耦合,计算在约束条件下水库的发电量、泥沙淤积量及长期综合效益。将该模型应用于三峡水库综合运行研究中,汛期按分级流量原则控制水位运行50年。计算结果表明,与原设计水位运行方式相比,汛期分级流量运行的综合效益增加6.324%、发电量增加5559%、泥沙淤积量仅增加0.148%,可见水沙联合调度的汛期分级流量运行方式能充分发挥三峡水库的综合效益。     

基于相似推理的多沙河流水库坝址泥沙预测

多沙水库泥沙淤积严重制约了水库兴利效益的发挥,而实施水库水沙优化调度、提高排沙效率的关键在于坝址泥沙预测。利用不同洪水之间的相似性,在构建水库水沙过程相似性指标体系的基础上,分析了水库水沙过程相似性,提出了坝址泥沙预测相似推理方法,预测了三门峡水库坝址泥沙过程,并进行了预测误差分析。结果表明,该方法切实可行,预测精度较高。     

黄土地区中小型水库排沙计算方法

本文在对黄土地区中小型水库调度运用和利用异重流排沙的实测资料进行分析的基础上,提出水库泥沙淤积和异重流排沙的总量平衡计算方法.该方法依据资料简单,能快速的给出水库泥沙信息,为水库的水沙联合优化调度提供依据.本文引用的计算实例,其计算结果与实测吻合良好.     

基于三阶段逐步优化算法的三峡水库水沙联合优化调度研究

针对水沙联合优化调度多目标、高维、难以求解以及泥沙淤积计算具有后效性的问题,以泥沙淤积量为基本目标、发电量为约束目标,利用约束法将多目标水沙联合优化调度模型转化为单目标模型,并采用三阶段逐步优化算法进行求解。以三峡水库水沙联合优化调度为例,获得了满意的水库发电与泥沙淤积的非劣解集及水库非劣运用过程,验证了所建立模型及提出的求解方法的合理性和有效性。     

基于机器学习算法的万家寨水库排沙预测研究

为克服水库排沙多因素、非线性复杂关系建立难题，实现水库排沙准确预测，利用万家寨水库2002～2020年水沙系列数据，基于XGBoost、KNN、SVR、RF四种机器学习算法分别预测分析水库出库含沙量。结果表明，利用机器学习算法可有效预测综合考虑不同影响因素的水库排沙；不同机器学习算法在水库排沙预测的适用性有所不同，对比之下，基于RF算法建立的水库排沙预测模型的决定系数R²最高为0.934 9,平均绝对误差及均方根误差均最小，分别为2.974、4.886,其预测效果更优于其他三种算法。研究成果可为水库排沙精确预测及调度方案优化提供参考。     

中小洪水调度对三峡水库泥沙淤积的长期影响

当前中小洪水调度对三峡水库淤积的影响尚局限在短期过程,且年内各种调度方式影响叠加,很难单独区分中小洪水调度的影响。为了解长期实行中小洪水调度对三峡库区泥沙淤积的影响,基于一维水沙数学模型,计算分析了有、无中小洪水调度情况下三峡库区泥沙淤积过程、分布特征及防洪库容保留状况。结果表明,长期实施中小洪水调度情况下,三峡水库泥沙淤积增加,影响集中在变动回水区下段及常年回水区,淤积三角洲向坝前推进较无中小洪水调度情况慢;水库达到初步淤积平衡的时间推迟约50年,平衡淤积量增加约19%,防洪库容损失约3%。     

三峡工程的防洪调度运用与风险分析

根据三峡工程防洪调度任务、方式以及历史来水来沙情况统计,讨论了控制防洪限制水位的影响因素,提出了三峡水库防洪限制水位的动态控制方式,并分析了动态控制方式所产生的发电、航运效益以及可能导致的水库泥沙淤积和防洪安全风险。结果表明,通过采用相应的调度与工程措施,在不增加风险的前提下能显著提高发电和航运等效益。     

泥沙初始淤积高程对水库排沙效果的影响

西北部地区降水较少、水库河流含沙量较高,普遍存在泥沙淤积侵占水库有效库容的问题。鉴于该地区洪水期敞泄拉沙的调度运行方式难以满足水库前期的正常运行调度需求,以某水库为例,通过实体模型试验,研究了库区初始淤积高程对水库拦沙、排沙效果的影响。试验观测了不同初始淤积高程在不同的洪水频率下水库的拦、排沙效果,发现在库区泥沙达到冲淤平衡后进行拉沙才能达到良好的效果,且不会对泄水闸的运行产生不利影响,并在理论分析的基础上对西北多沙河流地区水库的调度运行提出建议。     

三峡水库蓄水前后大通水文站水沙特性变化

近年来,受人类活动和气候变化等因素的影响,长江流域的来水来沙特性发生了一些变化。以大通水文站为例,选取1986~2012年的实测水沙资料,分析了水沙关系特性及悬沙中值粒径、悬沙颗粒组成变化规律。结果表明,月均流量与输沙率变化过程具有良好的一致性,且存在着输沙率峰值超前或滞后于流量峰值的现象;三峡水库蓄水后,大通水文站的水文泥沙特性发生了明显变化,洪季泥沙中值粒径大于枯季,汛初流量增大阶段泥沙粗于汛末流量减小阶段,多年平均中值粒径基本不变,但泥沙有逐年变粗的趋势。     

水库长期发电优化调度的不确定性分析

为了解水库调度中不确定因素对水库长期发电优化调度的影响,以三峡水库为例,根据确定性系数与预报误差的关系对入库径流过程进行随机模拟,应用三角分布和正态分布描述水力不确定性的影响,不同时期选取不同的调度起调水位,运用动态规划法进行水库发电优化调度,将其结果与优化调度和常规调度结果进行比较,得出入库径流的预报误差、出库泄流能力和起调水位的变化等三个不确定性因素对水库长期优化调度的影响较大,而水位库容曲线的不确定性对结果的影响较小。并以确定性系数0.9、变异系数0.1和起调水位145m为例,综合考虑了各项不确定性因素对三峡水库长期发电优化调度的影响。结果表明,多年平均发电量减少0.94×108kW·h,这与三峡水库实际运行情况相符合。     

圆管螺旋流不同粒径粗沙输运特性试验研究

圆管螺旋流是一种高效的排沙与固体颗粒输运方式,为了探讨不同圆管螺旋流强度S、不同粒径粗沙(0.6 mm≤d≤4.0 mm)排沙率η及粗沙在整个圆管内的输运规律,采用物理模型试验方法进行研究。结果表明,圆管螺旋流排沙过程包含多种泥沙运动形式,不同粒径粗沙的圆管螺旋流排沙过程基本一致,但其泥沙的输运规律会随S的变化而有所不同。在总排沙流量不变的情况下,对某一粒径泥沙来说,切向进流量越大,S越大,排沙率η也越大,且η与S关系曲线呈上凹型。     

水库排沙过程库区床面计算方法

鉴于开展水库排沙过程库区床面纵剖面形态的研究对水沙调度具有重要的意义。从能量方程出发,结合推移质输沙率公式,考虑了水流与推移质相互摩擦所产生能量损失,建立了水库排沙过程库区床面高程的计算方法,并将该方法应用于阳武工程中,与原型观测数据对比发现,该方法能够减小前期水库排沙过程床面高程的计算误差,具有较高的精度,满足实际工程要求。     

白石水库泥沙淤积影响因子计算分析

为分析白石水库泥沙淤积影响因子并准确计算各因子的影响程度,定性分析了白石水库水沙情况,获取了泥沙淤积的主要影响因子;再依据2001～2008年白石水库水沙资料,采用偏最小二乘法建立模型,定量计算各影响因子对水库泥沙淤积的影响程度,采用灰色关联度法验证了计算结果。结果表明,影响白石水库泥沙淤积的主要因子及其影响程度为平均流量35.26%、汛期降水量30.66%、入库水量15.31%、出库水量12.52%、平均输沙率3.55%、最大流量2.65%和平均含沙量0.05%。     

闹德海水库泥沙特性分析

基于流域水文泥沙资料及闹德海水库大断面等测量结果,分析了水库泥沙年内年际变化、库区大断面多年演变及洪水期间水库水沙对应关系,并通过分析不同年代泥沙粒径、含沙量、输沙量,探讨了水库水沙变化规律,提出采用蓄清排浑方法减缓水库淤积,为水利工程设计、水库长期运行提供了科学数据.     

清涧河流域水沙变化规律及影响因素分析

为系统了解清涧河流域水沙变化规律及影响因素,基于清涧河流域出口控制站延川站1954~2011年径流量与输沙量资料,采用Mann-Kendall非参数统计检验法、累积曲线法和距平法等,分析了清涧河流域近58年来的水沙特征、水沙关系和水沙趋势及突变情况。结果表明,2001年以来,径流量和输沙量分别较1970年以前减少了35.5%和66.7%;径流量呈明显下降趋势,输沙量呈显著下降趋势,且在下降过程中均存在显著突变,突变分别发生在2004、1982年;流域水沙减少主要受降水量减少、水土保持措施和水库拦沙等因素影响。     

向家坝水电站库区泥沙淤积特性

泥沙淤积是约束水电站调度运行的关键因素之一,为厘清向家坝水电站运行以来的淤积进程,基于实测资料分析库区泥沙淤积特性。结果表明,向家坝水库2013～2018年在正常蓄水位下共淤积泥沙4 620×10~4 m~3,淤损水库库容0.9%,防洪库容损失0.4%,死库容减少1.0%;淤积主要分布在常年回水区的坝前段、新市至屏山河段,干流泥沙淤积主要集中在天然深泓线附近,干流淤积纵剖面与天然河道纵剖面形态基本一致,支流淤积形态则多为三角洲淤积或锥体淤积。人类活动和滑坡等因素导致库区多处出现较大幅度的点状冲淤。研究成果对金沙江下游梯级水库和三峡水库的联合调度运行有重要意义。     

POA算法在水库水沙联合调度中的应用研究

为使水库保持最佳的发电效益,同时又能最大限度地保留有效库容,利用多目标规划方法构建了水沙联合调度多目标规划模型,模型由水库优化调度模型及泥沙冲淤计算模型两部分组成,通过水位参数的传递实现子模型的结合,并利用改进逐步优化算法对模型进行求解。以三峡电站的实际数据为例进行了计算,结果表明模型得到的数据合理、计算速度快,为研究水库泥沙问题提供了重要依据。     

汾河流域梯级水库群水沙联合调节计算

关于水库水沙联合调节计算，国内外尚无成熟的方法。在工程实践中开发出了一套梯级水库群水沙联合调节计算耦合模型，该模型通过数据传输将水库群优化调度动态规划模型、水资源系统模拟模型和水库泥沙冲淤计算模型有机结合起来，耦合模型曾成功应用于汾河眩游下静游水库的可行性研究设计中，有效地提高了设计成果的精度和可靠性。耦合模型也适于应用在其他多沙河流的水库规划设计中。     

含沙量对分离鳃的水沙分离影响试验

为研究含沙量对分离鳃水沙分离效果的影响,通过对分离鳃与普通管进行9组不同含沙量的静水沉降试验,运用粘性颗粒的沉降特性分析了含沙量与沉速的关系。结果表明,含沙量对泥沙沉速影响很大,含沙量越大,泥沙下沉相同距离时所需的沉降时间越长,泥沙的沉速越小;在同一含沙量下分离鳃的沉速始终大于普通管沉速,当含沙量为10~80 kg/m3时,分离鳃沉速更大,水沙分离效果最佳。     

水库运行对径流—泥沙关系的影响分析

为研究水库运行对水沙关系的影响,以黄河上游龙羊峡水库为例,采用CEEMDAN方法对建库前后水沙序列进行多时间尺度分析,并与集对分析和信息熵理论相结合,分析水沙随机变化复杂性及水库运行对水沙关系的影响。结果表明,建库前水沙各序列具有较好的相关性,水库运行对多时间尺度下水沙关系影响显著;径流量、输沙量在短周期上以同一度和联系度为主,在长周期上以对立度为主,且水库运行后二者之间的同一度和联系度减小,差异度和对立度增大;水库运行后径流量与输沙量的熵值同步变化的关系被打破,二者之间熵值年际变化较稳定,说明水库运行改变了水沙同步变化的关系。