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。     

基于动态规划法的水库优化调度研究

水库的调度优化受到许多因素的影响,需从全局的角度出发,对水库系统进行优化。为了提高水库的发电效率,建立水库的动态规划模型,并对调度方案进行优化。结果显示,优化调度方案在丰水年对发电量的提升效果较为明显,常规调度方案与优化调度方案之间的年均发电量差值为288×10⁴kW·h;优化调度方案对平水年的发电量提升效果次之,两种方案之间的年均发电量差值为209×10⁴kW·h;优化调度方案对枯水年的发电量提升较不显著,二者间的年均发电量差值仅为23×10⁴kW·h。研究表明,在丰水年,采用动态规划模型得出的优化调度方案的实施效果较好,而在枯水年,采用优化调度方案对发电量的提升效果较不明显。当流量较大时,水头损失增长量较小,为了提高发电效率,可提高尾水位高度,以达到增大流量及发电量同时控制水头损失的目的。     

水库生态调度模型及其应用

为了减轻水利工程对河流生态系统造成的不利影响,针对汉江中下游的主要生态问题,结合不同时期生态因子和水文观测资料,分析计算了汉江的最小生态流量、适宜生态流量以及四大家鱼产卵所需要的洪水脉冲过程。通过建立丹江口水库生态调度模型,选取典型代表年,对丹江口水库进行河流生态需水量和人造洪水调度。计算结果表明,丰水年和平水年能满足最小和适宜生态流量的需求,典型枯水年能满足最小生态流量,特枯年份无法满足适宜生态流量过程。分析了生态调度对水库发电效益产生的影响,丰水年影响甚微,平水年和枯水年的影响逐渐加大。通过水库的人造洪水调度可以满足四大家鱼产卵所需要的洪水脉冲环境。实施水库的生态调度有益于人水和谐的可持续发展。     

三峡梯级水库群联合优化调度增发电量分析

以溪洛渡、向家坝、三峡与葛洲坝四库梯级为背景,将年来水分成丰水年组、平水年组和枯水年组,以分组期望发电量最大为目标,建立了梯级水库群联合优化调度模型,结合各库约束条件开展了模拟计算,得到不同典型年下梯级水库联合优化调度较单库优化调度增发电量值及水库优化运行方式。结果表明:开展四库联合优化调度均能不同程度的增发电量,且存在来水越大增发电量越大的趋势,龙头水库溪洛渡通过降低自身效益,增加放水量,可使下游三库有不同程度的增发,从而使梯级总发电效益增加。     

隔河岩水库发电运行调度方式的研究

根据隔河岩水库特性和来水特点,确定水库发电调度原则,并研制了水库运行调度图;通过平水年、枯水年、丰水年的水库调节计算,提出了平水年、枯水年、丰水年的水库运行调度方式。     

三河口水库多目标调度规律研究

针对引汉济渭工程运行初期三河口水库研究不足,开展三河口水库多目标调度规律的研究。考虑工程调水、发电和生态需水等要求,建立水库多目标优化调度模型,采用NSGA--Ⅱ求解模型。从调度指标、调度目标、影响因素和调水潜力等方面分析计算结果,揭示了多目标转化规律,量化了起调水位对发电量的影响,验证了优化模型计算结果的合理性和优越性。研究表明:1)小幅降低发电量可显著增加调水量;2)三河口水库在丰水年、平水年能够满足规划值,但枯水年不能满足;3)起调水位对发电量影响显著;4)典型年最大调水8.75亿m~3;最小调水3.75亿m~3。研究成果对水库运行、提高水资源利用效率和工程效益提供了重要参考。     

耦合水文情势及鱼类需求的生态调度研究

针对丰满水库下游鱼类多样性减少的问题,在满足最小生态流量需求的基础上,开展了营造适宜鱼类的水文情势研究。通过筛选改变度大且适宜鱼类的水文情势指标构建生态完整度函数,将此作为生态目标建立水库多目标优化调度模型。调度结果表明,所建立的生态调度模型在满足发电、供水和最小生态需水量的基础上,可将生态完整度至少提高48%,其中,涨水率、高流量脉冲数指标隶属度分别增加了0.112、0.261,且涨水率指标在枯水年改善程度好,高流量脉冲数指标在枯水年改善程度大、丰水年改善程度小。本文所建立的模型显著提高了适宜鱼类水文情势的生态完整度,可为有鱼类修复任务的流域提供参考。     

拉洛水利枢纽联合优化调度模型研究

针对一水库两电站优化调度模型问题,以西藏拉洛水利枢纽为例,视拉洛水库的拉洛、德罗水电站为1个虚拟电站的2个机组,将复杂的调度约束规则简化为单一水库调度的流量约束,以发电量最大化为目标函数,在生态流量、灌溉需水量等约束条件下,建立优化调度模型,选取拉洛坝址多年旬平均流量过程作为来水,采用蚁群算法求解。结果表明,计算所得的调度成果合理,满足约束条件,实现了拉洛水利枢纽发电收益最大化的目标。该优化模型在保证求解质量和精度的前提下大大简化了计算量。     

考虑鱼类生态需水过程的漓江并联水库群生态调度

水库群联合运行带来巨大的经济和社会效益,同时也对河流生态造成诸多影响。为提升漓江流域水库群联合运行的发电、通航、生态保护和青狮潭水库蓄水综合效益,构建了考虑鱼类生态需水过程的并联水库群多目标调度模型,采用第三代非支配遗传算法（NSGA-Ⅲ）对模型优化求解。结果表明:（1）与常规调度相比,优化调度在保障发电工程效益的同时,实现了通航与生态效益的提升;（2）构建的并联水库群多目标生态调度模型,在枯、平、丰水年的生态流量满足率都维持在47%之上,尤其保障了鱼类越冬、产卵和繁殖期的生态需求;（3）实施漓江并联水库群联合生态调度,青狮潭水库在枯水年和丰水年蓄水量分别增加22.26×106 m3和 24.55×106 m3,缓解了青狮潭水库供水压力。研究可为并联水库群多目标生态调度提供相关参考。     

基于干旱河道生态修复的岳城水库生态调度

根据干旱风沙河道生态修复目标,结合水库的防洪、兴利、生态调度,建立了多目标水库生态调度模型,研究漳河岳城水库的生态调度。结果表明:枯水年岳城水库向下游河道生态供水0.277×10~8m~3,平水年岳城水库向下游河道生态供水0.327×10~8m~3,丰水年可以满足下游生态需水量2.66×10~8m~3。