基于优化组合方案的梯级水库泄洪闸门数字化及其应用

水库防洪优化调度不仅能减少洪水灾害,而且还能实现洪水资源化,提高水库的运行效率。但是以往的流域梯级水库的联合防洪调度研究往往只计算水库泄洪流量过程,没有考虑泄洪闸门的具体操作情况。根据闸门运行要求,总结水电站的闸门启闭条件,并制定泄洪闸门数字化表格。闸门数字化表格用来解决闸门泄流的约束问题,数字化表格过程需要计算若干个子单元,每个单元为计算在给定的水位下,由特定的流量范围内的闸门组合组成,每个单元里面有多种不同类型的组合方式,每种组合方式下有多个代表性闸门组合。应用数字化表格可依据水电站的期望下泄流量,采用二分法搜寻闸门组合方案,选取闸门开度离差平方和最小和闸门开度变化个数最少作为目标函数,并对闸门下泄流量与多步骤逐步优化算法计算的流量间的误差进行修正,进行水电站泄流量实时分配,更快速准确地对闸门开度进行调整。结合某流域下游梯级水库洪水优化调度进行了实例计算,考虑闸门运行的防洪优化调度的下泄流量较原电站实际运行的下泄流量均匀,并且通过对相邻两时段闸门开度的比较和优化,减少了电站闸门开启次数,获得的优化调度闸门运行优于实际调度情况,结果表明泄洪闸门数字化表格方法正确。     

红水河龙滩、岩滩梯级水库汛末优化调度策略

针对汛末防洪与兴利的矛盾,在分析汛末洪水特性的基础上,考虑梯级水库上下游之间的水力联系,以满足流域防洪安全为前提,提出了"库容高低配"调度模式,通过预泄能力约束和库容补偿调度,建立了基于"库容高低配"策略的水库群汛末蓄水调度模型,制定梯级水库汛末优化调度方案。通过红水河流域龙滩、岩滩水库2017年的汛末优化调度实践得知,龙滩、岩滩水库开展汛末联合优化调度,利用部分库容对中小洪水进行调节,适当抬高水库的汛末运行水位,可以显著提高流域洪水资源化利用效率,充分发挥龙滩、岩滩水电站的综合利用效益,通过汛末优化调度方案在确保流域防洪安全的前提下,可增加发电5.37亿kW·h,减少弃水16.63亿m~3。     

三峡水库与清江水库群联合防洪优化调度

针对三峡和清江梯级水库群防洪补偿联合调度问题,建立了梯级单独和水库群联合防洪优化调度2种数学模型,运用改进的逐次渐进优化算法,引入动态惩罚函数处理约束条件,遵循"优化-验证-调整"的算法流程迭代求解.选取1954、1981、1982和1998年为典型年.结果表明:若选择最不利的1982年为典型年,荆江河段的防洪标准至少可分别提高到118年和136年一遇设计洪水;取4个典型年的调度结果平均值,则其可抵御的最大重现期设计洪水分别达到150、168 a.     

考虑入库洪水随机过程的梯级水库防洪优化调度

针对梯级水库防洪优化调度求解过程中存在的入库洪水过程的随机性,以及优化调度模型求解的复杂性这两方面的问题,建立了基于Copula函数的梯级各地区洪水的联合分布函数,通过随机模拟方法得到梯级水库的入库洪水过程;建立了梯级水库防洪优化调度模型,并提出了基于并行搜索思想的PDP算法进行求解。清江梯级水库实例研究结果表明,基于Copula函数的随机模拟方法,能充分考虑洪水地区组成方式的多样性和随机性,从而能模拟对梯级防洪调度最不利的情况;PDP算法比文中其他算法更容易收敛到全局最优解;较常规调度,梯级水库防洪优化调度可进一步降低下游地区的防洪风险。     

考虑闸门实际运行的雅砻江下游梯级水库联合防洪优化调度

针对当前梯级水库防洪调度侧重以水库为基本单元的算法研究且较少考虑闸门实际运行的问题,提出了基于闸门运行调度规则和多步次逐步优化 (MSPOA) 算法的防洪调度模型。根据水库实际情况建立闸门数字化代表性组合策略,采用MSPOA优化计算各梯级水库的泄洪流量,应用二分法在组合策略中进行快速定位,通过二次计算确定各道闸门的准确开度进而实现泄洪流量的闸门分配。对两场典型洪水的优化结果显示,MSPOA计算时间较POA分别减小43.2%、64.0%,收敛速度更快,且能有效克服局部最优缺陷;配合组合策略进行闸门调度,满足了实际要求,提高了计算效率,具有很好的实用性和可操作性。     

基于Shapley值法的梯级水库收益分配研究

梯级水库联合调度产生的收益应在各参与水库之间进行合理分配.分析了梯级水库调度的几种模式,应用Shapley值法对联合调度所产生收益在各参与水库间进行分配,得到了各种模式下各水库应得到的实际收益.Shapley值法可以促进梯级水库群的联合调度,有利于实现梯级水库群总收益最大的目标.     

水库群洪水补偿调度的通用模型研究

根据水库泄洪设施的特点和流域型水库群的系统结构 ,提出了一种通用型水库群洪水补偿调度模型 .该模型基于洪水补偿调度的思想 ,以保证防护控制点安全行洪、减小分洪损失为目标 ,通过调整水库群拦蓄与预泄水量的策略 ,实现了模型的近似求解算法 .实际生产应用表明 ,该模型实用可靠     

金沙江下游梯级水库群多目标兴利调度模型及应用

多目标兴利调度是充分发挥金沙江梯级水库群综合效益的重要课题,如何科学控制上下游梯级水库蓄泄方式、协调不同兴利调度目标间的竞争关系,是金沙江梯级水库群水资源高效利用的关键科学问题。本文在分析发电效益、航运效益和容量效益间竞争与冲突关系的基础上,建立了以总发电量最大、通航流量最大、时段保证出力最大为目标的梯级水库群多目标兴利调度模型,并采用多目标进化算法对其进行求解,得到了不同频率来水情况下多目标兴利调度方案集,可为金沙江梯级水库群联合调度提供科学的决策依据。     

考虑洪水地区组成不确定性的水库下游防洪风险率计算

随着水库群的调节对下游洪水过程的影响越来越突出,科学评价下游控制点的防洪风险率对复核流域防洪标准、优化水库群防洪调度规则具有重要意义.传统计算方法对洪水地区组成不确定性考虑不足,影响了评价成果的可靠性.针对单库防洪系统,提出了计算水库下游防洪风险率的离散求和-均值一次二阶矩法,该方法不仅能考虑洪水地区组成的不确定性,还...     

基于两阶段风险分析的水库群汛期运行水位动态控制模型

水库(群)实时调度能结合有效的水文预报信息对水库在实时运行层面权衡防洪与兴利效益具有指导意义。然而,水文预报信息的利用面临着不可规避的不确定性问题,故水库(群)实时调度运行需要考虑风险控制方法的研究。针对耦合水文预报的水库群汛期运行水位动态控制问题,提出了可考虑各水库不同预见期长度、不同预报精度的两阶段风险率计算方法,并将其应用于构建水库群汛期运行水位动态控制模型。首先,两阶段风险率思想是将未来调度时段按预见期节点分为预见期以内和预见期以外两个阶段,预见期以内考虑径流预报不确定性带来的风险,采用集合预报思想统计多组预报径流情景在预见期以内的失事概率,预见期以外考虑因预见期末水位过高难于应对后续洪水的潜在风险,根据历史设计洪水的调洪演算试算风险率。其次,基于所提出的两阶段风险率方法构建以发电量最大为目标函数的水库群汛期运行水位动态控制模型。研究结果表明：提出的两阶段风险率计算方法可兼顾考虑实时调度阶段由径流不确定性引起的预见期以内、预见期以外的潜在风险;基于两阶段风险分析构建的水库群优化调度模型,可求解得出的水库群系统库容动态最优决策过程,且该优化调度模型可在不增加汛期防洪风险的基础上提高水库群系统的发电效益,即2010年汉江流域五库系统在夏汛期可提高总发电量2.30亿kWh。     

水库群防洪优化调度模型研究

以澧水流域中上游的江垭、皂市及宜冲桥三库联合防洪优化调度问题为背景 ,建立了河道洪水演进方程与离散微分动态规划相结合的水库群防洪优化调度模型 ,提出了一种离散微分动态规划与马氏京根洪水演进相结合的大系统分解协调算法 .经计算分析 ,结果满意 .     

漳河水库实时防洪调度研究

针对漳河水库的特点,提出了洪水水量调节计算方法;根据水库洪水调度实际,提出了临界调洪方案概念;建立了考虑下游错峰要求的临界调洪方案非线性数学模型及解算方法;以常规调度方案、临界调洪方案及调度方案拟定系统为框架,开发了漳河水库实时防洪调度方案生成系统．     

梯级水库防洪优化调度的动态规划模型及解法

建立了梯级水库防洪调度优化模型,采用马斯京干方程模拟梯级水库间洪水流动,模型是一类有后效性的动态规划模型．讨论了相应的解法,提出了一种简化多维动态规划递推解法．实例计算表明,模型合理,能给出有价值的结果,提出的方法快速可行,是一种新的有效的解决这类问题的方法．     

平原河网闸群防洪体系的优化调度

本文根据平原河网的水文水力特性及闸群工作特点，建立了河网闸群防洪体系的优化调度模型．模型中将离散微分动态规划法（ＤＤＤＰ）择优过程和模拟计算过程相结合，确定闸群的最优启闭顺序，开启闸孔数与时间，以实现河道在现有泄洪能力下的最佳运行状态．本模型应用东苕溪导流港的实例验算成果表明；结构合理、方法正确，程序具有速度快，效率高的特点．     

广东地区旁侧连接水库的小流域洪涝流量计算

为获得广东地区旁侧连接水库的小流域设计洪水流量和排涝流量,分别采用小流域整体法和24 h暴雨洪量法进行了计算.计算结果表明:广东地区旁侧连接水库的小流域水库集雨面积不超过10 km2,当水库防洪标准与流域设计洪水标准相当或低于时,可采用小流域整体法及广东省综合单位线法计算设计洪水;24 h暴雨洪量法与平均排除法相比,可直接采用设计洪水结果进行排涝流量计算,计算结果相差很小,偏安全,方法简便.因此,采用的两种计算方法在一定条件下可以用于旁侧连接水库的小流域洪涝计算.     

中都河流域“8·16”山洪致灾机理分析

我国西南地区地形地貌条件复杂，极端暴雨山洪灾害频发，显著制约地区社会经济发展。为科学认识暴雨山洪形成过程，揭示受灾地区致灾机制，构建符合区域特征的山洪灾害预警体系，以四川省屏山县中都河流域“8.16”山洪灾害为例，结合实地调查及基础资料，从地区降雨特性、洪水陡涨过程及人类活动三方面入手，系统分析了此次暴雨山洪的灾变响应过程，以及采用水位流量反推法和洪水上涨率判定法计算山洪灾害预警指标阈值。结果表明：此次山洪灾害成因主要在于上游马边县地区短时强降雨导致下游屏山县中都镇河水陡涨，极大缩短了沿河居民转移时间；当地居民围滩造地侵占河道，减少了行洪面积，属于典型的地区强降雨与人类活动综合影响下的突发性暴雨山洪灾害；对比上述两种预警方法的结果，发现水位流量反推法预警精度稍差且多次出现漏警，洪水上涨率法预警期显著延长，预警效果更为可靠。因此，建议中都河流域山洪灾害防御采用洪水上涨率法和传统预警相结合，以流域划分模式构建马边屏山两县行政联合的山洪预警体系，可为该区域乃至其他类似山洪灾害频发地区的防治提供科学依据。