径流引水式小水电生态-发电协同优化模型及应用

以湟水河流域的湟乐水电站为例,基于自然水流范式计算河道内适宜生态流量和生态基流,以生态流量为主要约束建立径流引水式小水电生态-发电协同优化模型,利用NSGA-Ⅱ算法得到引水发电流量的Pareto解,研究成果对指导径流引水式小水电的生态调度和运行管理具有重要指导价值。结果表明：滑动t检验法诊断西宁水文站年径流量时间序列的突变点是2000年,经还原后得到1956—2000年多年平均天然径流量为41.3 m³/s;适宜生态流量在年内枯水期、平水期和丰水期展布的同期比分别是0.60、0.41和0.42,达到了“极好”标准;以传统Tennant法“一般”标准确定的非汛期生态基流为4.13 m³/s、汛期生态基流为12.4 m³/s;采用生态-发电协同优化模型计算多年平均来水条件下湟乐水电站的年发电量为634.29×10⁴ kW·h,枢纽下泄流量均满足减水河段生态流量需求;多年来水条件下湟乐水电站等效减排6 323.9 t CO₂,电站的减排生态效益为188.45×10⁴     

考虑生态流量需求的梯级水库汛末蓄水调度研究——以溪洛渡-向家坝水库为例

针对溪洛渡-向家坝梯级水电站在汛末期发电兴利、汛末蓄水、无效弃水、下游生态需水等多方面存在的水资源利用矛盾,开展了考虑生态流量需求的汛末蓄水调度研究。首先借助于逐月最小生态径流法,计算了两库水电站蓄水期下游的最小生态流量过程,进而提出了基于调度图的改进提前蓄水方案,并引入了生态流量满足度结合其他兴利指标对蓄水方案进行了评价。研究结果表明：考虑到生态流量需求的改进提前蓄水方案,在提高梯级汛末蓄满率、增大发电效益以及减少弃水量的同时,两座水电站的运行出力、下泄流量过程更加平稳,生态流量满足度也得到了明显提高。研究成果可为溪洛渡-向家坝梯级调度运行、提高蓄水兴利与生态效益提供科学的指导依据。     

皂市水库生态友好型优化调度

以水电站年发电量最大为优化目标,以满足由逐月频率法计算的水库下游适宜生态流量下限为约束条件,构建皂市水库生态友好型优化调度模型,并利用该模型选取典型年,采用动态规划法进行皂市水库常规调度与优化调度的发电效益对比以及优化调度与生态优化调度的发电效益对比研究。结果表明,总体平均而言,皂市水库优化调度比常规调度年发电量可增加1.8%,基于保障下游河段生态径流过程的皂市水库生态优化调度比优化调度年发电量减少0.95%。     

梯级小水电开发河流最小生态流量计算与保障研究

小水电在中国水能资源中占有重要地位,但在建设、运行过程中不可避免地对下游水生态环境造成不利影响,因此计算最小生态流量可减少小水电在运行过程中对下游水生态环境造成不利影响。以梯级小水电开发河流——东江干流为例,采用改进的Tennant法、Q_P法、经验法、频率曲线法和NGPRP法计算东江干流最小生态流量,在满足95%保证率的条件下,将上述5种计算结果进行对比分析,选择Q_P法计算得到的最小生态流量值232.81 m³/s作为最小生态流量下限值,同时选取改进的Tennant法和频率曲线法的内包线作为各月最小生态流量过程,并提出了确保东江干流最小生态流量的保障措施,以保证小水电及河流水生态系统健康可持续发展。     

基于SWAT模型的无资料地区径流模拟及生态流量计算 ——以杨溪河为例

利用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型对武江流域2008～2013年的月径流量进行模拟,并根据犁市(二)站的实测径流资料对模型参数进行率定和验证;以武江支流杨溪河上的横溪、钓鱼台与银溪水电站3座梯级电站坝址为流域出口模拟得到其径流量,并以此为依据运用Tennant法计算各控制断面的生态流量.结果表明:SWAT模型对武江流域的径流模拟整体适应性较好,犁市(二)站率定期月径流模拟值和实测值的R~2和NS分别为0.77和0.91,验证期的R~2和NS分别为0.75和0.92;杨溪河上的横溪、钓鱼台和银溪3座水电站坝址处的多年平均流量分别为10.2m~3/s、11.7m~3/s和12.0m~3/s;根据模拟径流量和Tennant法,计算得到横溪水电站的最小、适中和最佳生态流量分别为1.02m~3/s、3.37m~3/s和5.40m~3/s;钓鱼台水电站的最小、适中和最佳生态流量分别为1.17m~3/s、3.82m~3/s和6.15m~3/s;银溪水电站的最小、适中和最佳生态流量分别为1.20m~3/s、3.91m~3/s和6.31m~3/s.     

碗米坡水电站生态流量的计算与分析

为做好已建水利水电工程生态流量核定工作,本研究采用Tennant法、Qp法和7Q10法三种水文学方法计算碗米坡水电站坝址断面的生态流量,计算成果分别为29.40m³/s、25.80m³/s(25.06m³/s)和25.20m³/s。研究表明酉水属于丰枯变化剧烈的山溪性河流,河道径流季节变异相对较大,Tennant法计算生态流量成果较Qp法及7Q10法偏大。上游水利工程运行调节进一步加大了枯水期河道内径流变异程度,宜采用Qp法核定碗米坡水电站生态流量。同时强化流域水资源统一调度管理,提高水利工程生态流量保障程度。     

基于改进FDC法的河流生态流量研究

基于河流天然径流的变化特征和生态水文过程对径流的年内动态需求,根据1959―2016年大伙房站实测逐日流量资料,运用改进FDC法计算河道生态流量,得丰、平、枯水年组年内各月的生态流量。结果表明:计算结果能较好地体现了河流天然径流的年内丰枯变化过程,能够满足河流生态功能目标对径流的需求,有利于生态系统保护和维持河道持续健康发展。     

澜沧江流域枯水年发电效益与下游生态-出境水互馈博弈研究

针对流域河道内水资源综合利用目标之间存在的互馈竞争关系,本文以澜沧江干流景洪水电站为研究对象,基于博弈理论构建了水电站发电效益与下游生态-出境水的完全信息静态博弈模型,并耦合支付函数最大化方法,探究在枯水典型年来水总量的约束下,水电站发电效益与下游河道内生态需水-出境流量之间的竞争博弈关系。纳什均衡解表明,在下游河道内生态需水流量选择最小值参与博弈时(天然径流量的21%),景洪水电站发电效益(多年平均年发电量的80%)和澜沧江出境流量保证率(93.7%)在该典型年达到最高,总效益最大。此外,研究还发现景洪以下河道枯水期的日流量大于504 m~3/s(出境流量下限值)、800 m~3/s(航运需水下限值)的保证率由常规调度下的78.4%、40.3%提高到博弈均衡调度方案下的93.7%和48.8%。研究对于优化流域水库调蓄以协同发电和下游河道内用水综合效益具有借鉴作用。     

基于生态流量区间的多目标水库生态调度模型及应用

传统的水库调度以兴利调度和防洪调度为主,常忽视生态环境问题,导致河流生态水文系统的健康状况不断恶化。相对传统的以水电站年发电量最大,发电保证率最高为目标函数,本研究还引入了生态保证率最高的目标函数,构建基于生态流量区间的多目标水库生态调度模型,并采用NSGA-Ⅱ算法对模型进行优化求解。利用该模型对天生桥一级水库1956年-2008年的来水过程进行优化调度,结果表明:经济效益最大的调度方案会对天然径流过程产生显著的改变,而兼顾经济效益和生态目标的建议调度方案对水库的经济效益产生影响较少的同时能保证生态系统的稳定性。     

观音峡水电站最小生态流量分析计算

最小生态流量是小水电科学合理调度的重要依据,对稳定河流水文情势和保障河流生态环境安全具有重要意义。以汉江支流蔍水河干流上的观音峡水电站为研究对象,分别采用Ｔｅｎｎａｎｔ法、90％保证率最枯月流量法、Ｔｅｘａｓ法、基流比例法、年内展布法、湿周法、生态水深－流速法等对该水电站的最小生态流量进行了分析研究,结果显示,各方法计算的结果差异较大,最大值约为最小值的7倍。从各计算方法的主要指示因子出发,构建判断矩阵,分析的各方法权重依次为0．0640、0．0256、0．0256、0．1971、0．1971、0．0994、0．3912,综合分析确定的该水电站的最小生态流量1．10ｍ3／ｓ,约占多年平均流量的17％。     

观音岩水电站生态流量研究

该文以观音岩水电站为例,根据河道断面曲线和水位~流量关系计算出各水力参数计算,然后用湿周法,Tennant法和R2-CROSS法对观音岩水电最小生态流量进行了分析计算。研究表明对于大型河流用Tennant法和R2-CROSS法计算的最小生态流量较接近且相对合理。     

二台子水电站下泄生态流量计算与工程措施探讨

山区小型河流引水式水电站开发时,需考虑到下泄生态流量的问题。以四川省九龙县二台子水电站为实例,采用Tennant法和R2-CROSS法计算其生态流量并对比分析,针对二台子水电站坝首已完工的特点,进一步探讨其下泄生态流量的工程措施与可行性。     

官厅水库多目标调度规律与方案研究

为探究水文变异和外调水源补给对水电站发电和生态的影响,以官厅水库下游减水河段为例,在计算水文变异下生态流量的基础上,定义了减水河段的生态保证程度,建立了水库发电和生态保证程度多目标优化调度模型,采用非支配遗传算法(NSGA-II)求解多种情景方案。研究结果表明：官厅水库入库径流分别于1971年和1983年发生变异,水文变异后发电和平均生态保证程度显著降低;水电站发电和生态之间多目标关系显著,发电量减少37.4%可增加67.8%的生态效益;外调水源补给后发电量和平均生态保证程度均显著提高,特别是枯水年,分别提高56.9%和40.3%。     

基于ME-Tennant法的河道生态流量过程评价模型研究

针对中小型河流引水式水电站下游减脱水河段的生态修复问题,总结了5种常用的生态流量过程计算方法,将物元分析法(Matter Element Analysis)与Tennant法耦合,提出了ME-Tennant河流生态流量过程评价模型。以湖南省刘家坪水电站为例,应用该模型对不同方法计算出来的生态流量过程进行评价,最终以NGPRP法和年内展布法的计算结果确定最小生态流量过程,以2种不同保证率下的逐月频率法计算结果确定适宜生态流量过程,结果符合研究流域的生态水文特征。研究为推求河道生态流量过程提供了新思路,也为水电站下游减脱水河段的生态修复提供了参考。     

考虑生态流量的水电站下闸蓄水方案研究

针对西部某水电站,为满足下游生态环境需要的流量,深入研究了导流建筑物下闸程序.考虑了蓄水进度、施工组织、下闸难度、下游供水、生态流量、上游电站出力泄水和下游电站运行水位等条件和要求,制定了最优的下闸封堵方案,使大型水利水电工程的建设技术与生态文明兼顾融合.     

生态需求流量与河道内生态需水量计算研究——以澜沧江、红河为例

目前关于生态需水的研究较多,但相关研究主要是从水资源需求和流量控制这2个角度进行理论方法以及案例应用方面的探讨,未将二者有力地结合在一起。将河道生态需水总量与河流生态需求流量相结合,提出了生态需水系数-水文参数耦合模型,选择西南纵向岭谷区2条典型河流的相似断面进行案例应用研究,分别计算了河道内生态需水量和河流生态需求流量,并对比分析了二者的结果,同时对不同地区的案例应用进行了比较分析。经过计算,结果表明:红河河道内最小、适宜以及理想生态需水量分别占还原径流量的21.55%,34.51%,54.62%;而澜沧江河道最小、适宜以及理想内生态需水量分别占还原径流量的15.61%,27.45%,48.85%;由红河干流生态需求流量推算的河道内生态需水量占还原径流量的42.27%,而澜沧江推算值为19.06%。分析可知:生态需求流量与河道内生态需水量由于应用层面不同而使得其结果有一点差异,通过对二者的综合分析,可以为水资源管理以及生态保护提供一定的科学支持;多元相关性分析结果表明,提出的河流生态需求流量的模拟结果有很强的相关性;将生态需水系数-水文参数耦合模型应用于澜沧江与红河生态需水的计算研究,发现该模型具有很强的实际操作性。     

考虑不同生态需求层次的水电站水库生态调度研究

随着水生态地位的日益突出,当前水库调度应当统筹考虑社会经济与生态效益,在保证水量高效利用的前提下,满足河流生态要求,其核心是量化河流生态需求,并将其作为生态要素目标纳入水库调度模型中.为此,研究采用ME-Tennant法的生态需水过程评价模型,确定电站下游河流的最小和适宜生态需水过程;在此基础上以生态缺水量最小为生态目...     

一种计算多属性生态流量的改进FDC法

为解决生态流量标准的空间移植性、逐月和年际变异性和分级性4个属性问题,提出了一种基于FDC的改进方法。该方法基于月均流量系列的特定保证率将所有年份逐月进行丰、平、枯水年分组,基于总历时法和逐年组、逐月份的日均流量系列构建FDC,取50%,90%历时点流量作为生态流量的最优上限值和最小值,最小到最优上限之间的各级生态流量根据改进的Tennant等差数量分级思想确定。以汉江为例,将计算结果与Tennant法、改进Tennant法、7Q10法、90%保证率最枯月流量法、近10 a最枯月平均流量法、逐月最小生态径流法、最小月平均法、Q₉₀法、改进Q₉₀法、Q_97,10法和生态监测成果进行了对比分析。结果表明,改进FDC法的生态流量标准优于传统水文学法且十分合理,其空间移植性、时间变异性和栖息地条件的分级性都得到了充分体现,同时也避免了极端流量事件和年内分配不均的影响。     

流域有众多小水电站的锦江水库降雨径流预报

根据降雨径流相关原理,结合锦江水库流域地理环境、水文、气象、上游小型水电站众多特点,将该流域划分为8个单元区,并在各单元区建立一个虚拟水库,代替众多小水电站调节水量的水库降雨径流预报模型,应用于锦江水库水文预报系统。2008年至今共6年的入库流量短期预报实践证明,该模型预报精度高,在水库防洪发电、水库调度应用中效果优良。