梯级水库群泄洪设施联合调控研究

洪水灾害是我国最严重的自然灾害之一,水库防洪调度是有效避免或减轻洪水灾害的重要手段。当前水库防洪调度主要是运用优化算法获得水库的优化调度决策方案,鲜有考虑水库泄洪设施的运行控制,往往导致优化调度结果难以付诸实施。鉴于此,本文通过开展梯级水库群泄洪设施运用数字化,构建梯级水库群泄洪设施运用数据库,建立梯级水库群联合防洪调度模型,研究梯级水库群泄洪设施联合调控策略,并以雅砻江下游梯级水库群泄洪设施联合运行为例进行验证。结果表明：优化调度方案充分利用防洪库容调蓄,其泄流量过程比常规调度更加均匀,极大程度的削减了洪峰流量;同时,优化调度方案中梯级水库群泄洪设施变化总次数较常规调度明显减少,泄洪设施组合方案调整的频率明显降低。研究成果对推动梯级水库群防洪优化调度向泄洪设施运行控制的精细化和智能化转变,提升梯级水库群防洪调度管理水平具有重要的理论意义和工程实践价值。     

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。     

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。     

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 .     

水库群长期优化调度模型与水力关联矩阵

首先介绍了水库群长期优化调度模型,分析了该模型编制的程序在单库、梯级以及混联水库群中通用的制约因素.在水库群长期优化调度模型通用性设计方面,提出用水力关联矩阵来描述水库之间的空间位置关系和水力联系,并重点说明了水力关联矩阵的作用.然后,以DP算法与水力关联矩阵相融合为例,解决了将其设计为一般性算法过程中所遇到的问题,进而开发出具有一定通用性的水库群长期优化调度的算法代码.最后,将DP、DSPA和POA算法应用于雅砻江以及混联梯级长期优化调度中.     

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...     

考虑梯级水库库容补偿和设计洪水不确定性的汛限水位动态控制域研究

汛限水位动态控制本质上是风险调度的范畴,其最主要的风险源来自于入库洪水的不确定性。不仅包括由于预报误差带来的实时调度风险,还包括由于设计阶段对于设计洪水不确定性考虑不周而存在的潜在防洪风险。本文针对梯级水库,提出了一种考虑库容补偿和设计洪水不确性的汛限水位动态控制域求解新方法。通过分析梯级水库库容补偿调度原理,定义了水库极限汛限水位上限值,并给出了考虑设计洪水不确定性的防洪风险定量表达式。以Copula函数为工具建立上游和区间天然来水的联合概率密度函数,求出下游遭遇某一设计洪水时,上游可能出现的洪水范围,从而得到考虑梯级水库调蓄作用的不确定性设计洪水。通过反复迭代计算最终得到兼顾防洪风险与兴利效益的汛限水位动态控制域。将该方法运用在考虑潘口库容补偿作用的黄龙滩汛限水位动态控制域计算中,并与同频率法和典型年法比较,得到以下结论：1）所提方法能通过挖掘历史洪水信息,为模拟梯级水库设计洪水不确定性提供参考信息;2）相对于同频率法和典型年法,所提方法推求的汛限水位动态控制域更加的安全;3）黄龙滩水库汛期运行水位可以从[240,247]m变为[240,248.21]m。可使汛期来水较多的2000年和来水较少的1994年分别增加发电量0.13和0.11×10⁸ kW·h。所提方法能充分考虑梯级水库库容补偿和设计洪水的不确定性,能得到不增加防洪风险的水库汛限水位动态控制域。     

金沙江梯级水库群供水发电联合调度研究

为使金沙江下游梯级水库群在不同典型年、不同调度期下的实际调度中发挥最大效益,以梯级总发电量最大和缺水量平方和最小为目标,建立金沙江下游水库群优化调度模型,采用NSGA-II算法对其进行求解,得到不同典型年和分周期下的非劣解集,并引入置换率的概念分析两目标间的竞争关系,最后分析了枯水年不同偏好下的水位过程。结果表明：发电与供水目标间的竞争关系主要体现在水库蓄水期与供水期,在汛期与汛前消落期为协同关系;供水-发电目标置换率随梯级发电量呈递增趋势,依据置换率曲线得到不同梯级发电量情况下提高单位发电量对供水造成的影响,在实际调度中设置合理发电量可以使得发电、供水目标效益最大化。     

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。     

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。     

基于贝叶斯网络的梯级水库群漫坝风险分析（特约稿）

为克服现有大坝风险分析方法多针对单库大坝、且不能有效考虑不确定性因素对风险评估结果的影响这一研究局限,本文选取能有效处理不确定性问题的贝叶斯网络理论对梯级水库群展开大坝失效风险研究。基于统计资料,结合专家经验调查法,将超标洪水、上游溃坝洪水和强地震确定为水库漫坝的关键风险因素,建立了三种因素单独、组合作用下的单库、梯级系统漫坝贝叶斯网络风险分析模型,并将其应用到大渡河流域上下相连的猴子岩-长河坝两座干流梯级上。结果表明风险源单独、组合作用下的梯级水库群的漫坝风险的量级都较小,其中猴子岩的上游溃坝洪水所致的漫坝风险量级最小,这与其上游双江口水库为干流控制性梯级的特性有关。两库均被识别为薄弱梯级,对其漫坝风险起主导作用的风险因素分别为超标洪水和强地震,这将作为系统风险防控措施制定的重要考量。通过实例应用,验证了文中所提模型在梯级水库群风险分析中的有效性。求解过程快速、有效,对风险因子间的相关性、系统薄弱梯级的识别直观、清晰,根据结果能及时掌握风险源单独或组合作用下的梯级水库群风险变化并制定相应的风险决策,有利于后续风险管理环节的迅速开展,为水利水电工程风险分析领域的研究提供了新的研究手段。     

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。     

上游梯级水库安全隐患对城市防洪影响研究

以湖南省新晃县县城防洪规划为例，阐述上游水库存在安全隐患时对城市防洪规划的影响，为城市防洪规划提供理论依据。     

三峡—葛洲坝梯级水利枢纽调度技术集成研究的现状与展望

三峡—葛洲坝梯级水利枢纽是长江中下游重要的水利工程,三峡—葛洲坝梯级水利枢纽的联合调度不仅是实现长江中下游水资源可持续利用的基础和典范,也是实现整个流域范围内水文补偿、库容补偿、电力补偿、提高系统可靠性及综合利用效益的必要条件,由此,对三峡—葛洲坝梯级水利枢纽调度技术集成涉及的水文、调度等问题进行评述以了解现状、展望未来非常必要。在探讨三峡—葛洲坝梯级水利枢纽调度技术集成研究意义的基础上,对涉及的气象水情自动测报系统研究、流域梯级调度、水库汛限水位动态控制研究、大型水库生态调度研究、特大型水电站考核评估等研究现状进行评述,指出了三峡—葛洲坝梯级水利枢纽调度技术集成研究亟待解决的问题,对三峡—葛洲坝梯级水利枢纽调度技术集成及类似方面研究与实践有指导作用。     

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．     

长江防洪系统联合调度研究

应用系统分析的方法,通过系统解耦将以三峡为中心的长江防洪系统分解为３个子系统,建立了大系统解耦模型．根据子系统之间的耦合关联,提出了各子系统模型解算及全系统的总体协调的解算方法．对长江３次大洪水进行防洪系统联合调度解算,其结果表明所提出的模型和算法是合理的,可明显提高防洪效益．