梯级水库群大坝风险防控设计研究

梯级水库群大坝风险标准、风险防控设计方法及设计安全指标体系,是流域安全管理的基础。在系统研究国内外风险标准的基础上,提出梯级水库群社会可接受风险标准为10~(-6)/a,可容忍风险标准为10~(-5)/a;基于现行工程设计方法、相对安全率和贝叶斯网络理论,提出了"安全系数-可靠指标-年计失效概率"三位一体的风险防控设计方法。针对梯级水库群中,坝高超过200 m、库容大于10亿m~3,或其溃坝将导致下游1级大坝连溃的控制梯级,按照工程等级划分和风险防控功能,定义为特等工程。特等工程的风险控制标准,为年计失效概率(1.0~5.0)×10~(-8),可靠指标为4.45~4.7,制定了包括防洪标准、抗震标准、裕富超高及泄洪设施要求的风险设计指标体系。这一研究成果填补了特高坝工程设计安全标准的空白,对梯级水库群风险防控理论研究及设计方法的发展具有重要的借鉴和参考价值。     

乌江梯级水库群优化调度规律研究

梯级水库群优化调度规律是指导梯级水库群优化运行的重要工具。本文应用概率统计法和相关分析法对乌江流域的兼顾保证出力发电量最大计算结果进行统计归纳,通过引入经验频率分析了各库在不同调度期的水位变化规律和建立时段平均出力与本时段可用水量相关关系图来研究各库在不同调度期的发电规则,为挖掘梯级水库长期运行结果中蕴藏的潜在规律提供了一种方法。通过对乌江梯级各库水位变化规律和发电规则的研究,为乌江梯级水库群优化运行提供了理论支撑。     

西江流域梯级水库群上下游关系识别研究

梯级水库群上下游关系是流域水资源系统分析的关键环节。本文基于河流编码描述单一梯级水库,构建了梯级水库群上下游关系识别基本框架,并用于分析梯级水库群的空间特征和流域开发利用情况。面向西江流域案例,研究结果表明：西江流域以部分水库为连接核心,超过70%的水库位于所处河流最上游;梯级水库群中,区间汇流面积最大的5座龙头水库与水利枢纽控制23.6%的流域总面积,与众多上游水库存在水力联系,在防洪、供水、发电等调度中发挥关键作用;整体上,西江流域呈现明显的逐级开发特征,各河段上游水库数量随河流等级增加呈指数式增长趋势。研究成果对于分析梯级水库群的功能具有重要的意义。     

大渡河梯级水库群联合优化调度函数研究

采用＂优化-拟合-再优化-随机仿真＂技术框架研究梯级水库群联合优化调度函数：首先建立梯级水库群优化调度模型,通过改进的动态规划方法得到最优样本;然后对最优样本进行回归分析得到联合调度函数;并基于模拟调度结果采用非线性规划法直接修正调度函数;最后通过水文随机模拟技术生成径流系列,进一步检验、评价所得调度函数的效率。以长江上游大渡河梯级水库长期优化调度为对象进行实例研究,计算结果表明：对于1959-2000年实测径流系列,梯级水库群联合优化调度函数较常规调度年均发电量增幅达1.66%;对于Copula随机模型生成的水文径流系列,年均发电量提高了1.42%,经济效益显著。     

特约文章：世界高坝研究及其未来发展趋势

本文阐述了世界高坝发展历史、现状、高坝作用及未来建设和运行所面临的问题与挑战。针对高坝在流域尺度下需要解决的重大关键技术课题,分析提出了合理高度、安全标准、评价方法、多源信息融合、智能健康诊断及高坝永续利用等方面的发展趋势。从工程、社会和环境及流域综合效益等方面考虑,未来特高坝最大可接受的合理高度为300 m级,提高安全标准将是必然趋势。安全评价方法将是定值分析与风险分析的融合发展。正向仿真模拟、信息化反馈分析、风险链辨识、失事路径分析将为高坝安全性评价和安全管理决策提供有效手段。建立健全风险分级防控和隐患排查治理体系,开展高坝状态监测、健康诊断、缺陷修复、泥沙治理,维护大坝健康是实现流域高坝安全“双重预防”的重要保证,有利于高坝长期稳定安全永续利用。     

特约文章： 生态基流研究:进展与挑战

Human activities through the building and operation of dams and reservoirs have significantly altered the natural hydrological regime, leading to impairment of river ecosystem function and biodiversity. The concept of ecological baseflow emerged to mitigate the impact of dams and reservoirs on the hydrological processes. Based on previous studies, the fundamental concept of ecological baseflow was reviewed. The principles of ecological baseflow, as well as previously and currently used estimation methods were summarized. Challenges and possible tendency in the estimation of ecological baseflow were also presented.     

特约文章：黄河水沙变化与治理方略研究

The key problem in the management of the Yellow River stems from its distinct characteristic, namely the insufficient runoff and excessive sediment loads lacking sufficient coordination, which causes complexity and difficulty in management. This paper examines the changes in runoff and sediment loads of this river and its characteristics of fluvial process in recent decades, based on a review of its management history. Then, we describe a strategic thinking of river management that would be effective in the existing water and sediment condition of the river to cope with its various new features, such as sharp decline in runoff and sediment loads, river channel shrinkage, intensified ‘secondary suspended river’, and increasingly prominent contradiction between floodplain reclamation and river harnessing. Our strategy in managing the Yellow River is to regulate its relation between water and sediment and improve the lower channel, under which several engineering measures should be adopted: construct a river regulation system for water and sediment control, reconstruct and maintain the primary channel with sufficient water and sediment transport capacity, lower the Tongguan elevation in the middle reach, improve the river channel in the lower reach, and stabilize the flow paths in the river mouth. The strategy and measures would provide a useful support for comprehensive management of the Yellow River.     

特约文章：水轮机技术进展与发展趋势

水轮机作为水电能源开发的核心机械装备,其性能的优劣决定了水电能源的开发利用率。在现代科技进步的推动下,水轮机技术也取得了长足发展。我国水轮机技术的发展经历了引进、吸收、消化和再创造的过程,特别是近20年的快速发展使我国水轮机技术总体上达到国际先进水平。本文在全面综合国内外水轮机领域研究成果的基础上,以近20年来水轮机技术领域所取得的主要研究进展为重点,分水轮机水动力学基础、水轮机过流部件的优化设计理论及新型水轮机研制三部分对水轮机技术进展进行了综述,探讨了部分研究领域中存在的问题,并对水轮机技术的发展趋势进行了总结和展望。     

梯级水库群运行模式及合作效益分配研究

我国是水能资源最丰富的国家,梯级水库群开发是水能资源充分利用的必要形式,梯级水库的不同调度模式对梯级总效益的发挥起着重要的作用.本文以黄河上游干流梯级水库群为例,分析了梯级水库群中各水库单独调度,具调节能力的水库与其下游相邻的径流式水库联合调度和全梯级联合调度三种运行模式,建立了相应的数学模型,并对各模型进行了求解,得出了某情况下三种运行模式各水库所创造效益的情况,并探讨了联合调度所产生收益的分配系数法和Shapley值分配方法.指出按照Shapley值方法分配合作收益对各参与水库都是公平、合理的,各水库对合作均有参与的积极性,从而促进水库群联合调度,有利于实现梯级水库群总效益最优的目标.     

特约文章：水电现货竞价关键技术研究进展

电力现货市场是现代电力体系的重要组成部分,对还原电力商品属性、发现价格和优化资源配置起着关键作用。水电受径流随机性影响,丰枯矛盾突出,出力不确定性大;水库受综合利用限制多,梯级电站联系紧,多主体上下游电站信息共享难;加上外送通道不足、断面阻塞严重等现状,水电参与电力现货市场面临诸多挑战。本文针对水电参与电力现货市场“量价”申报涉及的关键科学技术问题,包括市场出清价预测、发电能力优化、竞价策略、水电现货报价决策支持系统等,对国内外研究现状进行总结,对提出的数学模型和算法进行归纳,评述了现有方法的优缺点,对未来发展趋势进行展望,旨在为丰富我国电力现货市场理论和方法及水电企业生产经营提供参考。     

梯级水库汛限水位动态控制

本文提出了一种梯级水库汛限水位动态控制方法,以清江梯级水库为研究对象,首先建立清江流域汛期的数值气象水文预报模型,滚动预报流域未来三天的洪水过程;其次建立基于"大系统聚合思想"的梯级水库长期优化调度图模型,通过二元Copula-SAR模型随机模拟梯级水库入库径流以反映其长期变化规律,并采用遗传算法制定优化调度图;最后依据长期与短期调度的耦合原则,建立基于"大系统聚合分解思想"的梯级水库汛限水位动态控制模型,并采用逐次优化法优化得到清江梯级水库汛限水位动态控制方案。研究结果表明:耦合了长期调度规则的梯级水库汛限水位动态控制方案相比未耦合长期调度规则的梯级水库汛限水位动态控制方案和原设计方案,2010年7月中下旬的场次洪水,清江梯级水库发电量分别增加0.59亿k W·h和3.14亿k W·h,增幅为6.20%和45.11%,在不降低防洪标准的前提下可显著提高洪水资源利用率。     

清江梯级水库汛限水位联合设计与运用

在不降低清江流域自身防洪标准、不影响清江梯级水库在长江防洪系统中发挥作用的前提下,建立梯级水库汛限水位设计与运用模型,科学利用洪水资源。采用清江流域1951-2009年的日降雨径流系列进行分析计算,研究结果表明：水布垭和隔河岩水库的汛限水位分别采用387.5m和196m的方案,在保证原设计防洪标准不降低的前提下,可使清江梯级水库多年平均发电量增加0.21亿kW.h,增幅为0.302%;其中平水年和枯水年增加的发电效益更为显著。开展汛限水位联合优化设计,可显著地提高梯级水库的综合利用效率。     

梯级水库调节库容合理规模研究

本文从维持河流健康的角度出发,提出梯级水库调节库容合理规模的含义,通过需水与库容关系、库容拆分与补偿等相关问题的研究,建立以梯级水库调节库容最小为目标的水库调节库容合理规模模型.以黄河干流为例,计算了不同水平年的水库调节库容规模,并通过设置不同措施对黄河干流进行调控.研究结果表明:梯级水库调节库容合理规模确定方法的提出,可以为国家、政府等行政部门在流域规划和开发中提供科学依据.     

梯级水库汛限水位动态控制模型研究及运用

结合流域实时洪水预报及梯级水库防洪库容信息,提出基于预报及库容补偿的梯级水库汛限水位动态控制逐次渐进补偿调度模型.该模型包括三个模块,其一是考虑预报及库容补偿作用的补偿调度模块;其二是保证不降低原防洪标准的预报预泄模块;其三是关联变量协调模块.该模型运用贝尔曼的逐步逼近思想,通过多次迭代计算,最终得到最佳的梯级水库汛限水位方案.清江梯级水库的应用结果表明,在不降低库群原有防洪标准的前提下,丰、平、枯水年平均增加发电量1.68亿kW·h,减少弃水量6.89亿m3,可显著提高发电效益和洪水资源利用率.     

梯级水库汛限水位联合运用和动态控制研究

基于大系统聚合分解理论,建立了梯级水库汛限水位联合运用和动态控制模型,在不降低梯级水库防洪标准的前提下,最大限度地发挥梯级水库的兴利效益。以清江流域为例,选取丰、平、枯水典型年汛期3h的资料,分别按原设计方案和梯级水库汛限水位联合运用方案进行调度运行。结果表明:与原设计汛限水位方案相比,梯级水库汛限水位联合运用方案按库容最优分解策略动态控制,汛期发电量可增加1.79亿kW.h,增幅为4.51%;洪水资源利用率提高了2.73%。因此开展梯级水库汛限水位联合运用调度,可显著地提高水库的综合利用效益。     

三峡梯级和清江梯级水电站群联合调度研究

开展对三峡梯级和清江梯级巨型混联水电站群优化调度研究,分别建立了以发电量最大和以发电效益最大为目标的水电站群联合调度模型,采用POA算法分别计算两个梯级单独运行和梯级联合运行在两种准则下的库容和电力补偿效益。选择1982-1987连续水文周期年的日径流资料进行计算,并与原设计方案相比,两种准则下联合调度的系统年平均发电量分别增加了60.90亿kW.h和60.71亿kW.h,年发电效益分别增加了14.37亿元和14.70亿元;在以发电量最大为准则的情况下,三峡梯级和清江梯级的弃水量分别减少了566.88亿m3和36.73亿m3,系统年均发电量增加了5.80%,库容补偿效益显著。     

梯级水库群多目标优化调度规则研究 ——以溪洛渡-向家坝为例

为完整利用水库群多目标优化调度的非劣前沿信息,提出了一种优化调度函数参数、追求调度结果逼近非劣前沿的新型调度函数提取方法.对于水库群多目标优化调度模型,采用非支配排序多目标优化算法II(NSGA-II)求解,分别获取丰、平、枯典型年的非劣前沿集,将其作为代理模型的训练样本,实现二维非劣前沿的函数表达.采用多元线性构型构...     

黑河上游梯级水库联合调度研究

黑河上游梯级水库的蓄水运行严重影响了黑河水量统一调度,为了有效解决这一矛盾,有必要实施梯级水库联合调度.本文在研究实施梯级水库联合调度必要性的前提下,分析了梯级水库联合调度关键问题,在此基础上,根据"以水量调度为主,梯级水库联合调度为辅"思想建立梯级水库联合水量调度模型;同时,为了定量研究实施梯级水库联合水量调度对梯级水库发电的影响,建立了梯级水库联合发电调度模型.结合两种不同模型,选取设计平水年进行优化计算,结果表明,闭口期梯级水库在水量调度期间增加下泄水量的同时,发电量较发电调度时偏小;关键调度期梯级水库发电量比发电涮度时减少0.13亿kW·h,下泄水量比发电调度时多下泄0.34亿m3.可以看出,调水目标和发电目标是不可调和的,只有在梯级水库管理部门和水量调度管理部门的协调下,才能最终有效的解决.     

梯级水库汛限水位动态控制域计算方法研究

针对共同承担下游防洪任务的梯级水库,建立了基于库容补偿的梯级水库汛限水位动态控制域计算方法;分别建立了上、下库有富余防洪库容情形下的防洪库容置换模型,并从防洪有利和蓄水有利角度建立了改变上库出库过程的调度策略;以滹沱河岗南-黄壁庄梯级水库为例,建立了有富余防洪库容的水库水位与关联库汛限水位抬升值之间的关系,取得了合理的结果。     

梯级水库优化调度中的矩形体遗传算法

传统遗传算法中染色体的编码形式一般为链条形,即不论采用二进制编码还是实数编码,可行解均以链条的形式表现,遗传操作也是在这种链式编码的基础上进行的。当决策变量增多,链条加长时,这种遗传算法的计算效率变得很低。此外,在梯级水库优化调度中,由于上、下游水库间存在的耦合关系,使得上游水库基因段中某一位基因的改变将连锁式地引发下游各水库基因段中相应基因的改变,这种连锁变化在链式编码中的实现是较复杂的。为此,本文提出了矩形体编码的遗传算法,它可以有效提高传统遗传算法在处理这类问题时的效率,并使优化结果得到提高。最后通过一个算例,说明了该方法的可行性与有效性。