基于改进人工鱼群算法的旱限水位优化控制

针对人工鱼群算法全局搜索和局部搜索平衡能力较弱、算法运行后期搜索盲目性加大等问题,提出了人工鱼视野和步长的动态自适应调整、年际间缺水率均衡的动态控制等改进措施,建立了求解多年调节水库旱限水位的改进人工鱼群算法。通过黄河连续枯水段1990—1999年的实例研究,应用基于改进人工鱼群算法优化龙羊峡水库旱限水位,并与实际调度进行了对比。结果表明:优化控制可以合理预留调度期末水库蓄水量,流域缺水率均控制在10%左右,实现了年际间缺水均衡。     

大型灌区骨干水库分期旱限水位研究

水库作为常见的重要水利工程设施,在区域水资源承载力水量、水质、水生态和水流更新等要素调控中具有举足轻重的地位和作用,在降水径流减少的枯水季节显得尤其重要。旱限水位是水库在低水位调度运行的控制性特征水位,其合理设置与科学运用对区域水资源高效利用意义重大。为此以淠史杭灌区梅山水库的来水特性和用户需水特性为基础,首先采用Hausdorff维数分形方法划分了梅山水库入库径流干旱预警时段,进而通过不同水平年各预警期内来水、供水调节计算了初始旱限水位:旱警水位和旱枯水位,并以水库灌区水资源系统长系列模拟模型及优化模型为依托,优化确定了梅山水库不同预警期的旱限水位,最后分别从水库运行、灌区灌溉、生产生活供水、生态用水以及水力发电等多角度评估了旱限水位的合理性,为水利部门指导水库灌区抗旱运行,制订相应抗旱预案提供技术参考。     

基于逆序递推的水库分级分期旱限水位确定方法研究

开展水库旱限水位确定技术研究,对于科学指导水库抗旱调度具有重要的意义。因此本文在旱限水位内涵解析的基础上,提出一种水库分级分期旱限水位计算新方法,充分考虑不同的干旱等级、不同行业年内需水过程的差异,采用逆序递推算法得到水库分级分期旱限水位。以山西省张峰水库作为研究对象,计算得到汛期、枯水期、农业灌溉期的旱警水位分别为 756.5 m,756.2 m,754.5 m,旱保水位分别为 735.8 m,730.7 m,728.2 m。通过方法对比分析,发现新的计算方法能够对更多的行业、更长的时段进行供水改善,在指导水库抗旱调度,提升水利工程群干旱防御能力方面具有显著优势。     

多年调节水库旱限水位优化控制研究

在分析多年调节水库功能的基础上,辨析提出多年调节水库旱限水位的概念和内涵。基于最优控制理论和自适应技术,以干旱年份流域供水总收益最大为目标建立具有在线辨识、自动寻优的多年调节水库旱限水位最优控制模型,并引入人工鱼群智能求解算法,实现多年调节水库跨年度补水收益最大化和出库过程最优化。以黄河流域20世纪90年代连续干旱枯水时段为例,优化提出龙羊峡水库旱限水位控制方案,集成多年调节水库旱限水位控制策略。结果表明,通过龙羊峡水库旱限水位最优控制实施跨年度补水和蓄丰补枯,可增加干旱枯水年份的供水量,在一定程度上减轻流域旱灾损失。     

水库分级分期旱限水位设计与控制研究

水库旱限水位的合理设置与科学运用对实现水资源安全高效利用、减轻旱灾损失具有重要意义.针对现有方法确定旱限水位时未全面考虑用户对供水保证率、破坏深度的要求,借助优化方法计算而在推广应用时有较高的技术门槛与难度等问题,本文明确了水库分级分期旱限水位定义,以各用户供水保证率最大、最大供水破坏深度最小为目标,构建了旱限水位优化...     

龙羊峡水库旱限水位优化控制研究

龙羊峡水库是黄河上游具有供水、发电等多目标运用方式的多年调节水库。在分析多年调节水库功能的基础上,辨析提出多年调节水库旱限水位的概念、内涵。研究多年调节水库旱限水位控制的理论与方法,基于最优控制理论和自适应技术,建立由多年调节水库跨年度补水收益最大化和出库过程最优化的控制模型,并探讨人工鱼群智能算法的求解实现。以黄河流域1990年代连续干旱枯水时段为例,研究了龙羊峡水库最优旱限水位控制策略,结果表明通过龙羊峡水库旱限水位最优控制实施跨年度补水、蓄丰补枯可增加干旱枯水年份的可供水量,在一定程度上减轻黄河流域旱灾损失。     

考虑生态需水量的汾河梯级水库联合调度研究

采用湿周法、Tennant法、频率曲线法等生态需水计算方法,计算汾河的生态基流量,综合考虑河道下渗、植被需水等因素,提出合理的汾河上中游的生态需水要求。在此基础上,建立汾河水库与汾河二库联合调度模型,制定合理的、考虑生态的水库调度规则。考虑近年来引黄水量增加,运用遗传算法对调度线进行优化,以提高水资源利用率。     

供需双侧调控下水稻灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化研究

对于水资源主要消耗用户和粮食重要生产基地的大型灌区,进行供需双侧调控是缓解灌区水资源供需矛盾、提高区域高质量可持续发展的重要途径之一。为了揭示灌区水-能源-粮食复杂的协调关系,针对性地开展系统优化调控。首先基于系统评价理论构建大型灌区水-能源-粮食系统耦合协调度评价模型,再基于灌区水资源系统模拟模型,以灌区水-能源-粮食耦合协调度最大为目标,以灌区主要作物水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限制供水比例作为优化调控变量,结合加速遗传算法,开展基于水资源供需双侧优化调控的灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化调控研究。杭埠河灌区应用结果显示:优化调控确定的灌区水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限供比例,相较于灌区运行现状能提高水-能源-粮食系统耦合协调水平,双季稻种植面积一定程度恢复使粮食产量明显提高,优化的水库旱限水位及水稻需水关键期水库限供比例,可在提升灌区干旱年份水资源利用效率的同时,较好地降低粮食作物因旱减产损失。可见,开展灌区供需双侧优化调控能显著提高灌区水-能源-粮食系统耦合协调性和适配性,可为提高水资源利用效率、布局主要粮食作物生产以及落实灌区水利高质量发展实施途径提供参考。     

锦江水库旱警水位确定的分析与探讨

通过对锦江水库的来水、灌溉用水、生活用水以及生态需水的分析,确定了水库的旱警水位,并对旱警水位进行合理性分析,为启动抗旱应急响应提供参考依据。     

广西干旱特征及水库旱警水位确定

为了做好旱灾防御确保供水安全工作，推进全区水库旱警水位划分，本文以贵港市平龙水库为例，考虑一定枯水情景下重要供水对象的保障程度，提出逻辑清晰、可操作性强的水库旱警水位指标，探讨旱警水位成果应用前景。根据量化指标及早预报旱情作出水源应急调度安排，为地方政府提前谋划应急抗旱水源提供科学依据。     

黄河三门峡以下流域水资源调配研究

黄河三门峡以下河段水资源供需紧张、断流频繁。本文针对此问题，采用月径流量延时曲线和超越机率曲线、系统仿真方法研究黄河三门峡以下流域在不同来流条件下水资源的供需情势，研究结果表明：(1)小浪底水库的兴建，大大改善了三门峡以下水资源的供需状况，但在来水较枯的年份，水资源供给仍然紧张；(2)在枯水年份，三门峡以下即使再增加水库或加大库容，也不能缓解水资源的供需紧张状况，要解决缺水状况主要依靠上游水库调节水量或采取节约用水的措施。     

基于模糊集对分析的灌区水库旱限水位及供水策略优化研究

随着经济社会发展和气候条件改变,我国区域干旱问题日益突出,水库在抗旱减灾过程中的作用越来越凸显,旱限水位的提出与应用对有效发挥大中型水库在抗旱中的调控作用、缓解流域旱情具有重要意义。针对旱限水位研究现状,本文以史河灌区梅山水库为例,首先考虑城乡供水、农业灌溉、水力发电和生态环境等诸多因素,构建基于模糊集对分析法的水库灌区水资源系统运行效果综合评价模型,并以水资源系统综合运行等级最优为目标,以分期分级旱限水位、灌溉限供措施(基于水库来水特征和作物生长特性)为优化变量,运用免疫遗传算法进行系统优化求解,最后对比有无旱限水位下水库水资源系统综合运行效果,并分析了不同控制方式下水库供水变化和灌区作物因旱减产风险。结果显示：该优化方法相较于以水库供水经济效益为目标旱限水位确定方法,多项年均指标都有较大改善,其中梅山水库经济效益提高了46万元,充反调节水库水量增加了555万m³,而水库弃水量减少了566万m³;史河灌区塘坝供水量增加了253万m³,而作物减产率下降了3.32%,同时作物因旱减产风险降低了3.15%。可见,运用系统综合...     

基于仿真规则与智能优化的水库多目标调控模型及其应用

为解决多个用户的用水竞争矛盾,改变经济社会用水长期挤占生态环境用水的不合理现状,把水库下游的河流生态系统作为一个独立用水户,进而按照水库用水户的优先级,制定水库分区供水调度仿真规则;为解决水库调度方案的最优性与可操作性的统一问题,构建多用户供水保证率最大化且尽可能均衡的水库优化调度模型目标函数;在此基础上建立了基于仿真规则与智能优化的水库多目标调控模型。以潘家口水库为例,计算了现状供水规模下的水库调度方案,绘制了水库多用户分区供水调度图。结果表明:本文模型有效,提出的水库分区调度方案较之现行调度,可在不降低兴利和防洪效益的前提下,显著提高水库下游河道生态系统的供水保证率。     

Modelling Intelligent Water Resources Allocation for Multi-users

This study proposes intelligent water resources allocation strategies for multiple users through hybrid artificial intelligence techniques implemented for reservoir operation optimization and water shortage rate estimation. A two-fold scheme is developed for (1) knowledge acquisition through searching input–output patterns of optimal reservoir operation by optimization methods and (2) the inference system through mapping the current input pattern to estimate the water shortage rate by artificial neural networks (ANNs). The Shihmen Reservoir in northern Taiwan is the study case. We first design nine possible water demand conditions by investigating the changes in historical water supply. With the nine designed conditions and 44-year historical 10-day reservoir inflow data collected during the growth season (3 months) of the first paddy crop, we first conduct the optimization search of reservoir operation by using the non-dominated sorting genetic algorithm-II (NSGA-II) in consideration of agricultural and public water demands simultaneously. The simulation method is used as a comparative model to the NSGA-II. Results demonstrate that the NSGA-II can suitably search the optimal water allocation series and obtain much lower seasonal water shortage rates than those of the simulation method. Then seasonal water shortage rates in response to future water demands for both sectors are estimated by using the adaptive network fuzzy inference system (ANFIS). The back-propagation neural network (BPNN) is adopted as a comparative model to the ANFIS. During model construction, future water demands, predicted monthly inflows (or seasonal inflow) of the reservoir in the next coming quarter and historical initial reservoir storages configure the input patterns while the optimal seasonal water shortage rates obtained from the NSGA-II serve as output targets (training targets) for both neural networks. Results indicate that the ANFIS and the BPNN models produce almost equally good performance in estimating water shortage rates, yet the ANFIS model produces even better stability. The reliability of the proposed scheme is further examined by scenario analysis. The scenario analysis indicates that an increase in public water demand or a decrease in agricultural water demand would bring more impacts of water supply on agricultural sectors than public sectors. Similarly, a bigger decrease in inflow amount would obviously bring more influence on agricultural sectors than public one. Consequently, given predicted inflow, decision makers can pre-experience the possible outcomes in response to competing water demands through the estimation models in order to determine adequate water supply as well as preparedness measures, if needed, for drought mitigation.     

丹江口水库兴利效益影响因素分析

丹江口大坝加高后,作为南水北调中线工程水源地,其供水等兴利功能地位更为突出,而汉江上游降雨量的减少及梯级水库的调蓄,大大降低了丹江口水库的可调用水资源量。为充分发挥水库的兴利效益,通过对不同频率的来水进行调节计算,从供水满足率、年均发电量、年均弃水量3个方面计算分析起调水位、来水不确定性和汛限水位对丹江口水库兴利效益的影响。结果表明:①起调水位对来水频率＞90%的枯水年供水效益影响较大,由150 m提高至160 m,水库供水满足率可由44.38%提高至93.42%;对来水频率＜75.7%的年份其影响主要体现在发电上,起调水位越高,年均发电量越高,年均弃水量越小,起调水位由150 m提高至170 m至少可增加发电量10亿kW·h;②来水频率越大,水库供水满足率、年均发电量均越小;水库弃水和供水短缺在来水较丰时同时存在;③丹江口水库夏季汛限水位对水库兴利效益的影响比秋季汛限水位更显著;对至少有2 a为枯水年的3 a调节周期,汛限水位对弃水量的影响最明显;④兴利效益的主要影响因素为起调水位,除水库遭遇连续枯水年外,丹江口水库兴利起调水位为162 m,可满足不同水平年的供水需求。     

一种常用水库水温计算经验公式的改进研究

东勘院法是在总结新安江、新丰江等水库水温分布规律基础上,经统计分析得出的常用于计算水库垂向月均水温的经验公式。该方法用于计算其他区域不同类型水库水温时,存在一定的偏差:一是1~3月垂向水温存在不合理的温跃层;二是对于水深大于40 m的水库,总是出现一个滞温层,温跃层和滞温层的交界面基本分布在水深40 m左右。为减小计算偏差,本研究通过分析东勘院法主要参数n、x取值对计算结果的影响,对参数n、x的取值进行了优化改进。通过国内多个水库水温资料验证,表明:改进后的东勘院法可明显提高水温预测精度。     

Reservoir Optimization-Simulation with a Sediment Evacuation Model to Minimize Irrigation Deficits

Importance of existing reservoirs for supplying fresh water has increased significantly due to population increase and enhanced living standards, while the reduced development of new reservoirs in recent decades has made it even more pertinent that the current battery of reservoirs be operated in a sustainable and efficient manner. In order to move a step towards the goal of sustainability, sediment evacuation must be considered when optimizing a reservoir??s operations. The Reservoir Optimization-Simulation with Sediment Evacuation (ROSSE) model is a recently developed tool which internalizes sediment evacuation routines and the simulation module in a newly developed GA-based optimization module. This article applies the ROSSE model with the aim of minimizing irrigation shortages in the Tarbela Reservoir, Pakistan. The article also calculates the suitable values of various GA parameters required to run the model through a sensitivity analysis. Simulation results of three sets of rule curves??one existing and two optimized sets??are compared with each other for parameters like irrigation shortage, power generation, sediment evacuation and flood dis-benefits (damages). It is found that the optimized rule curves of scenario 1 reduce the irrigation shortages by 39?% while the optimized rule curves of scenario 2 can reduce the irrigation shortages by 24?% of that of the shortages by existing rule curves. The optimized rule curves of scenario 2 also ensure the current level of hydropower generation and sediment evacuation for the Tarbela reservoir. The study recommends a change in the reservoir??s existing rule curves in order to reduce irrigation shortages. The incorporation of the sediment evacuation routine and availability of economic and hydro based objective functions in the optimization model will help achieving the goal of sustainability.     

多沙河流水库自适应控制运用

在对现有水库运用模式进行比较分析的基础上,提出了多沙河流水库自适应控制运用的概念,建立了相应的运用模式。该运用模式不仅基于历史的水沙条件,而且兼顾了当前的来水来沙条件、水库地形条件、水库泄流能力、水库的功能等方面的综合影响,并通过多目标优化方法确定坝前运行水位和下泄流量,较现有的运用模式更能体现实际变化规律。为检验该模式的合理性,通过河工模型进行了不同运用方案的排沙试验,并进行了数学模型计算,其结果表明,水库的排沙主要集中于洪峰,水库在运用过程中若能在峰期合理控制,则可以达到既能大量排沙又能增大蓄水的目标,论证了本文建立的水库的自适应控制运用模式的合理性和可行性。