水文序列变异对水库调度运行的影响研究

以安康水库为研究对象,探讨水文序列变异对水库调度运行结果的影响。利用Mann-Kendall秩次检验法、有序聚类和累积距平3种方法诊断1950-2014年安康入库径流序列,并确定变异点;同时,建立发电量最大模型,利用遗传算法优化求解变异前、后径流序列的调度结果。结果表明:安康水库入库径流在1984年处发生变异,变异后序列径流呈现减小的趋势;对比变异前,电站在变异后运行过程中多年平均发电量和整体运行水位都呈现降低的趋势,桃汛期内水库水位是上升的趋势。该研究在水电站设计、水库运行等方面具有重要的应用价值。     

基于主成分分析的水电入库径流特性评价

针对4个典型水力发电流域,选取了反映入库径流日、月流量水平、离散状况和分布特征的21个指标,运用主成分分析法提取指标中的独立有效信息,计算各独立成分的贡献率、载荷及得分,再根据得分评价样本水电站的入库径流特性。结果表明,入库径流特性可用3～4个主成分综合表达,其中第一主成分主要反映入库径流平均水平、变幅、离散程度、分布对称性,其他主成分主要反映径流季节性、基流、变异状况,各样本水电站得分的相对大小反映入库径流特征的差异。研究可作为水力发电能力预测、汛期减少弃水、平衡发电与供水、实现精细化管理的分析基础。     

冶勒水库年、月径流预测模型研究

电力市场环境下水电站入库径流预测对水电站安排发电调度计划，进行期货电量交易和竞价上网具有重要意义。基于历史径流序列，研究了冶勒水库年、月径流预测模型，并通过比较检验，筛选出较好模型，供电站生产使用参考。     

碛口水库与安康,石泉水库补偿调节效益

碛口水电站与安康，石泉水电站都供电陕西省电网，且入库径流差异很大，存在着补偿调节的可能性。本文根据各水库运用的特点，对三电站的补偿效益进行了初步分析，对于碛口水利枢纽设计时径流调节方法的确定，起到了重要的作用。     

汉江上游径流非一致性演变特征及频率分析

受全球气候变化及大规模人类活动的影响,导致流域径流产生变化,水文序列发生变异。基于汉江上游武侯镇、洋县、安康3个水文站点逐日径流数据,采用Mann-Kendall及Lee-Heghinan法进行非一致性检验,并将变异的水文序列进行基于趋势分析的非一致性水文序列修正计算,根据Pearson-Ⅲ频率分布曲线确定修正前后不同保证率设计值,以期为水利工程规划设计与管理提供参考。结果表明:3站年径流呈递减趋势,递减率自上游向下游递增,均有变异发生,且下游变异时间略滞后于上游,区间汇水是控制下游水量及突变的主要因素;武侯镇年最大日径流微弱增加,洋县与安康递减;经一致性修正,对应近期气候与下垫面条件下100年一遇洪水设计值较历史值变化显著。     

岳城水库入库径流演变特征及成因分析

利用1951-2001年岳城水库实测入库年径流量与汛期径流量2类序列,采用随机水文学方法结合序列统计性质揭示了入库径流演变规律,从气候和人类活动角度探讨入库径流演变的动因。分析结果表明,岳城水库实测入库径流呈显著减少趋势,序列具有明显的随机相依过程特点,径流演变过程呈现明显阶段性。岳城水库入库径流减少受到20世纪60年代中期以来气候干旱的影响,但上游渠道引水是减少的主要原因。气候干旱与人类影响因素叠加,使得入库径流减少得更多。     

水电站群随机优化调度问题的研究

本文应用大系统随机控制理论,提出了面临时段有无径流预报的水电站群长期优化调度随机递阶控制方法。它不仅可同时考虑水电站群入库径流、水库蓄放水序列间的时、空随机相关,避免了“维数灾”,而且给出了简单易行的水库群最优放水决策规则,以便对水电站群调度实现计算机控制。该法是解决入库径流、水库蓄放水时空随机相关多目标多水库非线性优化调度问题的一条新途径。     

密云水库入库径流演变特性及成因分析

密云水库是北京唯一的地表饮用水源地,水库水量的多少直接关系到首都人民的生活。根据密云水库1960—2009年年入库径流量和汛期径流量2类序列,采用随机水文学方法结合序列统计性质揭示了入库径流演变规律,从降雨、人类活动和土地利用变化角度探讨入库径流演变的成因。结果表明:年入库径流和汛期入库径流都呈现减小趋势,1999年以后减小趋势更为明显,年径流减小程度比汛期显著,年际变化有明显的阶段性。受多种因素影响的密云水库入库径流序列包含相依成分,特别是年径流序列相依关系较强。入库径流减少的趋势不是单一由降水造成,流域内人类活动和土地利用变化是径流量锐减的主要原因。     

水电站能量指标的影响因素分析

水电站运行多年后,特性值会发生改变。以安康水电站为例,在分析水电站能量指标影响因素的基础上,通过在变化条件下建立等出力调节模型,对水电站的能量指标进行了复核。结果显示,径流系列、下游水位与流量关系、水位与库容关系这3种因素的变化使得安康水电站的保证出力分别减少0.05万kW、-0.2万kW,0.07万kW,多年平均发电量分别减少1.52亿kW.h、-0.02亿kW.h、0.05亿kW.h。进一步分析发现,当天然入库径流量减少时,水电站能量指标相应减小;当同一流量对应的下游水位呈下降趋势时,能量指标增大;当水库同一水位对应的库容减小时,能量指标减小;在3种因素共同作用下,安康水电站能量指标减小。     

基于小波分析的丹江口水库水文年度入库径流变化特征

根据丹江口水库运行调度的实践,采用Morlet小波函数,对丹江口水库水文年度、汛期和非汛期的径流时间序列进行小波分析,揭示了丹江口水库入库径流多时间尺度的复杂结构,并分析了不同尺度下径流序列的周期变化和突变点.研究结果表明:水文年度、汛期、非汛期入库径流序列都存在9,20,40,50a的主要周期,并且水文年度入库径流与...     

基于小波分析的丹江口水库水文年度入库径流变化特征

根据丹江口水库运行调度的实践,采用Morlet小波函数,对丹江口水库水文年度、汛期和非汛期的径流时间序列进行小波分析,揭示了丹江口水库入库径流多时间尺度的复杂结构,并分析了不同尺度下径流序列的周期变化和突变点。研究结果表明：水文年度、汛期、非汛期入库径流序列都存在9,20,40,50a的主要周期,并且水文年度入库径流与汛期径流具有相似的周期演变特征。研究成果可供丹江口水库运行调度参考。     

气候变化对南方典型小水电站入库径流及发电的影响

在全球气候变化不断加剧的背景下,降水、气温、蒸发等气象要素的变化对流域水文和水力发电产生重要影响;中国作为水能资源丰富的国家,水力发电在能源结构中具有重要地位,研究气候变化对入库径流和水力发电的影响,对实现水资源和水电能源的可持续开发利用具有重要意义。以位于北江支流的官溪水电站为研究对象,基于19个CMIP6全球气候模式数据,利用RCCC-WBM模型分析了未来气候变化对官溪水电站入库径流和发电量的影响。结果表明：（1）在SSP2-4.5情景下,官溪水电站以上流域的气温、降水均呈现上升趋势;（2）尽管不同GCMs模式预估结果存在一定差异,从19个模式集合平均结果看,官溪水电站未来入库径流和水力发电量将有所增加;（3）与基准期（1981—2020年）相比,2031—2060年和2061—2090年官溪水电站入库流量将增加3.55%[-34.14%, 39.84%]和5.66%[-32.27%, 41.96%],发电量将可能增加5.87%[-29.3%, 50.1%]和8.03%[-27.3%, 52.4%]。未来径流和发电潜能的增加为官溪水电站的扩容改造提供了一定的科学依据。     

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%。     

基于相空间理论和支撑向量回归的入库径流预测

为得到一种适用性强且精度较高的水电站短期入库径流预测方法,研究构建了一种耦合相空间理论和支撑向量回归的日内入库径流预测方法。首先,利用互信息和虚假邻近点理论对入库径流历史数据进行相空间重构;然后,运用网格搜索算法对支撑向量回归模型进行参数率定和模型训练;最后得到径流预测的模型数据集。以三峡水库为例的研究结果表明,3种组合模型相比3种单一模型预测精度(相关系数R²)提升了8.9%～22.2%;所构建的组合模型(PSR-SVR)与3种单一预测模型、其他2种组合预测模型相比能够显著提高整体预测精度,与其他组合模型相比预测精度提高了4.1%～7.2%。方法也验证了相空间重构技术能有效应对混沌特性和还原径流序列的原始演变规律。     

三门峡水库进出库水沙过程变化趋势及变异点分析

采用时间序列分析方法对三门峡水库天然情况下及建库后进出库水沙过程进行了变化趋势以及变异点分析,结果表明天然情况下水沙序列基本处于无趋势状态;而三门峡水库运行后进出库水沙序列大多出现了较明显的下降趋势,并且趋势在未来仍将延续;三门峡水库的运行对流量序列的影响相对较小,对年内径流调节有一定影响,对入库含沙量的调整较大。     

径流变异对滹沱河流域水库生态调度的影响

分析了滹沱河中上游径流变异情况并计算了河道生态流量,通过构建岗南-黄壁庄梯级水库供水及生态多目标优化调度模型,并采用NSGA-Ⅱ求解多种情景方案,探求入库径流变异对水库生态调度的影响。研究结果表明：小觉站和平山站径流分别在1983年和1979年发生变异,流域径流整体呈显著下降趋势;利用频率众值法、Tennant法和年内展布法计算的河道理想、适宜及最小生态流量对应的年生态需水量分别为9.85亿、5.85亿、3.23亿m³;农业灌溉及生态需水缺水率随来水频率的增大而显著增大;入库径流下降趋势显著且发生变异,致使变异后不同水平年水库调度的供水保证率均有所降低;农业灌溉需水和生态需水矛盾显著,枯水年农业灌溉供水率降低4%可提高12%的生态供水率。     

安康水库入库洪水预报误差分布形式

为进一步探讨水库预报入库洪水误差可能服从的概率分布形式,在分析预报入库洪水、实测入库洪水和实际入库洪水之间关系的基础上,采用入库洪水误差的不同定义方式分别生成预报入库洪水误差序列,进而对误差序列的分布类型进行了假设检验和论证。以安康水库为例,分别对正态分布、对数正态分布、Gamma分布等十余种洪水预报误差可能服从的概率分布类型进行验证,结果表明:安康水库入库洪水预报误差序列符合Logistic分布规律,而不符合正态分布、皮尔逊Ⅲ型分布等其他类型分布。同目前广泛采用的正态分布相比,对于一些水库,采用Logistic分布类型可能会更好地表达其入库流量预报误差的概率特性。     

基于极值同频率法的非一致性年径流过程设计方法--以跳跃变异为例

由于气候系统变化和高强度人类活动的影响,天然年径流序列失去了一致性。为了适应变化环境对工程水文分析计算的新要求,本文以跳跃变异为例提出了基于极值同频率法的非一致性年径流过程设计方法:首先,采用水文变异诊断系统对不同时间尺度径流序列进行年际和年内分配情势变异分析;其次,根据年际变异和年内分配情势变异的时间点,将径流序列分段;再次,基于径流年际变异诊断结果,采用变化环境下非一致性水文频率计算方法计算不同时间尺度径流量变异前后过去不同保证率下的设计值;最后,基于径流年内分配变异诊断结果,在径流年内分配变异前后利用极值同频率法进行年径流过程设计。以东江岭下站为例,进行了非一致性年径流过程设计,并与未考虑"非一致性"影响的年径流过程设计结果进行了比较,发现岭下站设计年径流过程受"非一致性"影响显著,该结果可为东江流域水利工程的规划设计提供参考和依据。     

渭河流域径流序列变异检测与成因分析

针对水文时间序列的非线性和非平稳性,采用Hilbert-Huang变换对渭河林家村水文站1960—2000年的年径流序列进行变异检测;同时对影响渭河流域径流变化的因素进行分析。首先通过EMD对原始径流序列进行分解,得到不同分量的固有模态函数和残余趋势成分。对EMD高频分量求一阶微分,取其模值,模值最大的点即径流时间序列的变异点。经过分析可知,渭河流域林家村站存在3个变异点,分别为1972年、1982年和1994年。结果表明:对于变化环境下高度复杂、非线性的径流时间序列,采用Hilbert-Huang变换方法能够准确有效地诊断时间序列的变异点,并有效揭示径流序列在不同阶段的动力学结构特征。     

人类活动影响下的北江流域径流变化特征及其变异性分析

由于受环境变化特别是人类活动的影响,水文水资源系统出现了新的特征。认识水文特征变异规律,对维持人类社会的永续发展具有重要意义。本文以北江流域主要控制性水文站石角站53年（1956-2008）径流序列为基础,运用趋势分析、跳跃分析、相关分析等方法,研究了北江流域径流变化的基本特征和变异规律。结果表明：径流年内分配不均,年际变化大,年径流量序列呈不显著上升趋势,1973年发生了一次径流增量跃变。从对降雨、蒸发、径流系数的分析看,径流在1973年发生了变异,利用降雨-径流关系,分析了人类活动对径流演变的作用,发现城市化发展和水土流失加剧等导致了北江流域径流发生变异。可见,在人类活动的影响下,北江流域径流发生了变异。