三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位研究Ⅱ——风险分析与运用方案

乌东德、白鹤滩水库投运后,长江上游水库群联合防洪调度为进一步提高三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位创造了有利条件。为提高三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位,针对金沙江下游梯级防洪库容投入运用条件,基于三峡坝址不同典型年的不同频率设计洪水,开展了荆江防洪和库区回水风险分析,提出了金沙江下游梯级配合三峡水库的等比例分级拦蓄方式,在确保荆江及库区防洪安全的前提下,提出了三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位优化运用方案,给出了金下梯级预留防洪库容与三峡水库对荆江防洪库容的等效关系。研究结果表明：提出的等比例分级拦蓄方式综合了拦量和削峰两种模式,有效利用了金下梯级防洪库容,调度效果最好;提出的水位优化运用方案具备较好的防洪减灾效果,丰富完善了长江上游水库群联合防洪调度方案,可进一步减少中下游超额洪量。研究成果可为长江水库群实际洪水调度提供技术支撑和决策参考。     

基于库容补偿分析确定葠窝水库汛限水位研究

针对国内提高汛限水位研究与实践中未考虑水库群库容补偿的现状,以观音阁-葠窝梯级水库群为背景,分析了考虑上游观音阁水库富余防洪库容补偿下游葠窝水库的可行性,通过适当选取地区设计洪水,拟定观音阁水库不同的起调水位方案,分别按规划和现状防洪标准两种情景,通过调洪计算确定了观音阁水库汛期不同水位下,葠窝水库汛限水位的提高值,并分析了提高汛限水位后蓄水与发电的效益变化。     

基于PSO的梯级水库联合防洪调度

在分析梯级水库联合防洪调度、上下游水库及防洪保护对象之间复杂的水文水力联系和水库群对防洪保护对象防洪补偿调度方式的基础上,建立了梯级水库联合防洪补偿调度模型,并提出了一种基于粒子群算法的模型求解方法。以湖南省资水流域上柘溪与金塘冲水库为例,根据不同典型年的地区洪水组合,通过模型求解拟定了梯级水库联合补偿调度原则。分析研究结果表明,这种基于PSO的梯级水库联合防洪调度原则是合理的,该模型能在一定程度上简化梯级水库联合防洪补偿调度的复杂性,为解决梯级水库联合防洪补偿调度提供了一条简洁有效的途径。     

三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位研究Ⅰ——需求分析与优化条件

城陵矶地区是长江中下游洪灾最频发的区域之一,是长江水库群防洪的重点保护对象。金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4座梯级水库与三峡水库组成的巨型水库群防洪能力巨大,显著改变了流域防洪调度格局。在概括分析城陵矶地区防洪需求,回顾三峡水库对城陵矶地区防洪补偿控制水位不同阶段成果的基础上,剖析了优化防洪补偿控制水位的研究要点,研究了金沙江下游梯级防洪库容投入情况,进而明确了提高防洪补偿控制水位的有利条件。研究结果表明：在三峡水库水位达到城陵矶防洪补偿控制水位158.00 m后,金沙江下游梯级水库在预留40.93亿m³防洪库容的基础上,尚有30亿～60亿m³富余防洪库容可配合运用,为进一步提高三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位创造了良好条件。     

梯级水库群超标洪水的协同应急调度研究

受全球气候变暖影响,极端天气事件发生频次增加,超标准洪水灾害的突发性、危害性和不可预见性更加突出,使得梯级水库面临的应急处置问题日益凸显,其中大坝溃决或连溃是梯级水库面临的最大威胁。针对超标洪水,实施水库群协同应急调度,是发挥水库综合利用效益的有效手段之一。本文选取最高水位最低化准则作为超标洪水协同应急调度模型的目标函数,采用逐步优化算法求解梯级水库群超标洪水协同应急调度模型,对梯级水库群超标洪水应急调度方案进行了有益的探索,并以大渡河流域瀑布沟水库、深溪沟水库和枕头坝一级水库为例,对其超标洪水过程进行调度计算,验证了上述模型的合理性和可靠性。结果表明:通过梯级水库群的协同应急调度,各水库在洪水前期预泄水库水量,尽可能腾出更多的水库库容,便于迎接后期可能发生的洪水,尽可能地降低各水库的水位,有效确保梯级水库群的防洪安全。研究成果对各大流域梯级水库群超标洪水的应急调度机制的建立具有重要的理论意义和工程实践价值。     

基于组合赋权-理想点法的梯级水库蓄水研究

为了协调多沙河流上梯级水库运行过程中防洪与兴利之间的矛盾,首先分析汛末提前蓄水对梯级水库防洪、兴利以及泥沙淤积的影响,然后构建梯级汛末蓄水方案多目标决策模型,利用基于粒子群的多目标搜索算法筛选出非劣解方案集,最后利用组合赋权-理想点法对非劣解集进行综合评价,得出协同优化各目标的最佳蓄水方案。将该模型应用于某流域两个串联水库的汛末蓄水研究,结果表明:根据该模型确定的蓄水最优方案与原方案相比,梯级汛末蓄满率增大了59%,多年平均年发电量增加了0.28亿k W·h,而防洪风险率与库容淤损率仅有小幅度增大。在对水库防洪安全及淤积库容影响不大的情况下,该方案较显著地提高了梯级的兴利效果。     

基于库容风险频率曲线的水库群联合防洪调度研究

水库实时防洪调度决策是一类多目标、多阶段、多约束的复杂决策问题,风险分析是实时防洪决策的重要环节和依据,本文提出一种基于防洪库容风险频率曲线的梯级水库群防洪风险共担理论及水库风险-调度-决策理论体系,并结合溪洛渡、向家坝、三峡水库实际情况,运用自主研发的梯级水库群联合防洪调度风险分析模型,分析梯级水库群在汛期不同时段的防洪风险,并将风险率引入实时防洪调度决策,以期为水库群防洪调度提供决策依据,提高联合防洪调度系统综合利用效益。研究表明,实时调度过程中考虑风险率因素能够在保证防洪安全的同时有效提高水库群综合效益,风险-调度-决策理论能够为水库群调度方案优选提供依据。     

长江流域上游控制性水库群联合防洪调度研究

长江流域水系复杂,防洪对象分布范围广,控制性水库的防洪调度目标具有多元化、分布多区域特征,如何科学运用水库防洪库容,有序兼顾各区域防洪是流域控制性水库群联合防洪调度的关键。选取溪洛渡、向家坝与三峡水库组成的水库群为对象,基于大系统分解协调原理,先通过逐次分解各防洪区域对溪洛渡、向家坝两库预留防洪库容的要求,在结合区域间洪水遭遇关联性分析的基础上,提出两库防洪库容在协调川江与长江中下游两区域防洪中的分配方案;同时对三峡水库的防洪调度方式深入优化,提出适当扩大对城陵矶防洪补偿库容分配方案。研究成果表明,联合调度方案可进一步减少长江中下游分洪量,对于提高整个流域防洪减灾水平,完善长江流域库群防洪调度体系具有重要意义。     

梯级水库连续溃坝计算

为了合理地规划水库群的防洪设计标准,应给出水库渍坝流量过程甚至梯级水库连续溃坝的流量过程.该文选取2个梯级水库(上游水库的库容远大于下游水库库容),计算上游水库溃坝洪水,并研究上游水库渍决引起下游水库连续渍坝的可能性,采用简化水力计算法、经验公式等方法计算下游水库渍坝可能发生的时间以及连续溃坝流量过程,为类似梯级水库工...     

金沙江梯级与三峡水库联合防洪调度研究

金沙江下游溪洛渡、向家坝梯级水库具有对川江沿岸重要城市和配合三峡水库对长江中下游进行防洪的双重防洪功能,如何科学划分金沙江梯级水库有限防洪库容、协调各防洪对象的调度方式,是溪洛渡、向家坝配合三峡防洪调度这一面向多区域防洪问题的关键科学问题。首先在金沙江溪洛渡、向家坝梯级规划设计防洪库容的基础上,按照所在河段防洪目标及配合三峡水库对中下游防洪的次序,探讨了川渝河段及长江中下游重点区域防洪对溪洛渡、向家坝梯级水库防洪库容的预留要求;进而分析了上、下游洪水遭遇类型及相关性,寻求针对不同区域防洪的库容共用空间,确定防洪库容分配方案;最后,分析了上游水库拦蓄方式对三峡入库洪水的影响,提出科学、合理、可行的金沙江溪洛渡、向家坝梯级配合三峡水库联合防洪的调度方式。分析认为,联合调度可有效减轻长江中游的防洪压力,经济效益显著。     

Joint Operation and Dynamic Control of Flood Limiting Water Levels for Cascade Reservoirs

Reservoirs are among the most effective tools for integrated water resources development and management. The dynamic control of reservoir flood limiting water level (FLWL) is a valuable and effective method to compromise the flood control and conservation for reservoir operation during the flood season. This paper focuses on joint operation and dynamic control of FLWL for cascade reservoirs. A composition and decomposition-based model that consists of an aggregation module, a storage decomposition module and a simulation operation module was developed. The model was applied to the Qingjiang basin in south of China using the 3-hour inflow data series for representative hydrological years. Application results indicate that the proposed model can make an effective tradeoff between the flood control and hydropower generation. Joint operation and dynamic control of FLWL can increase power production by 4.51 % (1.79?×?10⁸?kWh) and increase water use rate by 2.73 %. It can enhance benefits of the Qingjiang cascade reservoirs without compromising flood prevention objectives.     

水电站水库防洪优化调度的模型与方法

水库防洪调度是一种确保水库及下游安全的控制运行方法，通过建立水电站水库优化调度模型，利用动态规划方法，可以计算单一水库或者梯级水电站群的最优调度方案，从而确保水库工程安全，有效利用防洪库容拦蓄洪水，削减洪峰，减免洪水灾害，充分发挥水库的综合效益。通过建立水库防洪调度的数学模型，利用动态规划方法对单一水电站水库的防洪调度进行了研究。     

溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库联合蓄水方案与多目标决策研究

为协调好梯级水库联合蓄水调度过程中防洪、发电、蓄水和航运等目标之间的矛盾,实现各水库蓄水时机与蓄水进程的协同优化,以溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库为例,推求了可权衡防洪与兴利之间矛盾的梯级水库联合蓄水方案,主要研究内容主要包括以下3个部分:(1)风险分析,推求了汛末各分期内坝前最高安全水位约束和联合蓄水方案的防洪风险;(2)兴利效益分析,分析了联合蓄水方案的发电和蓄水等兴利效益;(3)多目标决策,评价了联合蓄水方案的防洪风险、发电和蓄水效益,得出了最优非劣质蓄水方案。研究结果表明:溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库的较优联合蓄水方案,分别为9月5日起蓄的同步起蓄方案和9月1日-9月5日-9月10日起蓄的异步起蓄方案,较原设计蓄水方案,年均发电量可分别增加23.76和20.43亿k W·h,增幅分别为3.25%和2.78%;蓄水率可由96.73%分别提高至97.51%和97.57%,两者均可在不降低原防洪标准的前提下,提高梯级水库的综合效益,前者的发电效益较优,而后者的蓄水效益较优。     

A Multi-Objective Optimization Model for Coordinated Regulation of Flow and Sediment in Cascade Reservoirs

This paper presents a multi-objective optimization model for the coordinated regulation of flow and sediment in cascade reservoirs. The model was developed to address two contradicting issues: sediment trapping and flow regulation. The benefits of flood control, hydropower generation and navigation, and sedimentation in cascade reservoirs were considered as the target functions; then the corresponding submodels for reservoir operation and sediment computation were established. The model was implemented by reducing it to a single objective nonlinear model using the constraint method. Non-inferior solutions were obtained by solving the model with catfish effect particle swarm optimization algorithm. The model was applied to the cascade system of Xiluodu and Xiangjiaba reservoirs in the lower Jinsha River in the flood recession period. Under the safety of flood control and navigation, a non-inferior set for impounding time, power generation, and siltation-loss rate of capacity was obtained and optimal solutions with different weights were derived. The results demonstrate that the model is a useful tool in coordinated operations of cascade reservoirs.     

苗家坝-碧口梯级水库汛期水位动态控制研究

本文将单一水库预泄能力约束法,推广到梯级水库汛期水位动态控制中,并建立了梯级水库汛期水位联合运用和动态控制模型,假定预报信息准确,在不降低下游保护对象的防洪标准的前提下,最大限度发挥梯级水库的兴利效益。以苗家坝、碧口水库为对象进行了实时调度模拟,其结果相比于原设计汛限水位动态控制方案,减少了弃水,且保证最大出库流量均在可控范围内,达到在不降低防洪标准的前提下提高梯级水库兴利效益的目的,大大提高了洪水资源利用率。     

长江流域梯级枢纽泥沙调控关键技术

通过将水沙动力学与水库调度优化理论相结合,围绕长江流域梯级枢纽泥沙调控关键技术开展研究。在改进恢复饱和系数、非均匀沙挟沙力等关键计算模式的基础上,完善并集成长江上游梯级水库群水沙数学模型、长江中下游复杂江湖河网水沙数学模型和典型河段平面二维水沙数学模型,构建了江河湖库水沙输移模拟模块。基于泥沙对防洪、发电、航运和长期使用4个主要目标的影响,构建了长江泥沙优化调控目标函数,进而集成水沙输移模拟模块构建了长江泥沙优化调度模型,并提出了基于预构泥沙信息库、结合BP神经网络的模型求解方法和非劣解集的改进灰靶评价方法。在此基础上,以三峡水库为例,提出了汛期“蓄清排浑”动态运用方案以及长期分阶段泥沙调控策略。     

溪洛渡、向家坝水库与三峡水库联合蓄水调度研究

由于溪洛渡、向家坝水库与三峡水库蓄水时间上的同步性,使三峡水库蓄水难度进一步加大,进而影响其综合效益的发挥。为满足下游地区在蓄水期对上游梯级水库下泄流量的新要求,研究金沙江溪洛渡、向家坝水库与三峡水库联合蓄水调度方案,优化梯级水库蓄水过程。在综合分析防洪、泥沙、库区、发电及供水等指标基础上,推荐梯级水库蓄水调度方案。防洪、库区淹没及泥沙淤积的影响分析表明,所提方案可进一步缓解下游地区的供水压力,对金沙江梯级水库联合蓄水调度一定实践指导意义。