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。     

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。     

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。     

长江上游水库群多目标优化调度模型及应用研究Ⅱ：水库群调度规则及蓄放次序

水库群联合调度中水库的协同调度规则和蓄放水次序是关键问题。在讨论多目标水库群联合调度的规则制定方法的基础上,依据"长江上游水库群多目标优化调度模型及应用研究(I):模型原理及求解"一文中推荐的多目标协调方案,统计得出长系列调度和多年平均水文条件下的各水库联合调度规则图,并讨论了其适用条件。进一步分析了推荐方案下水库群联合调度的汛前放水和汛末蓄水次序。研究表明,在多年长系列联合优化调度下,长江上游具有调蓄库容和防洪任务的11座多目标混联水库群,其蓄放水次序具有统计规律。出现概率最大的优化放水次序为:三峡—水布垭—锦屏I级—溪洛渡、构皮滩、二滩—紫坪铺、瀑布沟—隔河岩、宝珠寺、向家坝;优化蓄水次序为:锦屏I级—二滩、水布垭—隔河岩—溪洛渡、瀑布沟、紫坪铺、宝珠寺、构皮滩—向家坝—三峡。对于串联梯级水库群,上游水库先放水,下游水库后放水;上游水库先蓄水,下游水库先蓄满。     

水库群防洪库容利用等效关系研究

为定量研究遭遇不同类型洪水时不同水库之间防洪库容利用等效关系,结合马斯京根模型,从理论上推导分析了河道洪水演进对水库防洪调度的影响,然后提出水库群防洪库容利用等效比及其计算方法,最后以锦屏一级、二滩、溪洛渡、向家坝、三峡水库对枝城站的联合防洪补偿调度为例,分析遭遇6场有代表性设计洪水时,上游水库对三峡水库的防洪库容利用等效比。研究结果表明:(1)上游水库对三峡水库的防洪库容利用等效比大于等于1,且随上游水库与三峡水库距离的增加而增大;(2)随着三峡水库使用防洪库容的减少,上游水库对三峡水库的防洪库容利用等效比逐渐增大;(3)上游水库可控制洪水占三峡水库入库洪水比例越大,上游水库对三峡水库防洪库容利用等效比越小;(4)防洪库容利用等效比随着枝城站天然洪水超标历时的增加而逐渐减少,并趋向1。     

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。     

水电站水库群防洪补偿联合调度模型研究及应用

针对具有下游防洪任务的水电站水库群,提出基于预报及库容补偿的水库群防洪补偿联合调度逐次渐进协调模型,推求水库汛期防洪库容动态控制方案。该模型运用了大系统分解协调理论及贝尔曼的逐步逼近思想,以各水库为独立的子系统建立3层递阶结构,针对库间水力、电力联系及防洪库容限制等复杂的约束条件进行不同层次的协调。模型经过多次迭代计算,得到最佳的水库群防洪库容协调方案。该模型应用于清江流域梯级水库,计算结果表明,在不降低水库及梯级原有的防洪标准前提下,能有效利用上游水布垭水库的防洪库容,分担隔河岩水库部分防洪任务,并显著提高梯级水库发电量。     

以三峡水库为核心的长江干支流控制性水库群综合调度研究

随着三峡工程、溪洛渡水电站的建成,长江上游控制性水库群初步形成,长江上游水库群在流域水资源配置、水资源综合利用方面发挥着越来越重要的作用。以长江上游干支流控制性水库群为研究对象,系统分析了流域防洪、供水、发电、航运、水生态环境保护、"两湖"等方面对水库群调度的需求,建立以三峡水库为核心的长江干支流控制性水库群联合调度体系,提出了充分发挥水库群综合效益的联合调度运行原则、方式和方案,可为流域层面科学统一调度提供技术支撑。     

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。     

雅砻江和金沙江中下游梯级水库联合优化调度建模及应用Ⅱ——联合优化调度规则分析

为提升长江上游水资源利用效率,在“雅砻江和金沙江中下游梯级水库联合优化调度建模及应用Ⅰ—联合优化调度潜力分析”的基础上,进一步探究了雅砻江和金沙江中下游梯级上下游水库间和不同梯级间的运行规律,绘制了联合优化调度图,并分析了相关电站的蓄放水次序。研究表明:汛前金中、雅砻江梯级水库与金下梯级各水库消落开始次序宜为两河口—龙盘—锦屏一级—二滩—向家坝—白鹤滩—溪洛渡—乌东德,总体消落思路为上游水库优先消落,尽可能的保持下游溪洛渡、乌东德等电站高水位运行,提高流域整体发电效益;汛末各水库蓄水开始次序宜为锦屏一级—龙盘/二滩—两河口—乌东德—白鹤滩/溪洛渡—向家坝,总体蓄水思路为上游水库优先释放防洪库容开始蓄水,减轻下游防洪压力,且来水偏丰年份的蓄水时间相应有所推迟。     

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.     

正确处理溪洛渡及向家坝水电站发电与防洪的关系

溪洛渡、向家坝水电站是开发金沙江水能资源的重点工程。按照长江流域规定，两水电站应承担一定的长江防洪任务。在分析金沙江梯级水库防洪作用的必要性与有利条件的基础上，提出了研究溪洛渡、向家坝两水电站防洪问题的指导思想，并指出在工作中要研究多种洪水典型，拟定可操作性强的防洪调度方式，考虑发电效益、泥水冲淤、机组运行、工程措施等因素，综合比选防洪库容，以正确处理发电与防洪的关系。     

长江上游水电开发要考虑防洪减灾

长江流域是我国可持续发展的重点地区,对防洪有更高的要求。为了进一步提高长江的整体防洪能力,在兴建三峡工程之后,持续兴建具有防洪能力的水库是最有效的措施之一。长江上游的许多水电站,有条件承担中下游的防洪任务,只要正确处理好发电与防洪的关系,不但不会影响其经济性,还有利于早日建设。按照文中提出的一些原则,以金沙江梯级水电站为例,提出了预留防洪库容的初步设想。     

长江中下游防洪模型研究——可行性及规划方案简介

 防洪是长江流域治理开发的首要任务。建国以来通过防洪建设，目前长江中下游已初步形成了由堤防、水库、分蓄洪区、河道整治工程等组成洪水来量与河道的安全泄量不相适应的矛盾仍然存在，防洪形势仍十分严峻。三峡工程建成后，长江中下游防洪能力将有很大提高，但同时也由于水库调节作用，年内径流分配过程将发生变化，从而引起水沙关系、江湖关系等发生重大变化，给长江中下游防洪带来一系列新问题。因此，应建立防洪实体模型并结合数学模型进行深入研究，为长江中下游防洪战略、防洪规划及防洪减灾对策的制定提供科学依据和技术支撑。     

金沙江下游梯级与三峡水库防洪库容互补等效关系研究

长江上游干支流梯级水库和三峡水库均承担着长江中下游的防洪任务,其防洪库容具有一定的互补等效性。本文采用典型年法和最可能地区组成法推求了三峡水库的洪水地区组成,基于不降低原设计防洪标准的原则,探讨了五个典型年和三种设计频率情况下,金沙江下游梯级和三峡水库防洪库容的互补等效关系。结果表明：(1)五个典型年能够反映三峡水库发生大洪水的地区组成规律,金沙江下游梯级和三峡水库防洪库容互补等效关系近似为线性关系。(2)同种典型年和设计频率下金沙江下游四座水库的互补等效系数值近似等同,主要受三峡水库典型年的洪水地区组成影响;当预测洪水主要来源于金沙江(或嘉陵江及未控区间)流域时,等效系数取0.8(或0.5)。(3)通过洪水预报和等效关系动态运用三峡水库防洪库容,在不增加防洪风险的前提下,三峡水库年均汛期可增发电量41.4亿kW·h(+9.86%)。     

变化环境下七里山水域高洪水位研究

七里山水域是洞庭湖汇入长江的江湖交汇区,受三峡工程及上游溪洛渡、向家坝水库运用清水下泄影响,江湖水沙输运、河道冲淤及河势演变、河段蓄泄关系、洪水位和泄流能力等出现诸多新变化,对长江中游特别是洞庭湖区的防洪蓄洪格局产生影响。在长江中下游水沙整体宏观数学模型的基础上建立了七里山水域二维水沙局部细致模拟数值模型,模拟研究了水库群运用后,在不同控制水位、不同蓄滞洪区启用条件下,针对各种典型洪水的防洪蓄洪问题。对于1998年型洪水,通过三峡等上游水库调节并抬高七里山控制水位0.5 m时,可不分蓄洪;对于1954年目标洪水,则需利用洞庭湖区24蓄洪垸和洪湖对等承担分蓄洪任务。     

长江上游水库群联合蓄水调度初步研究与思考

蓄水期是长江中下游地区用水需求最集中的时期,蓄水调度是实现水库综合利用任务最重要的环节。根据水库汛期承担的防洪任务,将长江上游蓄水水库分为仅承担所在支流防洪、自身无防洪任务但承担长江中下游防洪以及承担所在支流和长江中下游双重防洪任务的3种类型。重点分析了承担本河流和配合三峡水库承担长江中下游双重防洪任务的部分控制性水库防洪与蓄水的关系,并探讨了水库提前蓄水的可行性;结合来水的不确定性,分析了在特枯水年、偏枯水年和偏丰水年等不同典型年下三峡水库蓄水调度方式及应对措施。另外就水库群联合蓄水调度研究面临的挑战,提出了亟待开展的工作建议。     

金沙江下游梯级水库汛期分期及汛限水位合理性研究

汛期分期以及分期汛限水位的合理确定,能够较好地协调水库防洪效益与发电效益之间的矛盾,对充分发挥水库的防洪、发电能力,以及提高汛期洪水资源利用率具有重要意义。基于改进的模糊集分析方法并依据金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4个梯级水库入库洪水对其汛期进行分期,通过隶属度与防洪库容的映射关系确定梯级水库分期汛限水位,提出利用跨期选样法对分期结果及汛限水位进行修正。研究结果表明:金沙江下游梯级水库前汛期为6月1日—7月14日,主汛期为7月15日—9月16日,后汛期为9月17日—10月24日,4个梯级水库合理汛限水位分别为962,800,575,374 m。通过不同典型洪水放大的洪水过程检验了分期汛限水位的合理性。研究得到的金沙江下游梯级分期结果及各库分期汛限水位,均能够在满足防洪安全的前提下提高水库发电等经济效益,在一定程度上提高了汛期洪水资源的利用率。     

金沙江中游与长江中下游洪水遭遇规律分析

按照《长江流域防洪规划》和《长江流域综合规划》的安排,金沙江中游已建及在建的6座梯级水库每年7月份共预留防洪库容17.78亿m³,配合三峡水库进行长江中下游防洪。基于金沙江攀枝花站和长江中游螺山、城陵矶、宜昌站的洪量和洪水过程并考虑泄水传播时间及区间来水过程,详细分析了金沙江中游洪水与长江中下游洪水的遭遇规律。研究结果可为金沙江中游梯级水库防洪调度方式的建立提供技术支撑,有利于充分发挥水库群的防洪效益。