基于干旱河道生态修复的岳城水库生态调度

根据干旱风沙河道生态修复目标,结合水库的防洪、兴利、生态调度,建立了多目标水库生态调度模型,研究漳河岳城水库的生态调度。结果表明:枯水年岳城水库向下游河道生态供水0.277×10~8m~3,平水年岳城水库向下游河道生态供水0.327×10~8m~3,丰水年可以满足下游生态需水量2.66×10~8m~3。     

基于遗传算法优化的水库多目标供水能力分析——以岳城水库为例

面对岳城水库供水结构发生的较大改变及漳河上游水资源情势的变化,本文将遗传算法与调度图相结合,以长系列等流量月调节计算为基础,提出了岳城水库多目标供水能力计算方法。按照供水目标优先级逐时段调节计算,通过分析多目标竞争关系,得到了符合相应目标保证率要求下的最大城镇可供水量,为水库多目标供水调度提供参考。结果表明,引入生态供水目标且优先保障,生态用水与城镇用水产生强竞争关系。优先考虑生态供水目标情景下水库城镇供水能力比不考虑生态目标情景下减少了1486万m3。农业灌溉供水保证率低于生态和城镇供水保证率,其竞争关系弱于前者,可通过优化灌溉供水调度线使水库综合供水能力达到最优。当农业灌溉保证率为55%时,岳城水库的综合供水能力达到最优,总供水量13381万m3,其中生态供水1516万m3、城镇供水5802万m3、农业灌溉供水6062万m3。研究成果为水库多目标供水设计提供参考方案。     

汪清水库消险增容扩建径流分析

七台河市是黑龙江省东部煤电化基地建设的重要城市之一,根据规划,2020年水平年总需水量达到15140×10~4m~3,2030年为15810×10~4m~3。预测桃山水库按计划建成以后,七台河市2020年水平年仍缺水2428×10~4m~3,2030年为2916×10~4m~3,用水需求难以满足。为了确保七台河市用水需求,尤其是居民生活用水的安全,对汪清水库进行增容扩建,作为城市供水的第二水源,满足城市居民生活保质保量的用水安全。汪清水库位于倭肯河的一级支流挖金别河中游,原设计是一座中型水库,设计总库容1142×10~4m~3,主要任务是农业灌溉,增容扩建后,是一座具有城市供水、农业灌溉和改善环境等综合利用功能的中型水库。该水库增容后,总库容达到5133×10~4m~3,计划为供水量为900×10~4m~3/a,灌溉供水量为323×10~4m~3/a。生态环境供水量为229×10~4m~3/a。为了规模论证,文章对汪清水库的径流量进行了详细分析。     

高冠峪河供给城市引水方案分析与计算

现状以高冠峪径流引水,结合生态流量,拟定8个引水流量方案,分别计算8个方案下高冠峪河峪口以上、坝址以上多年平均及不同频率城市可引水量,经分析确定以生态基流0.148m~3/s、设计引水流量3m~3/s情况下作为合理可供水量为3 138.44万m~3。规划远期采用新建高冠峪水库调蓄供水,设定15个引水流量,选择增量相对较优对应的引水流量作为合理引水流量,分析确定为4m~3/s。经水库调节计算,城市多年平均可供水量为5 200.62万m~3,与现状以高冠峪径流引水多年平均可供水量3 138.44万m~3相比,年增加城市供水量2 062.18万m~3。充分挖掘高冠峪河供水潜力,为城市安全供水提供依据。     

面向发电、供水、生态要求的赣江流域水库群优化调度研究

以赣江流域内已建成的大型控制性水库为研究对象,将赣江流域上游至下游用水区概化成7个主要用水区域,综合考虑各水库的运用目标、流域主要用水区域水量需求以及河道内生态流量的要求,以水库群总发电量最大、用水区域总缺水量最小和外洲控制站调度后流量与天然流量偏差最小为目标,建立面向发电、供水、生态要求的赣江流域水库群优化调度模型,采用多目标粒子群算法进行求解,得到不同来水频率下发电、供水和生态3个目标的非劣解集,并对3个目标之间的竞争关系进行了剖析。最后分析了各典型方案相应的水库水位过程和区域缺水情况。结果表明:各来水频率下,发电、供水、生态3个目标之间竞争程度有强有弱,其中发电目标与生态目标之间、供水目标与生态目标之间存在较强的竞争性,发电目标与供水目标之间则相对较弱。     

基于调度线的水库多目标可供水量计算方法与应用

针对我国水源工程功能转换这一趋势,提出以水库供水调度线为控制,采用长系列等流量调节计算,建立以满足不同用户保证率为目标的可供水量计算分析方法。以三亚市赤田水库为例,通过长系列操作计算,确定同时满足生态环境需水、城镇供水、农业灌溉等多目标多保证率要求的水库最大可供水量,并分析城镇可供水量与用户保证率的变化关系和水源功能变化对设计供水能力的影响。该方法具有一定实用性和通用性,可为水库可供水量的计算提供参考。     

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。     

考虑供水权重系数的水库群联合供水调度

建立了多水库联合运用情况的水库联合供水模拟模型。该模型以系统年总供水量最大为目标,以日为计算时段,以水库日供水量为决策变量,以水库库容、可供水量、供水保证率等为约束条件,采用模拟法对模型进行求解,重点对水库群联合供水权重系数的计算方法进行探讨。     

面向双保证率的水库供水能力优化计算方法研究

随着城市化进程的推进和生态文明理念的深入,水库供水任务日趋复杂,涵盖城镇供水、农业灌溉、生态保障多类目标,分析水库多目标供水能力对于工程的功能调整等决策十分必要。本文综合考虑水库供水目标的竞争性与保证率差异性,提出面向双保证率的水库供水能力双层优化计算方法,通过调度线控制和城镇供水能力区间迭代实现满足不同保证率的多目标供水能力计算。外层基于粒子群算法以城镇供水能力最大为目标对水库调度线进行优化,协调不同用户的供水关系;内层在给定规则下通过迭代计算满足双保证率要求的城镇供水能力。通过内外层嵌套计算实现对水库调度规则和供水能力的同步优化。以三亚市赤田水库为实例进行研究,在城镇供水保证率为95%、农业灌溉保证率为90%时,通过优化调度规则得出水库总供水能力为9400万m~3。设置不同农业保证率和农业需水情景作分析对比,二者均对城镇供水能力有影响,总供水能力随农业保证率降低而提高。分析表明,双层优化计算方法可以实现对调度线的优化,得出满足城镇、农业双保证率要求的供水能力,且计算方法收敛稳定性较高,优化生成的调度线年内分布合理,可为水库多目标供水能力的计算和相关决策提供参考。     

基于改进多目标粒子群算法的南水北调东线江苏段工程联合优化调度研究

针对南水北调东线江苏段工程优化调度问题,构建协调系统缺水量和抽江水量两目标的联合优化调度模型,研发基于改进多目标粒子群算法的模型求解方法,建立组合赋权-TOPISIS方法进行多属性决策方法,形成基于"两线-三湖-四水源-六区间"的水资源调配空间格局,提出以大型泵站工程为核心的骨干枢纽联合调度方案。在50%、75%和95%来水条件下,经优化调度后受水区缺水量与常规调度相比分别降低了10.2×10~8m~3、16.4×10~8m~3、7.1×10~8m~3,系统抽江水量分别减少了17.4×10~8m~3、14.8×10~8m~3和12.2×10~8m~3。该方案可有效提高供水保障水平,充分发挥三大湖泊的调蓄能力,降低系统运行成本,具有显著的社会、经济等综合效益。     

基于开源和节流的乌伦古河流域水库群生态调度

针对乌伦古河流域水资源短缺、灌溉挤占生态用水等问题,以生活、工业、灌溉、河道生态基流、河谷林草及补湖生态用水为调度目标,设置开源、节流方案集,建立了以生态缺水量和社会经济缺水量最小为目标的水库群生态调度模型,采用人机对话模拟优化算法求解模型。结果表明：各节流方案的河谷林草和补湖供水保证率能够满足设计要求,缓解了灌溉用水与生态用水间的矛盾,但2017现状水平年和2025远景水平年需水方案的灌溉保证率未满足设计要求;当开源+节流方案调水量超过1.0亿m³时,满足农业灌溉、河谷林草和补湖的供水保证率要求,消除了灌溉用水与生态用水间的矛盾;随着调水量超过1.0亿m³且持续增加,对河谷林草、补湖缺水量、破坏深度等影响不大,推荐1.0亿m³为最佳调水量。     

云南蜻蛉河大型灌区水库联合优化调度

针对蜻蛉河大型灌区在干旱条件下的水资源供需矛盾突出的问题,选取径流资料、灌区用水资料和水库资料建立了灌区水库优化调度模型。结果表明:在保证率为75%的情况下引水总量为668.25万m3;其中胡家山水库引水最多,大康郎水库引水最少。     

Application of Integrated Hydrologic and River Basin Management Modeling for the Optimal Development of a Multi-Purpose Reservoir Project

Multi-purpose reservoir development have been always a big challenge for the management of water resources. This paper describes an integrated approach for investigating catchment hydrology in the development of a hydropower and a canal irrigation system based on model analyses. The investigation aims to adequately determine an optimal domestic and irrigation water resources allocation scheme based on an assessment of the reservoir water balance and capacity for hydropower. The soil and water assessment tool (SWAT) which characterizes basin hydrology and the water management and planning model MODSIM which provides a decision support system for water allocation optimization, were used in this study. The integrated approach was applied to Prek Te River basin in Cambodia. The water demand aspect was examined based on domestic water use, irrigation water, environmental flow, and water losses. An operational rule curve was developed for hydropower operation with respect to a power potential of 13 MW. Hydrologic modeling revealed 90 % dependable water of about 2.7 m³/s during the dry season and 214.3 m³/s during the wet season, indicative of a wet-season dependent reservoir for storage. Results from the 26-years simulation period also showed that diversions for domestic water and irrigation water supply were 92.3 % dependable for a 13 MW capacity hydropower development. The integrated approach was shown to be a valuable decision support tool for water resources management with the determination of an optimum policy for multi-purpose reservoir operation based on available basin water supply.     

旱区植被生态需水量间接法计算参数的研究

植被生态需水问题是水资源优化配置和生态环境研究的热点,间接计算法是量化干旱地区天然植被生态需水量的主要方法。为了使计算结果更加准确,结合0. 618法与去极值法对间接法计算公式中潜水蒸发量E的计算做出改进,建立植被系数K的二阶Gaussian模型,最后运用灰色模型GM(1,1)对植被面积S的发展趋势进行预测。结果表明:优化所得潜水蒸发量——埋深曲线对实测数据拟合度更好,植被系数取值更加精确,以甘肃省民勤县为例,计算出该地2015年各类植被面积与资料记载差异较小,所得生态需水量结果与FOA推荐使用的Penman-Monteith模型相比无显著差异。在此基础上预测出2020年民勤县天然植被生态需水总量为4060. 8×10~4m~3,其中天然林地生态需水量预测为3100. 1×10~4m~3,天然草地生态需水量为960. 7×10~4m~3。研究使间接计算法对植被生态需水量的量化更加准确,为干旱地区水资源的分配及生态恢复政策的制定奠定了一定的研究基础。     

改进的多目标量子遗传算法在南水北调东线工程江苏段水资源优化调度中的应用

构建南水北调东线工程江苏段水资源优化调度模型,采用改进的多目标量子遗传算法(multiobjective quantum genetic algorithm,MOQGA),运用组合赋权方法对非劣解集进行多属性决策,提出南水北调东线工程江苏段水资源优化调度方案。在平水年、枯水年和特枯水年3种典型年来水条件下,相对于常规调度,优化调度的受水区总缺水量分别减少了0.89亿m3、0.87亿m3和0.08亿m3,系统总抽水量分别减少21.04亿m3、39.14亿m3和50.76亿m3。该优化调度方案能够充分利用湖泊的调蓄能力,提高各用水户的需水满足度,降低抽水成本。     

供水水库多目标生态调度研究

根据我国北方地区径流特征及供水水库调度的实际需求,构建了供水水库多目标生态调度模型。模型将下游生态需水过程分为最小生态需水及适宜生态需水两个等级,要求枯水期水库放水过程能够满足河流最小生态需水要求,确保下游生态不退化;丰水期放水过程贴近适宜生态需水过程,为下游提供良好生境。基于该模型,采用自适应遗传算法,对承德双峰寺水库生态调度问题进行了优化求解,结果表明该模型能够对北方供水水库生态调度决策提供支持。     

流域水资源供需双侧调控模型及应用

针对水资源常规配置中供需分离、配置与调度结合不紧密,难以支撑流域水资源严格管理的问题,提出流域水资源供需双侧调控模型。在需水侧,通过建立供水量和效益函数关系,并考虑水土资源等约束条件,构建农业种植结构与灌溉制度优化模型;在供水侧,采用模拟与优化、配置与调度相结合的两阶段建模路径,构建多水源配置与水库群优化调度模型;通过来源于需水侧模型的"需水过程"与来源于供水侧模型的"可供水过程"的分解与耦合,实现供需双侧的联合调控,综合集成构建流域水资源供需双侧调控模型。将该模型应用于南四湖流域,提出了南四湖上级湖、下级湖等大型湖库工程的优化调度图与不同年型下农业种植结构和水资源配置方案,验证了模型的有效性。通过供需双侧协调优化,南四湖流域供需缺口缩小,农业种植效益增加,枯水年水分生产效益提高了0.70元/m³、平水年水分生产效益提高了0.63元/m³;生活和工业供水保证率稳定在95%,生态和农业供水保证率明显提升,分别由53%提高到71%、由67%提高到75%。     

考虑生态流量分级约束的跨流域引水与供水优化调度研究

针对大型引水工程由于改变了河流自然流态,受水城区生产生活用水与生态环境用水矛盾突出的问题,将大伙房输水工程与大伙房水库供水联合优化调度作为典型案例,以浑江下游与大伙房水库地区用水需求、环境流态因子为优化子目标,引入3个引水比例与36个旬水库蓄水量共39个决策变量,采用遗传算法搜寻引水比例与水库蓄水量最佳解。结果表明:优化方案平均年引水量为17 242万 m³,比原计划引水量少638万 m³,对浑江流域生产生活用水、生态环境用水与大伙房水库生态环境用水之间的矛盾有显著改善;依据整体生产生活缺水与整体环境流态因子的权重,设定了多种模型子目标的权重分配组合,能够恰当地反映缺水量与环境流态因子两者间的相关性,水库调度运行管理者可以根据需要调整权重,获得满足需水条件的引水比例与水库蓄水规线。研究成果可以为大型水利工程运行管理决策提供参考。