黄河上游梯级水库多目标水沙联合模拟优化调度模型

黄河上游梯级水库群联合调度运行是实施黄河水沙"固-拦-调-放-挖"综合治理模式的一项重要非工程措施。以黄河上游沙漠宽谷河段为研究对象,首先,以河段输沙水量最大为优化目标,建立了基于自迭代模拟优化算法的黄河上游梯级水库多目标水沙联合模拟优化调度模型;其次,系统分析上游来水、沿黄用水、调水调沙时段及起调水位选取等因素对黄河上游梯级水库输沙、发电及供水等综合利用效益的影响;最后,推荐制定了黄河上游调水调沙最优方案,即丰水年应尽量抬高非汛期(4月)龙羊峡水库初始水位,最大程度上发挥黄河上游水资源综合利用效益。研究成果对维护黄河健康、丰富和完善梯级水库优化调度理论及方法、促进黄河上游水能资源综合开发利用具有十分重要的理论意义和应用价值。     

龙羊峡和刘家峡梯级水电站水库调水调沙合理库容研究

为了确定黄河上游龙羊峡、刘家峡梯级水电站水库实施水资源综合利用所需的合理库容,建立了以梯级水电站水库调沙水量最大为目标的黄河上游梯级水库调水调沙模型,通过分析研究,获得了龙羊峡、刘家峡梯级水电站水库相应方案下的合理库容。对研究背景、不同方案下的情景模拟分析过程及其分析结果作了介绍。     

黄河黑山峡水库库容规模需求研究

库容规模的确定是黄河黑山峡河段开发方案的关键之一。分析新形势下黄河黑山峡河段开发需求,包括:协调水沙关系,减轻宁蒙河段淤积,恢复和维持适宜中水河槽规模;增强防凌能力,保障宁蒙河段防凌防洪安全;合理调配水资源,协调水量调度和发电运用之间的矛盾,充分发挥水资源综合效益;为附近地区供水,改善民生,保障生态安全。计算分析不同开发需求的库容规模,包括调水调沙库容规模、防凌库容规模和供水调节库容规模,综合研究不同库容需求在时间、空间上的分布及相互关系,提出南水北调西线调水生效前黑山峡水库库容规模需求为40.8亿m³,西线调水生效后黑山峡水库库容规模需求为57.6亿m³。     

黄河中下游水资源多目标利益对古贤水库运行的响应

为量化未来古贤水库参与黄河中下游梯级水库群联合运行对供水、发电、调水调沙、生态多目标关键利益及非关键利益的影响,设置2030水平年有古贤水库及无古贤水库两种情景,基于梯级水库群多目标协同优化调度理论构建黄河中下游梯级水库群多目标协同优化调度模型,通过求解模型分析了径流减少及未来综合需水增加的背景下,黄河中下游多目标利益对古贤水库参与联合运行的响应关系。结果表明:与无古贤水库情景相比,有古贤水库情景下水库群调度系统总协同度略微增加,供水与发电子系统有序度有所增加,农业关键期、非关键期多年平均缺水量减少,水库群多年平均发电量增加；除调沙频率略微下降外,有古贤水库情景下输沙、生态目标关键利益及非关键利益均有所提升。     

黑山峡水库对黄河宁蒙河段的综合作用

黑山峡水库位于黄河上游梯级电站的尾部、宁蒙河段的首部,其建成投入运用后,可以有效地协调上游梯级水库发电和宁蒙河段其他综合利用之间的用水矛盾,对上游梯级电站发电流量进行反调节,对黄河水资源和西线工程入黄水量进行合理配置,在宁蒙河段减淤、防凌、防洪、供水、保证生态流量、协调中下游河道水沙关系及增加梯级电站发电效益方面具有重要作用。     

灌溉和供水水库多级兴利调度图编制方法

主要针对结合灌溉和供水的多级兴利调度图的计算与绘制方法进行研究。根据设计保证率选择来水过程,当来水不足时,针对3种不同保证率的情况,分别对灌溉用水和工业供水进行折减,确定水库的用水过程。比较高保证率低供水所需库容和低保证率高供水所需库容的大小关系,确定兴利库容。利用典型年径流资料,从供水期末死水位开始,逆时序调节计算,直至蓄水期初水位消落至死水位。取若干典型年蓄水过程线的上包线作为上基本调度线,即防破坏线,下包线为下基本调度线,即限制供水线。本方法是对水库调度设计规范的进一步细化和完善,具有较好的适用性与可操作性。     

基于IA-PSO的库坝梯级系统水资源优化配置与调度

【目的】库坝梯级系统上游建有龙头水库、中下游建有多级拦蓄堰坝，合理分配龙头水库与中下游堰坝的供水任务并高效开展龙头水库供水调度是保障库坝梯级系统供水安全的关键。【方法】以平阳县北港流域为例，通过构建水资源优化配置模型来高效分解各水源的供水任务，以龙头水库供水任务配置结果作为其需水边界，通过构建水库优化调度模型制定了水库各行业供水保证线，采用IA-PSO算法对水资源优化配置和优化调度模型进行求解。【结果】结果显示：经优化，顺溪水库调度图丰富了指导各行业有序放水的调度线，北港流域各行业供水保证率提升至设计保证率。【结论】结果表明：通过水资源优化配置与龙头水库优化调度，可统筹发挥库坝梯级系统龙头水库和中下游堰坝的供水能力，协调流域各行业供水矛盾。     

小浪底与西霞院水库联合优化调度

小浪底、西霞院水库联合优化调度是指在小浪底水库泄洪、排沙、调水调沙运用时,西霞院水库水位降至减淤限制水位131 m以下,在满足黄河水调指令的前提下兼顾水库减淤和发电效益;在小浪底水库供水运用时,西霞院水库反调节运用,通过小浪底、西霞院水库发电计算机集中监控系统自动实现两库发电计划编制及发电经济运行,在满足黄河水调指令的前提下,提高两库整体发电效益。联合优化调度取得了显著的效果:西霞院水库下泄流量精确满足黄河水调指令要求,保障了黄河下游防洪、减淤、供水、灌溉安全;小浪底水库淤积减缓,西霞院水库多年冲淤基本平衡,保持了水库库容;小浪底水库发电满足了河南电网的调峰需求,西霞院水库发电量逐年提高。同时,建议国家改进电网调度体制,促进流域梯级水库联合调度,提高整体发电效益。     

基于改进NSGA-Ⅱ的黄河下游水库多目标调度研究

水库兴利、防洪和生态等目标之间既非完全协调也非完全对立,这是多目标间协调的物理基础。本文综合考虑水库不同目标间的矛盾性和统一性,构建考虑生态和兴利的水库多目标优化调度模型,为提高模型求解效率,本文提出了一种基于个体约束和群体约束技术的改进快速非劣排序遗传算法(ICGC-NSGA-Ⅱ)。以黄河下游小浪底-西霞院梯级水库为例进行多目标优化调度,综合考虑下游不同时期各生态功能用水和综合利用需求,建立黄河下游梯级水库多目标调度模型,并采用ICGC-NSGA-Ⅱ求解,探究水库的供水效益、发电效益和生态效益之间的关系。实例研究表明,改进算法能在较短时间内获取一组反映多目标间非劣关系的调度方案集。黄河下游生态、综合供水和发电效益之间存在不对称竞争关系,一方面随发电量增加,生态供水和综合供水保证率均呈下降趋势;另一方面发电和生态供水竞争强烈,而与综合供水竞争关系较弱。研究成果可为制定黄河下游多目标共赢的调度方式提供理论基础和决策依据。     

跨流域向黄河调水措施综合研究

黄河水资源总量严重不足,供需矛盾突出,靠黄河自身水资源难以协调生活、生产、生态用水之间的矛盾,必须研究跨流域调水方案,缓解黄河水资源供需矛盾,为保障流域及邻近地区的供水安全、能源安全、粮食安全、生态安全提供条件。在分析黄河流域水资源形势的基础上,研究了南水北调东、中、西线,引汉济渭,小江调水等跨流域调水工程,综合比较了各方案向黄河补水的可能性,提出了必须加快南水北调西线工程前期工作,争取早日建成生效。考虑黄河水资源衰减变化和未来的刚性用水需求,还应寻求其他跨流域调水方案,以最大限度缓解黄河水资源供需矛盾。     

丹江口水库运行后下游河道冲刷特性分析

 丹江口水库的修建改变了原来的来水来沙特性,对水库下游河床造成了不同程度的冲刷。加高后的丹江口大坝为南水北调中线水源工程。工程运用后必将对丹江口水库大坝下游河床、水资源供给及生态环境等方面都将产生影响,为了与工程运用后作一对比,2005年对丹江口水库坝下游丹江口至碾盘山河段进行了一次1/10 000水道地形测量。从历年观测资料看,从丹江口至碾盘山河段即汉江中游各河段河床出现了大量的、不同程序的冲刷,经分析计算得出,坝下游河段冲刷强度随时间及距坝里程的不同而发生变化,并且与来水量密切相关。     

南水北调调蓄工程经济性的探讨

用于调节南水北调工程来水的有两类水库，在这两类水库中，一类为已建水库，位于南水北调中线以西较高位置，叫做“高库”，例如黄壁庄水库；另一类为拟建水库，位于中线以东平原洼地，也叫“低库”，以大浪淀水库为例．技术经济指标分析表明，第一类水库的供水成本明显小于后者，故得出如下结论：利用某些已建“高库”的闲置库容调节南水北调来水可能是经济的．     

黄河梯级水库群多过程协同调度模型与方法

黄河水少沙多,河道内外用水矛盾突出,梯级水库群调度下供水、输沙、发电、生态等用水过程之间存在复杂的竞争与协作关系,协同调度是提升综合效益的重要途径。本文采用多尺度嵌套和多过程耦合方法,建立了融合供水、输沙、发电、生态等过程的黄河梯级水库群协同调度模型,研究以综合满意度为引导的优化求解方法,选取代表径流系列,提出多过程协同调度方案。结果表明,通过优化黄河梯级水库群蓄泄秩序和下泄过程,协调多用水过程的关系,能显著提高水库调度的综合效益：通过优化河段取水过程,实现了供水时空均衡,流域缺水率控制在11.6%～18.8%;优化水库拦沙-河道输沙过程,减少水库淤积0.65亿t,增加河道输沙1.16亿t,下游河道年均冲刷0.26亿t;优化梯级水库群发电下泄过程,增加发电量64.25亿kW·h;优化断面流量过程,增加非汛期生态水量4.88亿m³。本研究可为梯级水库多目标调度与流域综合管理提供方向性参考。     

南水北调中线水资源调度复杂性对策研究

南水北调中线水资源调度方式不仅具有调水工程所共有的复杂性,还有其他更为复杂的特点。中线工程布局的系统性和供水目标的多元性决定了中线工程体系的复杂性;天然来水的不确定性、水源区水量调度和受水区水资源配置的复杂性体现了中线水量调度的复杂性;而工程管理体制的多层次性和管理内容与管理方式的复杂性则表明中线工程管理的复杂性。针对上述复杂性,提出了建立顺畅、现实、可行的运行管理体制,制定合理、可操作性强的水量调度体系,研究相关保障措施等对策,为进一步研究南水北调中线水资源调度方式提供支持和参考。     

黄河上游干流水库调节水沙对宁蒙河道的影响

黄河上游干流大型水库投入运用后，在带来了巨大的发电、防洪、灌溉和防凌效益的同时，也给枢纽下游冲积性河道的演变带来了一些负面的影响。本文主要对水库运用前后黄河上游宁蒙河道水沙条件的变化和河道冲淤演变进行分析研究，给出了头道拐站输沙能力与流量问的量化关系。在分析泥沙输移规律和宁蒙河道淤积成因的基础上，计算了龙羊峡和刘家峡水库调节水沙对宁蒙河道的影响。初步计算分析了内蒙河道维持目前过洪现状及恢复到2000m^3／s平滩流量条件下所需要的水量。该研究对西线调水和水库运用具有指导作用。     

黄河上游梯级水库群调水调沙潜力初步研究

利用水库群开展水沙调控是解决黄河上游泥沙淤积的有效措施之一。以1956~2010年长系列来水、来沙资料为准,分析了黄河上游沙漠宽谷河段的水沙规律和调控时机,以龙羊峡、刘家峡水库(龙刘)为调控手段,在以水定电模式下建立黄河上游梯级水库群联合调度模型。在3种情景下求解模型可知:(1)黄河上游调水调沙14、30 d的最大需水量分别是32×10~8和67×10~8m~3;(2)定量给出了梯级水库群的调水调沙潜力,调水调沙14 d的周期为2年1次,调水调沙30 d的周期为3年1次;研究成果对黄河上游沙漠宽谷河段河道水沙调控以及梯级水库群科学调度具有重要的指导意义和应用价值。     

黄河上游梯级水库联合运行设计

黄河上游干流龙羊峡至青铜峡河段梯级水库（电站）群装机规模大，梯级电站之间水力联系密切，是西北电网的骨干水电基地。梯级水库群中具有优良多年调节性能的龙羊峡水库和具有良好年调节性能的刘家峡水库。     

黄河水库群水沙资源化联合调度管理的若干思考

本文通过对黄河2003年秋汛洪水调度实践、黄河水沙资源和处理洪水泥沙措施的分析研究,提出要对黄河进行水库群水沙资源化联合调度管理的理念,水沙一体化、"科学拦蓄、调排有序、挖放结合、分滞兼顾"的调度管理思想及"场次洪水汛限水位"、洪水泥沙调度实行两个"二级分化"、拓宽分水分沙途径、水库群一体化调度等措施。并提出了相关实施建议。     

西线南水北调对黄河干流的减淤作用研究

南水北调西线工程通过向黄河河道内配置部分水量,进入黄河干流的水沙调控体系,经干流水库的联合调度,进行全河调水调沙,可塑造协调的水沙过程。由水量配置方案,利用建立的输沙关系推算相应的设计沙量,结果表明:按西线调水向河道内配置水量35亿m3,宁蒙河道、小北干流河道和黄河下游河道分别减淤为0.35亿、0.30亿t和0.27亿t。     

多沙河流水库“蓄清调浑”运用方式及其设计技术

系统总结了1950年代以来我国多沙河流水库运用方式发展历程，阐释了不同时期水库运用方式及其设计技术的发展变化，详细剖析了“蓄清调浑”运用方式及其设计技术。“蓄清调浑”运用将以往低壅水“拦粗排细”传统拦沙模式发展为“小水拦沙，大水排沙，适时造峰，淤滩塑槽”滩槽同步塑造运用和拦沙库容多元化利用，改变了只淤不冲的传统拦沙模式，正常运用期采用水沙分级分类调度辅以非常规排沙调度，实现协调水沙关系和拦沙库容再生利用，能在长期保持水库有效库容的基础上，进一步兼顾水库调水调沙需要，有效避免了泥沙淤积占用水库有效库容，减少了水库强迫排沙对下游水沙关系的不利影响，是对“蓄清排浑”运用的继承和对“调水调沙”的全面发展。在设计技术上，为了更好地满足调沙需要，要求科学合理设计调沙库容和排沙水位相应泄流规模，考虑调沙过程中的不同淤积状态，按照“深槽调沙、中槽兴利、高槽调洪”的库容分布规则进行水库库容配置；超高含沙量河流要在正常泄流排沙孔以下增设非常排沙底孔，形成“正常+非常”双泥沙侵蚀基准面；特高含沙量河流水库有效库容保持和供水调节之间难以协调，要采用水沙分置开发方式。研究成果将为当前和今后一段时期内多沙河流水库...