基于粒子群的水库群联合防洪预报调度规则设计方法

科学合理的水库群联合调度在缓解日趋紧张的水资源供需矛盾及充分发挥水库防洪兴利综合效益等方面发挥着重要的作用。为解决梯级水库群联合调度规则制定过程中的复杂问题,结合洪水预报信息的可利用性,提出基于粒子群算法的梯级水库群联合防洪预报调度规则设计方法。该方法首先通过粒子群算法调节不同频率设计洪水求解最优联合调度方案,其次拟定多个合理联合调度规则,最后比较最优联合调度方案和合理联合调度规则的调洪结果,与前者最为接近者即为满意联合调度规则。昭平台-白龟山梯级水库群的实例表明,制定的联合预报调度规则的调洪结果均满足防洪约束要求,故是安全的。     

设计安全值结合水文模型的联合预报法在入库洪水预报中的应用

桂五水库产汇流特性复杂、洪水资料序列较短,常规的基于分布式水文模型的入库洪水预报方法并不适用。提出设计安全值结合水文模型的联合预报法:设计安全值基于初损后损法加单位线汇流,水文模型法基于新安江三水源模型,从防洪安全与兴利角度进行联合预报。在确定两种方法初始参数后,对次洪过程进行模拟,结果表明:两种方法各自模拟精度较高,方法评级分别为乙级、甲级;从防洪安全角度,可选择取两种方法模拟结果的外包线作为入库洪水预报;预报结果偏安全的设计安全值法与预报精度稳定准确的水文模型法联合预报,不仅可应用于桂五水库入库洪水预报,并可为洪水资料序列积累较短的水库入库洪水预报工作提供参考。     

川渝河段梯级水库联合防洪调度风险评价

金沙江下游四座梯级水库联合调度防洪风险评价能科学地衡量其防洪风险性,为长江中下游川渝河段的防洪安全提供保障。针对防洪调度中的风险问题,基于联合防洪调度方案,通过建立以削峰幅度、防洪风险率、水位变幅和下泄流量超标风险率为指标的风险评价体系,并采用蒙特卡罗法进行风险模拟,构建了基于灾害学的防洪调度风险评价模型,评估了不同来水频率和水库起调水位下的防洪风险。研究表明：在可行起调方案集下,乌东德、白鹤滩两库的削峰幅度随两库起调水位升高呈下降趋势,溪洛渡、向家坝两库削峰幅度在7%以下,金沙江下游梯级水库的入库洪水危险性小;各水库未出现最高库水位超出相应频率防洪高水位（乌东德975 m,白鹤滩825 m,溪洛渡600 m,向家坝380 m）的情况,水库的水位变幅均未超过安全变幅范围,库区整体防洪风险低,川渝河段的防洪风险在可控范围内;当发生较小洪水时下游防护对象的承灾能力较好,保护区控制站的下泄流量低于防洪安全标准值,下游防护对象的防洪风险低,但发生干支流恶劣洪水遭遇（如2012年型1%洪水）时,其遭遇破坏的可能性大,风险超出防洪标准,保障防洪安全需要支流水库配合干流水库联合防洪。模型可有效评估川...     

白龟山水库入库洪水预报分布式模型研究

白龟山水库流域下垫面条件复杂,人类活动剧烈,洪水受上游昭平台水库影响,洪水预报难度大,采用常规的洪水预报模型无法满足水库防洪调度对洪水预报的精度要求。为了充分发挥水库在淮河流域防洪中的作用,实现水库洪水资源的最大化利用,需要高精度的水库入库洪水预报作支撑。采用国内外新一代流域洪水预报模型——流溪河模型开展了白龟山水库入库洪水预报研究。以高分辨率的DEM为依据,构建了白龟山水库入库洪水预报流溪河模型结构,并确定了初始模型参数,采用PSO优化算法,对模型参数进行了自动优选。对白龟山水库实测入库洪水过程进行了模拟,效果明显优于集总式NAM模型,可应用于白龟山水库入库洪水预报。     

水电站水库群多目标联合调度风险评价决策研究

水电站水库群多目标联合调度涉及不确定性因素众多,寻求风险可接受水平下的最佳调度方案存在诸多困难。一方面对梯级水电站水库群联合调度过程中产生的各类风险进行综合分析,并在此基础上构建联合调度风险评价指标体系及多目标风险决策模型,另一方面基于熵权法确定权重的思想确定多个风险评价指标的权重,并采用逼近于理想解（TOPSIS）的方法对模型的非劣解集方案进行优选排序,以获得最佳调度方案。溪洛渡-三峡梯级水库群联合调度的实例应用结果表明,所建模型与方法能兼顾各个调度部门的效益与风险,并为管理人员的调度决策提供一定的技术支撑。     

逐次优化算法在梯级水库防洪优化调度中的应用

根据流域防洪优化调度问题,分析梯级水库来水量、下泄能力与河道防洪控制点洪峰流量之间的内在联系,提出了洪水调度模型与逐次优化算法的联合求解方法。实例结果表明,该方法成功地为洪水实时调度及防洪系统规划提供了一套简捷、高效而又符合实际的模型和解法。     

基于空间风险对冲思想的梯级水库蓄洪模式研究

汛期开展梯级水库联合防洪调度对保障下游和水利工程安全,实现洪水资源化利用有重要意义。为实现高效的水资源调度以兼顾水库效益和水库及下游防护对象的安全,基于空间风险对冲的思想,从"等比例蓄水"出发推导出了梯级水库蓄滞洪量分配规则,将梯级水库系统所需蓄滞洪量的总量按照各水库的可用防洪库容在系统总可用防洪库容中的占比进行分配。以2座虚拟水库组成的梯级水库系统为例,建立评价指标体系分析基于空间风险对冲思想的蓄洪模式与常规蓄洪模式的调洪结果差异。结果表明:新模式可降低梯级水库蓄洪过程中的系统风险,提高系统效益,调度后的水位和流量过程更加平稳,对于制定梯级水库联合调度运行方式具有参考作用。     

流域联合调度方式下大岗山水库汛期调度方案研究

为充分发挥大渡河流域梯级水库群的防洪作用,以大岗山水库为主要研究对象,剖析水库现行调度方式存在的问题,针对不同的来水情况,考虑梯级水库防洪能力、大岗山水库水文气象预报精度及其下游河道的安全泄量,分别采用梯级调洪演算法和改进预泄能力约束法,研究水库处于流域联合防洪状态下的调洪指标和处于较小来水情况下的动态控制指标,制定防...     

基于Copula-Monte Carlo法的水库防洪调度多目标风险分析

考虑干支流洪水不确定性对水库防洪调度的影响,提出了一种基于Copula-Monte Carlo(Copula-MC)法的水库防洪调度多目标风险分析方法,定量描述汛期干支流洪水不确定性给水库防洪调度决策带来的风险,并利用基于组合权重的理想点法对各调度方案进行多目标风险决策,最后将该方法应用于向家坝水库防洪调度风险分析中,计算了不同调度方案下水库自身和下游防洪区的风险,并通过决策给出了最优调度方案,为向家坝水库防洪优化调度提供技术支持。     

基于遗传规划的水电站群优化调度规则研究

基于确定性水电站群优化调度的最优调度轨迹,根据聚合分解的思想,采用遗传规划分别模拟库群总出力以及总出力在梯级电站间的分配,从而建立了水电站群联合调度函数。以清江梯级和三峡梯级水电站群为实例,在满足防洪、航运等综合利用的前提下运用所得的调度函数指导水库群长系列模拟运行,模拟结果表明：基于遗传规划的水电站群调度规则可将梯级水电站群年均总发电量由1031.73亿kWh提高到1049.48亿kWh,发电保证率由95.36%提高到96.66%。因此,遗传规划为建立复杂水电站群调度函数提供了新的途径。     

昆明城市防洪联合调度研究

以昆明城市现有防洪工程为依托,按照充分发挥流域整体调蓄功能的理念,基于洪水预报信息和下游河道水位的实时反馈信息,针对不同洪水量级和区间组合,采用水力学模型对洪水进行了调节计算分析。在此基础上,提出了松华坝水库、牛栏江-滇池补水工程、盘龙江及滇池的联合防洪调度的运行原则,制定了有效的联合调度方案。同时,对调度运行中的风险防范问题提供了相关参考建议。     

基于MOLA的水库群实时防洪多目标优化调度模型

水库群实时防洪优化调度作为一种重要的非工程措施,可以通过较少的投入降低洪水灾害带来的损失,起到流域防洪减灾作用。考虑了各水库自身安全和下游防洪点安全,以下游防洪控制断面最大过水流量最小、各水库最高水位最低为目标函数,建立了水库群实时防洪多目标优化调度模型;引入“滤波算子”,提出一种改进多目标利希滕贝格算法（Multi-Objective Lichtenberg Algorithm,MOLA）,进行模型求解,得到水库群实时防洪调度多目标方案集,增强优化调度解在防洪调度实际应用中的可操作性;最后,提出一种基于层次聚类和Pareto前沿物理意义的综合筛选法,对Pareto前沿上的众多调度方案集进行聚集和筛选,选取有限代表解供决策者进行选择,增加防洪决策的聚焦性。研究以淮河史灌河水系为例,进行了水库群实时防洪多目标优化调度模型的应用研究,结果表明：基于改进MOLA的水库群实时防洪多目标优化调度模型计算效率高、实用性较强;采用梯度分析法定量分析了鲇鱼山水库最高水位、梅山水库最高水位、蒋家集断面最大过水流量之间的多目标互馈关系,结果表明梅山水库水位变化对蒋家集断面的组合流量影响更为显著,梅山水库可...     

潘家口水库群汛限水位动态控制分析

为解决现有水库群汛限水位控制系统控制难度大、效率低、控制系统复杂的特点,结合区域的实时雨量预报和水库群的防洪库容信息,提出基于降雨预测及库容补偿的水库群水位动态调节的逐次补偿调度模型。模型主要由天气预报的雨量预测单元、库容补偿的调度补偿单元、洪限水位的调节控制单元和单元间变量的协调单元等组成。主要采用基于逐步逼近的贝尔曼思想,以多次的迭代计算求得理想的汛限水位的动态控制方案。将控制方案运用在潘家口水库群中的结果表明,该方案在保证防控控制调节的基础上可有效提高洪水资源的利用效率,提高发电效益。     

考虑水电调蓄的西江水库群应急防洪调度研究

围绕西江流域应急防洪调度的需求,建立了考虑中大水电调蓄的水库群应急防洪优化调度模型。该模型针对西江流域应急防洪的实际问题,在充分利用防洪水库防洪能力的同时,进一步发挥中大水电安全库容的调节作用,有效提升了西江流域滞洪削峰的能力。模型以各水库调洪起止时间及阶段泄量为优化变量,以控制断面最大削峰为优化目标,通过求解计算得到优化的水库群应急防洪调度方案。同时,模型实现了通用化开发,可动态选择流域控制断面及库群调洪方式,并能够适用不同的洪水类型及防洪目标。通过对不同类型洪水的调节演算及结果分析发现,库群应急优化调度比常规调度在不同防洪断面针对不同类型的洪水平均削峰效果至少提高30%,考虑中大水电调蓄的西江水库群应急防洪调度对提高西江流域应急防洪能力具有重大现实意义。     

梯级水库常遇洪水弃水风险控制方法研究与应用

为了降低梯级弃水风险,提高水资源利用率,将起调水位范围、运行方式等作为梯级弃水风险控制指标,根据充分利用水库调蓄能力和洪水资源化利用的原则,提出了梯级水库常遇洪水弃水风险控制方法。该方法通过选取典型常遇洪水过程,结合梯级调度实际,迭代计算得出梯级水库弃水风险控制指标的合理范围,应用于乌江梯级水库的算例表明,计算结果对于制定梯级联合调度运行方式具有参考作用。     

鳌江流域洪水风险动态预警预报研究

随着防洪理念由"洪水控制"转向"洪水管理",洪水预警预报成为了水科学研究的重点问题。以鳌江流域为例,构建了水文水动力、洪水影响等无缝耦合的全要素预报调度模型,实现了流域洪水预报调度和面上社会要素的影响预报。通过对2016年"鲇鱼"台风应用验证,成果合理可信,为流域风险预警预报提供强有力的技术支撑。     

雅砻江流域下游梯级电站水电联合实时优化调度探讨

介绍了雅砻江流域下游梯级水电站运行特点以及实施联合优化调度优势,分析了当前优化运行模式待完善之处,研究给出了考虑水流时滞和区间入库不确定的流域梯级电站实时优化调度数学模型和求解方法。计算结果表明该实时优化调度模型既符合流域梯级电站运行规律,又满足电网运行需求,可有效提高流域梯级电站经济运行能力。     

基于出力场景库的梯级水库群短期优化调度研究

随着各大流域梯级水库群的建成投运，梯级水库群短期优化调度问题的研究也越来越受到人们的关注，但该优化问题包含的变量多、约束复杂，其模型建模与求解难度随着水库群规模的扩大也越来越大。虽然传统优化方法或智能优化方法能够得到满足相关目标与约束的最优解，但往往优化算法下的结果太过于偏重目标值的大小，结果波动性、随机性大，难以满足实际调度需求。鉴于此，从历史已发生的调度结果出发，基于历史的详细调度数据，采用聚类分析等数据挖掘方法，考虑调度时期、业务类型、调度期长度、调度对象等场景要素，提出了电站出力场景构建技术，通过挖掘基于长系列历史运行数据的典型出力场景，形成出力场景库，并在此基础上提出了基于出力场景库的梯级水库群短期优化调度方法。以沙溪梯级水库群为例进行实例分析，结果表明，相比于传统优化调度方法，所提方法不仅能够得到满足实际调度要求的出力过程，而且计算时间也相对大大缩短，验证了该方法的可行性与实用性，研究成果对其他流域梯级水库群短期优化调度具有很好的参考借鉴意义。     

抬高水库汛限水位的洪水资源化利用研究

以河北洋河水库汛限水位分析为例，采用水库洪水调度多目标动态规划模型，模拟计算了不同频率入库洪水下水库不同汛限水位所对应的蓄、泄洪关系。在此基础上建立了综合考虑入库洪水、水库安全运行、下泄洪水超下游地区防洪标准、下泄洪水减少导致下游生态环境用水破坏等不确定性因素的水库汛限水位抬高风险评估模型与多目标风险决策模型，并对不同汛限水位下洪水资源化利用效益进行了计算，得出了不同频率入库洪水下的水库最优分期汛限水位方案。     

多风险因素影响下的水库防洪调度风险综合评估研究

汛限水位是水库协调防洪与兴利关系的关键控制点,合理设置汛限水位,是实现洪水资源化的重要途径。在考虑多种风险因素影响下,构建风险综合评估指标体系,建立综合评估模型,对水库防洪调度风险进行综合评估;以陆浑水库为例,探讨了多种汛限水位方案的可行性;结果表明:在考虑设计洪水过程、洪水预报误差、水库调度滞时、水位-库容关系四种风险因素影响下,陆浑水库前汛期汛限水位可抬高至318.7 m,兴利库容可增加0.64 m~3;后汛期汛限水位可抬高至319.2 m,兴利库容可增加0.66 m~3。该研究为水库防洪调度风险综合评估研究提供了技术支撑,并为陆浑水库实际防洪调度风险研究了提供科学参考。