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。

考虑发电与弃水风险的梯级水电站水库风险调度模型

为量化梯级水电站水库调度过程中的风险形势,提出了预报信息驱动的梯级水电站水库风险调度模型。基于长短期记忆(LSTM)神经网络建立风险形势预测模型,通过构造预报入库径流、水库运行工况、调度决策与出力破坏程度和弃水量之间的映射关系,动态推演复杂工况下梯级水电站水库调度风险;建立基于风险形势的梯级水电站水库调度模型,提出发电不足风险预控模式和弃水风险预控模式。选取雅砻江流域下游锦屏一级和二滩水库组成的梯级水电站水库作为实例研究,结果表明:与常规发电量最大模型相比,风险调度模型通过提前降低出力来补偿未来出力破坏时段的发电量,锦屏一级和二滩水电站分别减小出力破坏程度46%、63%,通过提前增加发电流量预留库容来缓解蓄水期后续时段的弃水量,锦屏一级和二滩水电站分别降低弃水流量4.8%、5.4%;风险形势预测模型能够将径流不确定性嵌入风险调度模型中,通过风险预控决策动态响应水电站水库调度运行状态和径流形势变化,在保证梯级发电量的同时有效降低调度风险。

权衡生态和发电目标的梯级水库强化学习模型及其应用

为更好地发挥经济及生态效益,建立了基于强化学习算法的梯级水库优化调度模型,以周尺度小浪底天然入库流量过程为基础,探讨梯级水库发电与生态目标之间的权衡,并将该模型应用于小浪底-西霞院梯级水库中,分别探讨了不同调度方案下发电最优、生态最优和发电-生态权衡的优化调度策略。结果表明,以发电最优为目标时,梯级水库多年平均发电量比常规调度增加了3.62%~7.92%;以生态最优为目标时,平均生态保证率比常规调度增加了31.68%~33.66%。结果为梯级水库多目标优化调度提供了一种可行方法。

大型梯级水电站枯水期多模式优化调度模型研究

针对大型梯级水电站枯水期调度面临的市场环境复杂、枯汛转换期来水形势多变等难题,提出了梯级水电站调度决策多模式自适应匹配方法,分别建立“无(消落)压力环境”模式和“有(消落)压力环境”模式下的优化调度模型,根据预报信息自动选择和灵活切换调度模式和目标,生成各电站水位动态控制和灵活调整策略。结果表明:“无(消落)压力环境”模式下可使流域发电量增加2.57%;“有(消落)压力环境”的“均匀突破”模式和“集中突破”模式下分别可增加发电量4.59%、5.32%,前者面临无法消落到位的风险更小,后者发电效益更大。该模型可有效降低枯水期消落和发电风险,提升流域整体发电效益,对于不同来水、发电等工况均表现出较好的适应能力和优化效果。

盘锦市农业水旱灾害风险评估与时空特征研究

文章利用信息扩散模型评估研究了盘锦市农业水旱灾害风险及其时空特征,全面分析水旱灾害的时空特点及发生的可能性。结果表明:盘锦市各区县发生农业水旱灾害风险较高,并且水灾高于旱灾的成灾面积、风险等级及概率;从空间分布上,农业水灾风险概率呈东南高、西北低的特征,旱灾则表现出相反的分布特征。研究成果可为盘锦市科学制定新时期农业可持续发展与防灾减灾战略提供参考。

梯级水库群多目标优化调度模型及CPF-DPSA算法研究

梯级水库群多目标联合优化调度是水能资源高效利用的重要研究内容,现有水库群多目标优化调度模型及求解算法的通用性亟待提高。在总结现有三种目标函数型式(累积值、极值及百分比)的基础上,以梯级总发电量最大、最小出力最大和生态断面用水保证率最大为目标,建立了具有普适性的梯级水库群多目标优化调度模型,提出了求解该模型的基于惩罚因子的动态规划逐次逼近算法(CPF-DPSA),探究了各目标与对应惩罚系数之间的变化关系,确定了各惩罚系数的影响范围,获得了分布较为均匀和广泛的非劣解集。老挝南欧江梯级水库群应用表明,该模型具有较好的适用性,CPF-DPSA算法获得的非劣解集分布广泛、均匀。尤其在长系列优化方面,CPF-DPSA算法在结果精度、非劣解质量和非劣解分布等方面比第三代快速非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)表现出更好的性能。

“长江流域水库群联合调度数字孪生构建方法研究”项目启动会召开

2024年2月27日,国家自然科学基金长江水科学研究联合基金“长江流域水库群联合调度数字孪生构建方法研究”项目启动会以线上线下相结合方式在武汉召开。水利部国际合作与科技司、长江水利委员会(以下简称“长江委”)国际合作与科技局、水旱灾害防御局等单位领导参会指导。项目负责人、长江委副总工程师黄艳参加会议。项目咨询专家组由武汉大学、华中科技大学、中国水利水电科学研究院、水利部科技委、长江委、黄河水利委员会、湖北省水利厅等单位的13位水利、IT行业的权威专家组成。

黄河水工程多维协同调度的初步理论框架研究

流域水工程协同调度是控制和管理洪水、协调水沙关系、合理配置水资源、支撑流域生态保护和高质量发展的关键手段,必须协调上下游、左右岸、干支流、汛期与非汛期等关系。围绕当前黄河水工程调度存在的多目标调度协同难、水库排沙与河道输沙协同难、全河大尺度生态调控难等难题,从属性协同、空间协同、时间协同、目标协同、工程协同5个维度全面分析了黄河水工程调度的协同与竞争关系。从充分发挥流域水工程综合效益的角度出发,以协同学理论为指导,识别了黄河水工程协同调度的序参量并确定其阈值,构建了黄河水工程多维协同调度模型,系统提出了黄河水工程多维协同调度的初步理论框架,为流域多目标激烈竞争关系的水工程协同调度研究提供参考。

浐灞河库坝联合调度系统论证分析和应用

为了构建浐灞河流域库坝群联合调度模型,采用协同粒子群算法求解水景观运行方案,在对比分析不同情景组合情况下提出水景观运行的下泄和补水方式;建立降雨产汇流河系连续演算模型并进行率定验证,利用遍历算法、自下到上反推控制坝调度方式;采用水动力模型模拟流动、水质模型模拟污染物的迁移扩散推算水质净化情况;建立泥沙运移、推移质和悬移质沉降等模型,推算泥沙沉降情况。接入水文、气象、雨量、水质、库坝、监控、视频等数据,搭建水情系统、水质预警系统、洪水预报、景观坝过流、联合调度等模型,形成联合调度平台。结果表明:多年来平台运行稳定,实现了预报、报警、预演、预案即“四预”功能的智慧水利体系,达到了水质水量的精准调度。

基于图论的韩江流域水库群生态调度

采用水文学方法计算了韩江流域干支流重要控制断面的生态流量目标;基于图论原理,根据流域内干支流水系特征、重要水利工程和控制断面分布情况构建了韩江流域河网图模型;考虑河段区间来水、河道外取水、引调水等边界条件以及流域水库群水量调蓄作用,开展了河网水量平衡计算,确定了河网节点流量。通过计算水库坝址所在断面的天然生态基流,提出了耦合最小生态下泄流量要求的水库常规调度规则;借鉴大系统聚合-分解思想,提出了韩江流域河网图模型迭代优化求解思路;通过选取不同典型年来水过程,评估了常规调度情况下控制断面生态流量保障程度,并在此基础上进行优化调度,分析流域水库群生态调度保障潜力。结果显示,耦合最小生态下泄流量要求的水库常规调度规则能够让水库在独立运行的情况下,基本保障不同来水条件下的控制断面生态流量需求;韩江流域水库群可通过开展联合优化调度满足控制断面生态流量需求;基于图论方法开展流域水库群生态调度具有可行性和实用性。

来水不确定对跨流域工程供水调度风险的影响

为量化径流预报的不确定性所产生的供水风险,本文以引汉济渭跨流域调水工程为研究对象,基于来水不确定性的概率分布定义了供水风险,以此建立与求解了供水调度模型,获得了不同预报误差的多尺度供水风险值,厘清了风险升级的预报临界误差,揭示了来水不确定性对跨流域调水工程供水风险的影响。研究表明:产生供水风险的径流预报误差阈值为15%,且预报误差与供水风险呈二次幂函数关系;三河口水库可利用其多年调节水库的性能,缓解预报误差带来的供水风险;将供水风险分为轻险、中险和重险,确定了风险升级的阈值分别为0.117、0.190,对应的预报误差分别为24.0%、32.7%。研究成果将为保障陕西省引汉济渭工程等跨流域调水工程的调水安全提供决策依据。

基于分段负荷构建策略的梯级水电短期优化调度方法

随着中国经济的快速发展,电力需求不断增加,作为中国第一大清洁能源,水电得到大规模集中投产,形成了复杂的大规模水电系统。然而,梯级电站数目增加、众多水力电力约束和时效性的调度需求使得短期水电优化调度面对严重的“维数灾”挑战。因此,提出一种基于分段负荷构建策略的梯级水电短期优化调度方法。首先,从梯级水电站调节性能,所处位置及承担任务等角度,制定出调节电站的选取规则;然后,给出将复杂的原始负荷划分为2个子负荷过程的方法,得到时间降尺度的分段负荷过程和频繁波动的剩余负荷过程;最后,给出调整方法,结合粒子群算法在不同阶段进行遍历寻优,找到目标最优时的负荷划分过程。以中国西南某流域7座梯级水电站为研究对象采用成熟的粒子群算法进行汛枯期典型日的模拟计算,结果表明所提的分段负荷构建策略能够有效降低求解复杂度,合适的分段数目能够在保证解质量的情况下提高求解效率。同时,该方法极大程度地减小了辅助电站的出力波动,这对降低调度难度、减少机组损耗有很大的帮助。因此,所提方法能够给大规模梯级水电短期调度求解困难的解决提供借鉴,具备很好的实用价值。

梯级水库群多目标协同均衡调控研究

梯级水库群调度下多目标矛盾突出,为实现利益的协同与均衡保障,首先识别多目标关键利益与非关键利益,并基于协同学构建了梯级水库群多目标协同优化调度模型;其次提出了基于满意边界的时段内多目标利益均衡调控方法,并引入以混沌时间序列分析的关联维数及Kolmogorov熵对水库群多目标调度系统进行混沌特征识别与引导。在黄河上游梯级水库群多目标调度中的应用结果表明:在不降低多目标利益保障水平的情况下,所提理论与方法实现了梯级水库群调度下多目标利益在时段间形成协同有序、在时段内达到利益均衡;最终方案中黄河上游梯级水库群多目标调度系统的总协同度为0.64,各目标的关键利益保障程度明显高于非关键利益。研究成果为存在多目标竞争关系的流域水资源高效利用提供了新的理论与方法,拓展了水库群多目标优化调度的研究范畴,促进了水资源系统工程学与协同学、混沌学的交叉与融合。

考虑水流补偿风险和回水顶托效应的梯级水电优化调度

龙头电站增发流量引发的水流补偿风险增加了多主体梯级水电优化调度的难度,且下游电站回水顶托效应进一步加剧了模型的复杂度。为此,针对龙头电站的水流补偿过程进行非线性建模,对补偿期与回蓄期水流补偿风险进行量化处理,同时考虑下游电站回水顶托效应对龙头电站尾水位的影响,进而构建了以梯级电站联合运行收益最大为目标的调度模型。算例分析表明,该方法能够更加合理地对梯级流域上下游电站之间进行效益分配,协调了多主体梯级水电站之间的利益冲突,提高了各级电站参与市场调度的活跃度。

考虑农业需水的龙溪河流域水库群联合调度研究

中小流域水资源往往不能合理分配,水资源利用率不高。以龙溪河流域5座水库为例,首先构建水文模型,并以六剑滩水文站12年实测径流对模型进行参数率定和验证,NSE可达0.89,R2为0.87,相对误差RE为5.4%,获得到水库区间入库径流过程;其次选取流域玉米、水稻和红薯3种代表作物,构建农作物灌溉需水量模型,采用作物系数法和Penman-Monteith公式计算作物需水量和USDA-SCS法计算有效降水量,获得各水库农业灌溉需水量。最后建立龙溪河水库群综合供水量和发电量最大为目标的水库群联合和单库调度模型,运用逐步优化算法(POA)求解和模糊层次分析法进行方案优选。研究结果表明:联合调度比单库调度更能够平衡上下游水库水资源分配,减少弃水量,提高发电效益和供水保证率。

关于长江流域水库群联合调度的总结与思考

长江自西而东横贯中国中部,流域面积大,其上游和主要支流的洪水构成十分复杂,采取的防洪措施广泛且水库分散。为解决这一状况,近年来,通过水利资源联合调度整合,长江流域基本形成了一套综合完整的水利管理系统。随着长江流域水库群联合调度范围逐步扩大、深度逐渐加强,水库群充分发挥基本的防洪作用,保障长江流域安全的同时,也多维度地发挥着蓄水供水、航运发电、生态保护等综合社会经济效益。但就目前发展形势而言,长江流域水库群联合调度工作的开展仍存在着方案优化、预报精度、信息化建设等方面的不足,需要在此基础上加以研究并改进,以实现资源配置最大化和社会经济效益最优化。

黄河龙羊峡至刘家峡区间主要梯级水库洪水调度研究

目前黄河上游防洪任务主要通过龙羊峡、刘家峡水库联合调度完成,随着龙羊峡、刘家峡水库按设计汛限水位运用,兼顾黄河上游中小洪水的防洪能力相应减弱。通过挖掘龙羊峡至刘家峡区间拉西瓦、李家峡、公伯峡、积石峡主要梯级水库的防洪潜力,将区间梯级水库纳入黄河上游防洪统一调度,可有效缓解黄河上游防洪压力。经研究,梯级水库参与防洪调度后,不同方案可将现状龙羊峡、刘家峡两库兼顾水库下游河道防洪安全的10 a一遇控制下泄流量由3 700 m^(3)/s减小至3 200~3 500 m^(3)/s。梯级水库参与防洪调度后,使刘家峡水库下泄流量更为均匀,梯级水库大流量下泄时长增加,从而减小了发电弃水概率,增加了梯级电站发电量。

金沙江下游梯级水库防洪库容分配方式研究

为实现金沙江下游梯级水库综合效益的最大化发挥,研究联合防洪调度运用方式十分必要。为此,采用以金沙江来水为主和以岷江来水为主的不同地区组成洪水过程,运用相关数学分析方法,开展金沙江下游梯级水库调洪计算、防洪作用分析、防洪库容运用和梯级电站发电效益计算等,研究了以满足川江防洪为目标的金沙江下游梯级水库防洪水量分配方式。研究结果表明,在满足下游川江防洪要求的前提下,从充分利用洪水资源、增加梯级电站整体发电效益角度考虑,在防洪水量分配运用调度中,建议金沙江下游梯级水库防洪库容运用的顺序依次为乌东德水库、溪洛渡水库、白鹤滩水库。研究结果可为金沙江下游及类似流域梯级水库合理、科学的防洪调度提供参考。

梯级水库群联合调度关键技术发展历程与展望

水库调度是实现水资源优化配置的重要方法和有效举措,能有效缓解区域干旱、洪涝等自然灾害,对于实现可持续发展水资源战略具有重要支撑作用。经过多年的理论创新与技术发展,水库群系统调度已经形成了较为完整的框架。水库群调度的先驱者们已经开展了大量卓越的工作,在传统技术的发展,及在针对新问题的理论突破上都做出了重要的贡献。本文旨在于综述水库群调度研究的发展历程,总结当前国内外水库调度领域的热点问题,并探讨未来水库群调度研究的发展方向。

水库群联合防洪预报调度方式及汛限水位研究

根据太子河流域库群特点,进行了观音阁、汤河水库仍按原调度方式,窝水库采用预报调度方式的库群联合预报调度及窝水库汛限水位研究.结合窝水库的具体情况,以实际入库流量作为主要判别指标,并以观-区间累积净雨作为辅助指标,运用预报调度理论,将窝水库的汛限水位抬高了1.40 m.效益、风险分析结果表明:太子河流域实施库群联合预报调度,在不增加上下游防洪风险的前提下,能显著提高发电和供水效益.