洞庭湖四水流域水库群联合防洪优化调度

针对多防洪控制点的混联水库群联合防洪调度中防洪目标难以协调的问题,构建了以多流域协调条件下合成洪水洪峰流量最小为目标的水库群联合防洪调度模型,并采用逐步优化-逐次渐进算法(POA-SA)优化求解。在洞庭湖四水流域开展实例研究,基于防洪需求及各水库的特性,以四水流域下游尾闾控制站洪峰流量最小和四水汇流至洞庭湖的合成洪水洪峰流量最小为目标,提出典型年四水流域水库群联合防洪优化调度方案。结果表明:①针对1998年和2017年两场洪水,水库群联合优化调度后的四水合成汇入洞庭湖的洪峰削峰率比四水单独优化调度分别提高了9.4%和4.5%;②资水的柘溪水库和沅江的五强溪水库通过补偿调节,较好地实现了入湖洪水的错峰。对洞庭湖四水流域水库群联合调度可以保障四水流域自身防洪安全,并为洞庭湖防洪减压,研究成果可为流域水库群联合防洪调度提供参考。

清江梯级配合三峡水库对城陵矶防洪调度方式探究

为充分挖掘清江梯级水库10亿m^(3)防洪库容的防洪效益,构建了长江上游水库群与清江梯级水库联合防洪调度模型,定量分析了清江梯级水库配合三峡水库对荆江河段实施联合防洪调度的防洪作用和库容使用情况,探讨了清江梯级水库配合三峡水库对城陵矶联合防洪调度的必要性;在此基础上,开展了不同水库群联合防洪调度方案防洪效果的比较分析,提出了清江梯级水库配合三峡水库对城陵矶防洪调度的分级拦蓄方式。研究表明:提出的分级拦蓄方式为当来水小于4000 m^(3)/s,清江梯级水库各拦蓄流量为2500 m^(3)/s;当来水不小于4000 m^(3)/s,清江梯级水库各拦蓄流量为3000 m^(3)/s;拦蓄时机与三峡水库同步,在拦蓄过程中兼顾了发电因素。该方案可有效发挥清江梯级水库的防洪作用,减少长江上游水库群动用防洪库容。研究成果量化了清江梯级水库的防洪作用,可有力支撑长江水库群联合防洪调度方案编制。

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m^(3)防洪库容的基础上,尚有30亿~60亿m^(3)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。

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。模型可有效评估川渝河段防洪调度风险,为地区防洪调度风险研究和决策提供参考。

金沙江下游梯级联合调度对川渝河段防洪效果评价

金沙江下游四级梯级水库联合调度为长江川渝河段提供了防洪安全保障,对其防洪调度效果进行评价,可以科学衡量与评估川渝河段防洪调度效果,促进流域洪水资源化利用。基于金下四级联合防洪调度方案,建立防洪、发电、生态和航运4个准则下的评价指标体系,采用改进的层次分析法和熵权法,构建川渝河段梯级水库防洪调度效果评价模型,综合考虑防洪和兴利效益,评估不同来水频率和不同起调水位的梯级水库防洪调度效果;对比溪-向两库联合调度与金下四级联合调度效果,分析乌东德、白鹤滩水库建成投产对于川渝河段防洪调度及洪水资源化利用的综合效果。结果表明:①随着乌-白两库起调水位升高,金下四级防洪调度效果系数呈现先升高后降低的趋势。②对于20,30,50 a一遇和100 a一遇洪水,乌东德和白鹤滩水库分别从(965 m和795 m)、(975 m和790 m)、(955 m和790 m)、(952 m和795 m)起调时,金下四级防洪调度效果系数最大,梯级水库联合防洪调度方案最优。③乌东德、白鹤滩水库建成投产后,川渝河段洪水资源化利用效果提升。研究成果可用于多功能、多保护对象的梯级水库防洪调度效果评价,为地区防洪调度决策提供依据。

金沙江下游-三峡梯级水库2023年联合调度实践

金沙江下游-三峡梯级水库是治理和保护长江的关键性工程。为了进一步提高梯级水库应对持续枯水的能力,保障水资源综合利用效益全面发挥,结合2023年长江上游水雨情特点,全面分析了梯级水库应对持续枯水所实施的联合补水、汛期水位动态控制、联合蓄水等优化调度措施,总结提炼了梯级水库联合调度的成效和经验。实践结果表明:枯水期梯级水库累计向下游补水约243亿m^(3),有效保障了长江中下游供水安全以及航运、生态等综合效益;通过汛期抬水位、蓄水期精细化预报调度,有效提升了水资源利用效率,保障了梯级水库实现蓄满目标。提出的调度措施和经验可为今后流域控制性水库群联合调度方式优化提供重要参考。

梯级水库运行期设计洪水及水位联合优化调控变革与启示

我国水资源时空分布不均,年际、年内变差大,洪涝和干旱并存,流域防洪与兴利需求并重。随着大规模水库群建成投运,流域下垫面条件及产汇流机制明显变异,水库及引调水工程运行等人类活动对设计洪水影响显著,梯级水库群运行管理中如何分析和应用设计洪水成为亟待解决的新问题,水库群联合优化调控、水资源高效利用的现实要求十分迫切,已列入中国科学技术协会2023年十大产业技术问题。经过多年探索实践,我国在梯级水库运行期设计洪水及水位联合优化调控方面已取得一定研究进展和成果,但仍存在对暴雨洪水季节性变化规律认识不足、梯级水库群系统中各水库运行相互影响考虑不足、现代水文气象实时预报信息运用不足等问题,亟须系统开展运行期设计洪水及水位联合优化调控体系研究,实现风险可控条件下水资源高效利用,保障防洪安全、供水安全、能源安全、生态安全,推进新阶段经济社会高质量发展。

水工程联合调度知识图谱构建与应用研究

为了将水工程调度与新一代信息技术进行深度融合,立足流域水工程调度业务需求,按照知识建模、知识抽取、知识存储以及知识应用的总体思路,提出了合理可行的水工程联合调度知识图谱构建与应用总体技术方案,以及场景驱动的水工程联合调度本体构建方法。具体阐述了结构化、非结构化信息挖掘与知识抽取技术以及基于Neo4j图数据库的知识索引与可视化,并从防洪调度、水资源调配两个方面探索知识图谱的应用实例与发展方向。研究初步实现了调度知识图谱构建全流程贯通,可为知识图谱在水工程联合调度领域的进一步发展与应用提供借鉴。

基于入库洪水识别模型的洪水资源利用潜力评估

洪水资源利用潜力评估是合理调配流域水资源与储水空间的前提。针对我国水资源时空分布不均问题,基于Kolmogorov-Smirnov检验、改进超定量法与带时畸参数的泊松标值过程模型,构建入库洪水识别模型,实现非一致性径流时间序列向“独立同分布”样本的转化,识别与推求入库洪水代表性线型;综合流域调蓄能力与用水需求等约束,提出水库群洪水资源利用潜力评估方法,定位关键制约因素,界定预留防洪库容与水位上浮空间均衡防洪与兴利功能。以金沙江下游乌东德、白鹤滩、向家坝与溪洛渡四座水库(金下四库)为研究对象,结果表明:1998与2002年为向家坝水文站6-11月序列一致性变更点;入库洪水以矮胖型为主,3日洪量是比洪峰更应优先考虑的联合调度决策特征参数;受限于储水空间,遭遇百年一遇及以下设计标准洪水,金下四库洪水资源利用潜力为37.27亿m^(3),为持续优化调蓄空间,建议依次上浮运行水位至952.26、806.77、576.31与373.99 m。研究成果以期为变化环境流域水资源与储水空间优化配置提供参考。

长江1870年特大洪水防御推演与对策研究

1870年长江流域发生了特大洪水,枝城站洪峰流量重现期超1000 a一遇,造成极为严重的洪灾损失。为强化特大洪水风险防范,有效提升极端洪水灾害的应对能力,在分析1870年特大洪水雨水灾情特征、流域水文地理演变和防洪体系建设情况的基础上,对1870年特大洪水在现状防洪体系调度运用条件下的发生、发展、演进过程进行了推演模拟。结果表明:当前再遇1870年特大洪水,长江流域防洪体系可妥善应对并大幅减少洪灾损失,按调度规程发挥以三峡水库为主的水库群洪水拦蓄作用,并运用荆江分洪区等13处蓄滞洪区分洪、200多处洲滩民垸行洪后,长江防洪重点区域防洪安全总体可控,但洪水防御仍面临堤防长时间高水位运行存在安全隐患、蓄滞洪区与洲滩民垸行蓄洪运用困难、大量人员转移安置压力大等突出问题。根据1870年洪水推演成果,结合近年来长江流域防汛实践,从加强特大洪水风险机理研究、加快流域防洪工程体系建设、强化风险研判和优化调度、做好应急转移和救灾安置等方面提出了提升特大洪水防御能力的对策建议。

基于改进惯性权重PSO算法的水库防洪联合调度研究

针对望谟县洪灾频发的现状,基于改进惯性权重的PSO算法,以动用新屯、纳坝水库的防洪库容最小为目标,建立了水库防洪联合调度模型。在保证水库工程安全和控制断面低于保证流量的前提下,通过防洪联合调度,两库(纳坝、新屯)库堤结合方案使望谟县城市防洪标准由现状20年一遇提高到50年一遇,50年一遇洪水削峰率约为33.7%。其中,纳坝水库50年一遇洪水的安全下泄量为23.5 m^(3)/s,新屯水库50年一遇洪水的安全下泄量为16.5 m^(3)/s。实例应用可为水库群防洪联合调度研究提供参考。

分水江流域水库群防洪不同业务需求的优化调度算法

目前,关于流域水库群防洪优化调度研究较多关注的是优化算法本身的效率和效果问题,而关于适配某些特定业务需求的不同优化调度算法的研究相对较少,从而影响了其调度系统平台的实用性。根据分水江流域防洪实际业务场景的特定需求,提出了常规优化、堤防安全优先、水资源存量优先3套不同的水库群防洪联合优化调度方案,采用不同约束条件的遗传算法,实现了不同调度方案的多目标寻优,并结合水文-水动力模型预演了不同调度方案的实施效果。通过两场实际洪水验证,该算法具有良好的精度和实用性,能够保证满足不同业务场景需求,并可进一步发掘分水江流域水库群的防洪潜力,提高流域水库群的调洪、蓄洪能力。

水库联合调度对松澧地区防洪的影响分析

基于马斯京根法的连续的河道洪水演进模型,实现了澧水流域上江垭、皂市水库联合防洪调度,从而得到联合调度对澧水流域防洪控制点流量影响;同时采用水动力学模型对松澧地区控制站点水位模拟。结果显示,除了1998年、2003年特大洪水外,通过江垭、皂市水库联合防洪调度,基本可以保证河道防洪安全,同时松澧地区控制点水位有所降低。而通过江垭、皂市、三峡水库联合运用,松澧地区控制站点的水位仍高于保证水位。

梯级水库群联合防洪调度风险估计模型

入库洪水过程的不确定性是防洪调度重点防范的主要风险源,为合理评估梯级水库联合防洪调度过程中所面临的风险,构建了以主要目标和约束的破坏概率为要素的风险评价指标体系,在考虑洪水预报中偶然误差及上下游水库之间入流的相关关系基础上,提出了梯级水库群入库洪水过程随机模拟方法,并将洪水频率分级后构建了梯级水库群联合防洪调度风险估计模型,给出了基于模拟最大熵理论的求解方法。实际工程算例分析表明,该方法与模型合理可行,能够给出不同预报误差标准差时的风险率,具有一定的适用性,可为调度决策提供参考。

河道与蓄滞洪区联合防洪数值模拟研究进展

基于目前河道与蓄滞洪区联合防洪过程中存在的问题,本文通过对河道与蓄滞洪区联合防洪过程中洪水演进数值模拟的一维模型、耦合模型、全二维模型的优缺点和适用性进行系统化的分析,揭示了未来防洪数值模拟的发展方向。研究结果可为洪水风险图绘制、洪水预警预报提供重要依据,对防洪减灾决策具有重要指导意义。

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。

大清河流域水工程联合防洪调度研究

白洋淀是大清河流域重要枢纽工程,基于雄安新区建设对大清河流域防洪提出更高的要求,大清河流域水工程联合防洪调度研究显得尤为重要。本文以白洋淀最高水位最小作为联合防洪调度目标,建立联合防洪调度模型并进行求解。在保证水库工程安全的前提下,进行了不同洪水条件下的联合防洪调度研究,通过优化调度,可保证在遭遇百年一遇洪水不开启文安洼蓄滞洪区;在一定程度上降低了白洋淀最高水位,可有效减轻了堤防和白洋淀防洪压力,为保障雄安新区防洪安全提供支撑。

淮河上游水库群防洪联合调度效果及潜力分析

水库群防洪联合调度效果与潜力分析,对进一步提高水库群防洪效益具有参考价值。以淮河王家坝以上防洪系统为研究对象,以9场历史实测大洪水为样本,采用控制断面的洪防洪效果指数、综合防洪效果指数、极限潜力、优化潜力和综合潜力指数等作为水库群防洪联合调度的效果和潜力评价指标,王家坝以上水库群在现行的防洪调度水平下,对下游班台、息县和王家坝防洪控制断面防洪效果显著,各水库仍具有不同程度的防洪潜力,进一步研究水库群防洪联合调度具有实际意义。

梯级水库群泄洪设施联合调控研究

洪水灾害是中国最严重的自然灾害之一,水库防洪调度是有效避免或减轻洪水灾害的重要手段。当前水库防洪调度主要是运用优化算法获得水库的优化调度决策方案,鲜有考虑水库泄洪设施的运行控制,往往导致优化调度结果难以付诸实施。鉴于此,本文通过开展梯级水库群泄洪设施运用数字化,构建梯级水库群泄洪设施运用数据库,建立梯级水库群联合防洪调度模型,研究梯级水库群泄洪设施联合调控策略,并以雅砻江下游梯级水库群泄洪设施联合运行为例进行验证。结果表明:优化调度方案充分利用防洪库容调蓄,其出库流量过程比常规调度更加均匀,极大程度的削减了出库洪峰流量,其中锦屏一级水电站出库流量过程变化范围由1 712~5 375 m^3/s减小为3 181~3 713 m^3/s,变化次数也由10次减少为5次,出库洪峰流量减幅达到22%;同时,优化调度方案中梯级水库群泄洪设施变化总次数较常规调度明显减少,由182次减少至153次,泄洪设施组合方案调整的频率明显降低。研究成果对于推动梯级水库群防洪优化调度向泄洪设施运行控制的精细化和智能化转变,提升梯级水库群防洪调度管理水平具有重要的理论意义和工程实践价值。

水库群联合优化调度研究进展与展望

系统阐述了线性规划、非线性规划、网络流、大系统、动态规划、启发式算法等主要的水库群联合优化调度方法,对近年来国内外水库群优化调度理论及应用进展进行综述;重点分析了库群联合调度的基本原则、目标函数、优化算法及在防洪调度、兴利调度和多目标调度中的应用;展望了水库群联合优化调度的多目标技术,决策支持系统和效益分配等研究的方向。