长江梯级水库群联合调度成效、挑战及对策

经过70 a的建设,长江流域控制性水库群基本建成。以三峡水库为核心的梯级水库群联合调度已经开展10 a。在总结控制性水库群在防洪、供水、生态和应急联合调度取得成绩的基础上,分析控制性水库群及与水网工程联合调度面临的问题和挑战,提出了相应的对策建议。研究表明:水库群联合调度因流域防洪调度而启,目前在防洪、抗旱供水、生态环境和应急等公益调度中发挥了重要作用。气候变化及水文中长期预报不确定性是联合调度面临的主要挑战,其次是水库群联合调度与单个水库多目标调度利益协调、定量评价调度效果及合理的补偿等管理问题。加强“四预”是解决气候变化和人类活动不确定性的主要对策。水库群与水网工程联合调度可以更广泛地发挥水利工程水安全保障作用。建立科学合理的水工程群联合调度体制和机制是解决联合调度管理问题的有效措施。

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。

金下-三峡-葛洲坝梯级水库联合优化调度方案比较研究

依据水库调度图进行模拟调度,以检验设计值的合理性并作为方案比较的基准。分别建立金沙江下游和三峡-葛洲坝6座梯级水库联合调度和多目标优化调度模型,采用基于Gaussian径向基函数的“参数化-模拟-优化”框架和Borg算法求解优化模型的Pareto前沿。对比研究结果表明:6库设计年发电量合理可靠,联合调度需考虑回水顶托影响;联合(优化)调度方案与单库调度方案对比,6库年均弃水量分别降低20.38%(30.44%),增发电量4.01%(5.45%),其中溪洛渡、向家坝和葛洲坝水库增发电量最大;发电量与蓄满率互相制约,三峡水库9月10日起蓄面临着枯水年难以蓄满的问题,建议进一步优化三峡水库汛期运行水位并考虑提前蓄水。

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。

赣江中游梯级水库群联合发电调度补偿效益分析研究

为解决赣江中游水库群没有统一有效的联合调度方式而发电量较低的问题,本文探索了赣江中游梯级水库群的联合发电及其补偿效益,通过研究赣江中游水库群在单库优化调度和联合优化调度下,以发电量最大为目标函数,采用DPSA-POA算法与DE智能算法相结合对模型进行求解,研究在不同典型年下水库发电调度补偿效益。结果表明:在丰水年(1995)、枯水年(1991)、平水年(1985)不同典型年下,水库联合调度比单库调度增发电量0.01%、0.55%、0.91%,相应减少弃水2.26%、5.01%、10.72%,在来水越少的年份,补偿效益更为明显,研究结果可为赣江中游梯级水库群联合调度补偿效益分析及其梯级水库群开展合作调度提供理论依据。

基于峰谷时段模糊识别模型的梯级水电站负荷联合调度方法

梯级水电站开展负荷有效调度对于提高水电站的供电能力具有重要作用。为了最大程度发挥出梯级水电站的优势,实现对其优化调度并保证稳定运行,研究以提高联合调度效益和峰谷调节能力为目标,通过协调不同水电站之间的发电量、出力调整以及蓄水量等多种参数,再结合各个水电站之间的相互影响和依赖关系等因素,以整体性能优化为目标,协调梯级水电站的运行计划和调度策略,使梯级水电站达到更高效、经济且稳定可靠的电力供应。还在引入模糊半梯形隶属度函数的基础上,利用模糊识别模型划分出峰谷时段,分别以发电效益最高、电网余荷均方差最小为目标函数,利用差分进化算法求解约束条件下满足目标函数的最优解,最终得到了梯级水电站的负荷联合调度方案。实验结果表明:在应用该方法后,可以使电网余荷均方差更小,发电总效益也得到显著提高,说明该方法的联合调度效果更优。

基于仿真模型的河流与水库智能联合调度研究

目前,河流与水库的联合调度已成为河流水资源管理中的一个热点问题。受气候变化和人类活动影响,流域水环境日趋复杂,不确定性增强,对传统的控制方法提出了新的要求。为此,基于仿真模型的智能协作调度技术应运而生。该方法通过建立高精度的河流和水库模拟计算模型,并利用现代人工智能方法,对流域内水资源进行最优配置。对此,本文将从以下几个方面出发,详细阐述基于仿真模型河流与水库智能联合调度策略,以期能够为相关管理人员提供一些有效的参考。

清江梯级水库群联合优化调度图研究

针对清江梯级水库群中长期调度问题,根据最优调度结果确定了调度图的型式,引入了可能出力的概念,对水库群进行聚合,建立梯级总出力与梯级可能出力之间的关系.然后根据总出力是否为保证出力进行决策分解,由此采用一连串的二维水库调度图来描述水库群的联合调度规则.基于模拟调度,建立了优化模型,采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ进行优化计算,得到较好的联合优化调度图.模拟计算表明：对于1951-2005年实测径流系列,若采用梯级水库群联合优化调度图较常规调度方案年均发电量增幅可达2.62%;对于两种随机模拟方法生成的水文径流系列,若采用梯级水库群联合优化调度图,年均发电量可分别提高1.77%和2.52%,理论上经济效益显著.

确定梯级水库联合防洪预报调度方式优化方法研究

针对梯级水库拟定联合调度方式的复杂性,将常规优化调度和预报调度规划方式相融合,提出一种确定梯级水库联合预报调度方式的优化方法.首先,对于选定的调度目标,采用优化手段寻求梯级水库不同频率设计洪水的最优联合调度方式,并综合分析归纳最优泄流过程的特点;其次,对各库的预报调度潜力进行分析,结合最优泄流过程的特点选择预报判别指标,在不考虑预报误差的情况下拟定理想联合预报调度规则;最后,对预报判别指标的误差进行分析,在理想联合预报调度规则的基础上制定满意的联合预报调度规则.将该方法应用于昭平台与白龟山梯级水库,结果表明此方法在一定程度上减少了确定梯级水库联合调度方式的复杂性,为库群防洪预报调度方式研究提供了新途径.

三峡及金沙江下游梯级水库群蓄水期联合调度策略

针对三峡及金沙江下游梯级水库群汛后竞争性蓄水矛盾,以溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝梯级四库系统为研究对象,采用不同来水年型、蓄水时间和起调水位构建蓄水情景集;以蓄水期期望发电量最大为目标,建立蓄水期多目标联合随机优化调度模型,生成各蓄水情景下的最优蓄水方案;基于蓄满率、梯级期望弃水量、梯级平均期望出力对各方案进行评价,推荐丰水年溪洛渡、向家坝9月11日起蓄、三峡9月10日起蓄,平水年溪洛渡、向家坝9月11日起蓄、三峡9月1日起蓄,枯水年溪洛渡、向家坝9月1日起蓄、三峡8月21日起蓄。

长江流域梯级水库群联合调度关键问题研究

长江流域干支流已建和在建的大型梯级水库群规模庞大,实施联合调度将对长江防洪安全、水资源优化配置和水电能源高效利用意义重大。对长江流域大型梯级水库群联合调度需要解决的主要理论、方法、技术和管理问题进行了归纳剖析,并结合近年来开展的相关科研工作,简要介绍在大型梯级水库群联合调度的发展战略、优化模型、生态调度、管理体制和仿真平台等方面的主要成果和研究进展。

基于总保证出力协调的梯级水库联合调度图研究

针对具有龙头调节的多个季调节性能及以上水库构成的串联梯级水电站的联合调度问题,借鉴单库水库调度图制作思想,基于梯级总保证出力协调原则,提出了梯级水库联合调度图制定的基本原理,以梯级总电量最大化为目标探讨了梯级水库联合调度图的优化方法,并以沅水为例研究了梯级联合调度图。结果表明,该方法在梯级水头及水量充分利用、梯级相互补偿等方面作用显著,对提高梯级水电站的年均发电量和梯级总保证出力成效突出。

淮河流域大型水库联合优化调度的动态规划模型解

淮河流域暴雨洪水频繁，常常遭遇恶劣丙型的组合。为使大型水库群在大范围暴雨洪水期间综合效益达到最优，采用动态规划模型求解淮河流域大型水库群的联合优化调度问题，利用国产曙光１０００巨型计算机的高速度和大容量的优势，解决了优化计算中的"维数灾"和"网格灾"问题，给出了淮河流域９个大型水库联合优化调度模型，有效地提高了防洪水库的利用率。

金沙江下游梯级水库配合三峡水库联合防洪调度效果分析

为分析金沙江下游梯级水库配合三峡水库的联合防洪调度效果,运用2种补偿调度方式对长江中下游防洪的情况进行研究。分别选取1954年和1998年为典型洪水年,对不同频率下的设计洪水进行联合防洪调度演算。结果表明:金沙江梯级配合三峡水库联合防洪不仅能保障长江上游干流川江河段及荆江河段的防洪安全,而且能进一步提高三峡水库的防洪能力。与对荆江河段防洪的补偿调度方式相比,兼顾城陵矶地区的防洪补偿调度方式能进一步减少城陵矶地区的分洪量,在有金沙江梯级配合三峡水库运用时能较大程度地保证荆江河段行洪安全。

黄河上游梯级水库群联合调度补偿机制研究

水库群联合调度可在流域水资源优化配置过程中产生各种补偿效益,科学、合理、公正、公平地界定各种补偿效益并实施分摊,直接关系到流域的可持续发展及梯级水库水电站的滚动开发。以黄河上游龙羊峡、刘家峡水库联合调度为例,合理界定了水库群补偿效益的概念、内涵及类型,构建了水库群联合调度补偿调节模型,并以发电补偿效益为例,计算了2005年龙羊峡、刘家峡水库联合调度对下游各水库电站的发电补偿效益。水库群补偿应遵循"谁受益、谁补偿"原则,市场、价值原则,公平、合理原则,可操作性原则,可持续性发展原则。

金沙江下游梯级与三峡梯级水库联合发电调度

针对金沙江下游梯级水库的相继建成将会改变长江流域梯级水库综合调度格局问题,构建了金沙江下游梯级水库与三峡梯级水库联合发电调度模型,并采用逐次优化算法进行了求解。结果表明,采用联合优化调度后整个梯级发电效益明显,与原设计方案相比梯级平均发电量可增加6.29%;与各梯级单独优化运行相比,梯级发电量可增加1.48%。

基于物理栖息地模型的梯级水库优化调度研究

为实现梯级水库生态调度,利用物理栖息地模型给出水生生物良好生存所需的生态流量,并构建了梯级水库中长期优化调度模型。模型借助POA算法进行优化求解。将生态调度结果与常规调度结果进行对比分析,发现基于生态流量调度的梯级水库运行模式利于保护流域内典型特有生物。选取西南地区某流域为典型进行生态调度计算,结果表明:实施生态调度后适于鱼类A、B生存的栖息地面积有较大增加,实现梯级水库的社会效益最大化。

黄河干流水库联合调度规则模型研究

通过水库联合调度模型计算，在求出水库群长期满意的运行策略基础上，分析影响决策水库放水流量的多种因素，归纳出黄河干流各水库调度规则模型。经联合调度运行的检验，获得较满意的结果。此规则模型可反映多种影响因素与水库放水流量之间的关系；结合径流和用水预报，可用于指导水库联合实施调度；有利于今后水库联调的自动控制和自动化管理。

金沙江下游至三峡-葛洲坝梯级水库群发电联合调度增益机制分析

金沙江下游溪洛渡、向家坝至三峡、葛洲坝四库梯级为长江流域水能资源调控重点枢纽工程,开展四库发电联合优化调度效益显著。研究建立四库系统独立发电、联合两种模式下优化调度模型,采用长系列径流系列计算发电效益增益,统计增益的时间、年型、空间分布特征。提出基于全微分法的增益占比析因方法辨识发电增益受发电水量、水头影响贡献占比,归纳增益产生机制。结果表明:(1)消落期发电增益集中产生在5月份;向家坝、葛洲坝为主要受益水库。(2)联合增益的产生原因在于联合调度过程中溪洛渡、三峡均化了5月、6月放水过程,降低向家坝、葛洲坝的弃水量,抬升两库水头,增加发电效益。(3)向家坝的补偿增益受发电水量、水头贡献占比相当,葛洲坝的补偿增益主要以发电水头抬升的水头效益为主,溪洛渡、三峡的效益变化主要受联合调度过程中水头变化影响。

黄河中游骨干水库非汛期联合调度模型研究

三门峡和小浪底水库作为黄河中游两座重要的控制性枢纽工程 ,两库联合调度可以有效调节黄河下游水资源 ,提高水资源利用效率。以黄河下游非汛期水量调度需求为牵引 ,考虑黄河下游水资源短缺现状和小浪底水库兴利目标等级次序 ,建立了符合实际的三门峡和小浪底水库非汛期联合调度模型。与以往研究相比 。