金沙江梯级与三峡水库联合防洪调度研究

金沙江下游溪洛渡、向家坝梯级水库具有对川江沿岸重要城市和配合三峡水库对长江中下游进行防洪的双重防洪功能,如何科学划分金沙江梯级水库有限防洪库容、协调各防洪对象的调度方式,是溪洛渡、向家坝配合三峡防洪调度这一面向多区域防洪问题的关键科学问题。首先在金沙江溪洛渡、向家坝梯级规划设计防洪库容的基础上,按照所在河段防洪目标及配合三峡水库对中下游防洪的次序,探讨了川渝河段及长江中下游重点区域防洪对溪洛渡、向家坝梯级水库防洪库容的预留要求;进而分析了上、下游洪水遭遇类型及相关性,寻求针对不同区域防洪的库容共用空间,确定防洪库容分配方案;最后,分析了上游水库拦蓄方式对三峡入库洪水的影响,提出科学、合理、可行的金沙江溪洛渡、向家坝梯级配合三峡水库联合防洪的调度方式。分析认为,联合调度可有效减轻长江中游的防洪压力,经济效益显著。

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。

金沙江下游梯级电站汛期及蓄水期调度策略研究

金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝四座水电站是长江防洪体系的重要组成部分。乌东德和白鹤滩水电站的建成运行,一方面使防洪调度的灵活性大大提高,另一方面也使得四座水库如何配合才能充分发挥梯级综合效益的问题变得更加复杂。以金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝梯级电站为研究对象,构建梯级电站优化调度模型,采用非线性规划和改进逐步优化混合算法求解,并基于长系列来水分析了梯级电站汛期及蓄水期的优化调度策略。结果表明:不同的来水条件下梯级电站呈现出不同的水库运用差异,若来水整体偏枯,则乌东德、溪洛渡、向家坝先释放防洪库容,白鹤滩后释放防洪库容;若来水前期偏枯后期偏丰,则乌东德、溪洛渡先释放防洪库容,白鹤滩、向家坝后释放防洪库容;若来水前期偏丰后期偏枯,则乌东德、白鹤滩、溪洛渡先释放防洪库容,向家坝后释放防洪库容;若来水整体偏丰,则乌东德、白鹤滩先释放防洪库容,溪洛渡、向家坝后释放防洪库容;四库防洪库容的运用随来水特征呈现出不同的分配比例。来水占比与梯级释放防洪库容占比呈现出较强的线性相关关系,通过线性拟合函数可以估计出各月的梯级防洪库容释放量。研究成果可为金沙江下游梯级电站的调度提供参考。

金沙江下游梯级水库正常运行后川渝河段防洪形势分析

金沙江下游梯级水库承担川渝河段防洪任务,乌东德、白鹤滩水库的建成运行增强了流域防洪能力,明晰金沙江下游梯级水库正常运行后川渝河段防洪形势对进一步保障流域防洪安全至关重要。选取金沙江下游梯级水库以及川渝河段宜宾、泸州和重庆开展调研,梳理了金沙江下游梯级水库调度运行情况和川渝河段现状防洪能力,分析了调研对象在防洪调度管理方面存在的主要问题,从措施制定、基础研究、体系建设等方面提出了工作建议,为提高金沙江下游梯级水库正常运行后川渝河段防洪能力提供技术支撑。

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。

金沙江中下游梯级优化开发模式探讨

随着长江上游和金沙江水利、水电梯级的逐步开发,从梯级整体效益出发,考虑梯级长期保持最大效益成为最重要和最值得认真研究的问题之一。本文结合金沙江中下游流域水沙特性和梯级水库开发特点,指出原开发模式存在的不足,提出金沙江梯级的优化开发模式-梯调方案。研究表明,梯调方案考虑了金沙江流域梯级开发的上下游互补及功能定位优化,最大限度满足流域的长远防洪、发电和减淤,对于流域长远利用和金沙江梯级开发和管理具有重要参考意义。

金沙江下游梯级和三峡梯级水电站群联合调度补偿效益分析

为探索金沙江下游梯级和三峡梯级水电站群联合发电调度补偿效益及补偿规律,分别建立以发电量最大为目标的单库优化调度模型和梯级联合优化调度模型,采用经典动态规划法和笔者提出的多精英向导粒子群算法(Elite-guide particle swarm optimization,EGPSO)算法对两模型进行求解,以计算梯级电站群联合调度电力电量补偿效益。选择1999、1983、1992作为丰、平、枯典型代表年径流数据进行计算,分析结果表明:金沙江下游梯级和三峡梯级水电站群联合调度能显著提高梯级整体发电量,减少弃水,补偿效益显著。梯级联合调度中,金沙江梯级对三峡梯级进行电量补偿,在提高枯期出力和季节性发电量的同时,缓解了汛期集中消落带来的调度风险。

1956—2011年金沙江下游梯级水电开发区降水变化特征分析

基于金沙江下游梯级水电开发区10个气象站1956-2011年的逐月降水资料，运用线性倾向估计法、Morlet 小波分析法和 R/ S 分析法对多年降水和季节降水变化及其趋势、周期和持续性特征进行分析。结果表明：研究区1956-2011年降水量呈波动式下降趋势，降水倾向率为-1.338 mm/ a；季节降水中除春季呈微小上升趋势外，夏、秋和冬季均呈下降趋势，且空间差异明显；夏、秋季的降水量占全年的81.1%，尤以夏季为主导，占57.4%；年降水存在1～2 a、4 a 、8 a 、14 a和31 a 的周期变化规律，其中8 a 的周期尤为明显，通过90%置信水平检验；研究区降水序列总体上存在明显的 Hurst 现象，具有持续性特征，未来降水仍会维持减少趋势。

金沙江下游梯级电站中长期调度精细化出力计算方法

为满足金沙江下游梯级电站中长期精细化调度对水能计算的高精度要求,从基于最优流量分配的全站经济运行总表入手,分析了最优流量分配表在中长期水能计算中的适用性,推求了考虑电站日运行方式的中长期最优流量分配表,并在分析其特性的基础上提出了基于"最小点-调峰上临界点-调峰下临界点-最大点"的中长期精细化出力计算方法。该计算方法不仅实现了金沙江下游梯级电站中长期调度精细化水能计算,也为其他装机容量大、可运行水头范围广的大型电站中长期精细化出力计算提供了参考。

金沙江—雅砻江梯级多业主水电站群联合调度补偿效益研究

针对金沙江—雅砻江梯级多业主水电站群联合调度补偿效益问题,建立了大规模混联水电站群联合优化调度模型,并提出离散微分动态规划(DDDP)和逐步优化算法(POA)相结合的自适应混合方法,实现大规模混联水电站群联合优化调度问题的高效求解。在此基础上,结合金沙江流域长系列历史径流资料,进行了不同建设运行和联合调度情景下梯级电站调度模拟,探究了金沙江中游梯级和雅砻江下游梯级的建设运行及联合调度对金沙江下游梯级的补偿作用。结果表明,金沙江中游梯级和雅砻江下游梯级建设运行可以增加金沙江下游梯级165.36×108kW·h的发电量;雅砻江下游梯级和金沙江下游梯级联合调度可增加梯级总发电量24.79×108kW·h,而金沙江中游梯级受较大保证出力的限制联合调度效益不够显著,可以通过降低其梯级保证出力,以便有效提高联合调度的补偿效益。

流域梯级水资源管理决策支持系统关键技术研究——以金沙江下游—三峡梯级水电站为例

水资源管理决策支持系统是水库群实现防洪、发电、生态等综合优化调度目标的重要支撑。以金沙江下游—三峡梯级水电站为研究对象,针对流域梯级水资源管理面临的突出问题,研发了水资源管理决策支持系统,总结了巨型水电能源系统多源异构数据收集与处理、长江上游水库群调度智能模拟、河道水文过程及水库下游泄水波演进模拟、流域梯级水电站群长中短期嵌套联合发电优化调度、预报调度效益定量评估指标及后评估体系、流域一体化水资源管理模式下多业务嵌套重构等6大关键技术,为金沙江下游—三峡梯级水电站的水资源优化管理提供科学依据。

基于多源数据融合的金沙江下游-三峡梯级水库调度系统设计与应用

为研究金沙江下游—三峡梯级水库在多源数据融合下的运行情况,依托三峡集团公司多源气象、水文、电力等主题数据开展分析,按照梯级调度综合效益实现流程,创新提出“气流-水流-电流”的增值描述模式,实现了气象、水文、电力等主题数据融合。在此基础上,采用数据融合信息组(DFIG)相关理论对水库调度系统进行设计并应用于日常业务中。应用实践表明,该技术方法消除了不同主题数据、不同来源数据之间的壁垒,通过专业模型提供满足日常调度的优化方案,确保梯级枢纽安全、稳定、高效运行。此外,基于多源数据融合的设计降低了数据使用成本,满足金沙江下游—三峡梯级水库调度日益增长的数据要求,全面提升了三峡集团公司梯级水库运行管理水平。

白鹤滩蓄水对金沙江下游梯级水库消落期调度影响分析

白鹤滩水库定于2021年4月初下闸蓄水,对金沙江下游梯级水库消落期运行影响巨大。针对消落期的特殊性和复杂性,建立以发电量最大为目标,兼顾航运、生态等约束,以及保证白鹤滩蓄水的梯级电站优化调度模型,并采用逐次优化算法和逐次逼近动态规划法混合算法求解模型。在此基础上,对金沙江下游梯级电站进行消落模拟,分析了考虑白鹤滩蓄水的梯级优化消落策略,并进一步探讨了白鹤滩蓄水对梯级电站发电量的影响。结果表明,白鹤滩蓄水对上游乌东德电站的发电量影响较小,对下游溪洛渡-向家坝梯级电站的发电量影响显著。研究成果可为工程实践提供参考。

金沙江下游—三峡梯级水库群调度运行补偿电量分配

为探究金沙江下游—三峡梯级水库群联合发电调度补偿电量及补偿规律,以溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝水库为例,分别建立了单库优化调度和梯级水库联合调度模型,并以长系列历史径流为输入进行调度模拟,在此基础上,考虑各水库参与联合调度的贡献值,提出基于补偿电量贡献值的贡献系数计算方法,进行了水库间和梯级间联合调度补偿电量分配,获得了不同水库间的补偿电量,为金沙江下游—三峡梯级水库群管理决策提供理论支撑与技术支持。

金沙江下游梯级水库蓄水期多目标生态调度研究

随着乌东德、白鹤滩电站的陆续建设投运,金沙江下游梯级电站对河流生态影响日益突出。为减轻梯级水库蓄水对金沙江生态系统的不利影响,实现水能资源开发和生态环境双赢,进行金沙江下游梯级蓄水期联合生态调度。基于逐月最小生态径流计算法确定河流最小生态流量,以河流生态需水满足度最大和梯级发电量最大为目标建立多目标优化调度模型,并采用改进NSGA-Ⅱ算法对模型进行求解。结果表明,乌东德、白鹤滩投产运行将会导致蓄水期下游河流生态缺水情况更加严峻,优化梯级水库运行方式、适当提前蓄水可提高下游河流生态需水满足度,缓解梯级发电效益与生态效益之间的竞争关系。研究结果可为金沙江下游梯级水库蓄水期生态调度提供参考。

金沙江下游梯级水库汛期分期及汛限水位合理性研究

汛期分期以及分期汛限水位的合理确定,能够较好地协调水库防洪效益与发电效益之间的矛盾,对充分发挥水库的防洪、发电能力,以及提高汛期洪水资源利用率具有重要意义。基于改进的模糊集分析方法并依据金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4个梯级水库入库洪水对其汛期进行分期,通过隶属度与防洪库容的映射关系确定梯级水库分期汛限水位,提出利用跨期选样法对分期结果及汛限水位进行修正。研究结果表明:金沙江下游梯级水库前汛期为6月1日—7月14日,主汛期为7月15日—9月16日,后汛期为9月17日—10月24日,4个梯级水库合理汛限水位分别为962,800,575,374 m。通过不同典型洪水放大的洪水过程检验了分期汛限水位的合理性。研究得到的金沙江下游梯级分期结果及各库分期汛限水位,均能够在满足防洪安全的前提下提高水库发电等经济效益,在一定程度上提高了汛期洪水资源的利用率。

雅砻江和金沙江中下游梯级水库联合优化调度建模及应用Ⅰ——联合优化调度潜力分析

梯级水库群优化调度涉及联合建模、高效求解、规则提取、效益评估等多方面内容。以雅砻江和金沙江中下游梯级水库联合优化调度为主要目标,在水库群联合调度建模的基础上,引入大系统分解协调与离散微分动态规划方法进行优化求解,并设计多种方案进行效益分析。研究表明,联合优化调度相较于各水库单独调度发电量均有所增加,发电总量平均增大2.8%,尤其在来水偏丰年份,水库群联合优化对发电量提升效果显著。其中,金沙江下游梯级增发电量平均占总体增发电量的70%以上,在发电总量较低的年份,金沙江下游梯级增发电量基本等于三流域总体增发电量,展现了金沙江下游梯级库容大、水头高、调蓄能力强的巨大优势。同时,金沙江中游和金沙江下游联合优化发电量大于雅砻江和金沙江下游联合优化发电量,若能通过投资并购、调度补偿等多种形式,探索形成金沙江下游梯级与金沙江中游梯级联合优化调度模式具有重要意义。

金沙江下游-三峡梯级水库联合调度技术及实践

金沙江下游-三峡梯级水库是治理长江及实施“长江大保护”的关键性工程,也是国家能源战略重要支撑性电源组。梯级水库水力、电力联系紧密,联合调度潜力巨大,如何运用调度好梯级水库契合时代发展需求,也是水资源高效利用技术领域的重大挑战。围绕实现梯级水库综合效益最大化这一目标,详细介绍了由多源水雨情站点融合技术、气象预报技术、流域水文预报技术和梯级水库联合优化调度技术组成的技术支撑体系,在该体系保障下实施了综合考虑防洪保障、航运畅通、生态保护以及水资源利用等多方面因素的金沙江下游-三峡梯级水库联合调度。实践结果表明:2003~2021年,金沙江下游-三峡梯级水库累计拦蓄洪量2280.02亿m^(3),保障了长江流域防洪安全;累计补水3308.84亿m^(3),平均增加三峡水库下游航道水深0.81 m,为长江经济带发展畅通了黄金水道;累计开展各类生态调度试验35次,助力了长江大保护;输送清洁能源29320亿kW·h,减排二氧化碳逾24.39亿t,为双碳目标实现贡献了绿色动能。

雅砻江和金沙江中下游梯级水库联合优化调度建模及应用Ⅱ——联合优化调度规则分析

为提升长江上游水资源利用效率,在“雅砻江和金沙江中下游梯级水库联合优化调度建模及应用Ⅰ—联合优化调度潜力分析”的基础上,进一步探究了雅砻江和金沙江中下游梯级上下游水库间和不同梯级间的运行规律,绘制了联合优化调度图,并分析了相关电站的蓄放水次序。研究表明:汛前金中、雅砻江梯级水库与金下梯级各水库消落开始次序宜为两河口—龙盘—锦屏一级—二滩—向家坝—白鹤滩—溪洛渡—乌东德,总体消落思路为上游水库优先消落,尽可能的保持下游溪洛渡、乌东德等电站高水位运行,提高流域整体发电效益;汛末各水库蓄水开始次序宜为锦屏一级—龙盘/二滩—两河口—乌东德—白鹤滩/溪洛渡—向家坝,总体蓄水思路为上游水库优先释放防洪库容开始蓄水,减轻下游防洪压力,且来水偏丰年份的蓄水时间相应有所推迟。

金沙江下游梯级汛前联合消落控制方式研究

流域梯级水库群汛前消落控制是水库调度的关键问题之一,而传统的判别系数法在确定水库群消落次序时未考虑弃水风险的存在,难以满足实际消落控制需求。为此,以金沙江下游梯级枢纽为例,构建了梯级水库汛前消落控制模型,针对不同典型来水并通过设定梯级各水库不同消落时机代入模型进行模拟调度,得到了梯级不同时机组合所对应的发电量和弃水量,从中推求出不同来水情景下兼顾发电和弃水的梯级水库最优消落时机。结果表明,确定的梯级消落控制方法能很好地适应不同的调度需求,可为金沙江下游梯级水库消落调度工程应用提供指导。