东江流域控制性水工程联合调度策略与机制探讨

近年,东江流域旱涝事件并存,防洪与供水安全形势严峻,三大水库和干流梯级电站是东江流域水旱灾害防御中的重要水利工程。收集流域水工程多年运行经验、案例、数据,综述东江流域控制性水工程联合调度在管理体制、防洪调度、水量调度等方面的研究、实践现状,通过数学模型、统计等方法,对现状调度体制与机制中存在的问题进行分析。从管理、技术、研究等角度提出建议与对策。

叶尔羌河山区水库与平原水库联合调度研究

为统筹协调好叶尔羌河下坂地水库、阿尔塔什水库生态、灌溉和发电的水量调度关系,充分发挥两座山区水库的综合利用功能,建立了以灌溉保证率最大和生态供水量最大两种情况下的单目标优化调度模型,并采用遗传算法求解模型。结果表明:两种调度目标情况下,下坂地水库先蓄后供,阿尔塔什水库后蓄先供的供蓄方案均最优,均能满足流域各部门需求;考虑到国家对流域重点胡杨林实施应急输水要求及流域水库群统一调度现状,最终推荐上库(下坂地)先蓄先供、下库(阿尔塔什)后蓄后供的水量调度方案,即流域汛期生态下泄水量10.07亿m^(3),灌溉保证率75.9%,年均发电量25.02亿Kw·h,水库年均损失水量2.60亿m^(3)。研究成果对于指导叶尔羌河流域水资源调度管理具有重要作用。

黄河上游梯级水库汛期增泄联合调度研究

考虑宁蒙河段减淤要求,以龙羊峡、刘家峡、黑山峡水库为调控主体,开展黄河上游梯级水库汛期增泄联合调度研究,分析有、无黑山峡水库时汛期增泄对龙羊峡、刘家峡梯级水库发电量的影响。为同时满足上下游水库的调度要求,计算过程中需根据下游水库蓄水情况和调度需求对上游水库水位进行调整。结果表明,仅利用龙刘梯级水库进行汛期增泄,会加剧凌汛期水库发电与防凌调度之间的矛盾,严重降低两库凌汛期和非汛期的发电量;利用黑山峡水库反调节作用开展龙刘黑梯级水库联合调度,不仅可以实现汛期增泄、满足宁蒙河段减淤要求,还可有效缓解龙刘梯级水库发电与防凌调度之间的矛盾,大幅度提高龙刘梯级水库凌汛期的发电量,从而提高龙刘梯级水库全年发电量。

长江中游荆江河段2020年与1998年洪水对比分析

为提高荆江河段洪水防御水平,采用2020年、1998年实测洪水资料,从洪峰水位、流量、主要控制站径流量、洪水时段洪量、主汛期水面线等方面,比较分析了长江中游荆江河段2020年洪水与1998年洪水,并研究2020年长江中游荆江河段洪水位成因。结果表明:荆江河段2020年洪峰、洪量与最高水位小于1998年。造成2020年荆江河段洪水的主要原因为上游来水量大、荆江三口分流比减小以及洞庭湖顶托影响。长江上游水库群洪水期间,联合调度发挥巨大的作用,有效削减了洪峰、洪量,缩短了高水位时间,提高了抵御洪水的能力。研究成果可为荆江河段防洪减灾、水文测报、江湖治理等工作提供技术支撑。

溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库水温分布特性

梯级水库蓄水运行后,改变了河流的天然水流情势和水体的年内热量分配,水库内的水温分布特性随之变化。为了解溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库蓄水运行后河道水温分布特征,对梯级水库沿程19个断面水温进行了观测,并根据观测资料系统地分析了梯级水库进出库水温和沿程水温分布,以及垂向温度分布变化情况。研究结果表明:溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库的下泄水温在降温季节略有增加,在升温季节略有下降,形成了"高温不高,低温不低"的平坦化现象;溪洛渡和向家坝水库坝前区域在垂向上均出现明显的温度分层,而三峡水库近坝区的温度分层现象在梯级水库运行后明显减弱,近几年表层和底层水温相差最大值仅为2.5℃。研究结果可为梯级水库联合调度、水生态研究、水库水温数学模型验证等提供参考。

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。

对分插值与混沌嵌套搜索算法在梯级水库联合优化调度中的应用

在分析对分插值逼近算法和混沌优化算法的遍历性、敏感性、普适型、规律性、随机性等特点基础上,通过嵌套结构把确定性搜索和随机搜索有机结合起来,提出一种对分插值与混沌嵌套搜索算法的梯级水库联合优化调度的求解方法。实例分析表明,该算法具有参数配置简单、普适性强、稳定性高、全局优化等特点,并取得了与POA算法一致的收敛精度且计算速度有优势,可以求解诸如水库优化调度等具有复杂约束条件的非线性优化问题。

基于改进与优化调度图的梯级电站联合调度

针对水库调度图常规制作方法的不足,按照梯级电站联合调度的要求,运用基于确定性优化调度模型的水库调度图改进和优化制作方法,结合水库调度函数进行梯级电站水库联合调度;以杂谷脑流域梯级电站水库联合调度为例,绘制了杂谷脑梯级电站中狮子坪电站的水库调度图,制定了薛城和古城电站水库运行策略,形成了杂谷脑流域梯级电站联合调度的决策方案。结果表明:用改进与优化制作方法绘制的水库调度图,满足了降低出力的要求,协调了不同的调度区域,提高了水库调度图的保证率、实用性和经济性;采用改进与优化调度图结合水库调度函数的调度方式,能形成有效的梯级电站联合调度决策方案,提高了梯级电站的联合调度发电量。

长江流域控制性水库联合调度体制及机制探讨——以湘江抗旱调度为例

根据湘江近年来连续出现的干旱问题,分析了水库联合调度涉及的管理者和利益相关者,讨论水库联合调度的制约因素及对典型水库的可能影响。分析了水库联合调度现有的法律法规依据及需要完善的内容,结合解决湘江枯季问题的实例,提出控制性水库调度的体制和机制框架。

梯级水库调度函数表征形式应用研究

【目的】针对梯级水库联合调度函数研究的不足,提出一种有效的梯级水库调度函数表征形式,为梯级水库优化运行提供技术支撑。【方法】通过系统研究梯级水库联合调度函数的表征形式,分析调度函数决策变量以及相关因子的影响,应用逐步回归方法对调度函数的相关因子进行拟合及选择,并以乌江流域梯级水库联合调度为例进行了应用。【结果】利用所提出的梯级水库调度函数形式,以乌江流域梯级水库为例,形成以时段平均出库流量为决策变量的梯级水库调度函数,通过长系列资料验证,乌江流域梯级水库多年平均发电量较梯级设计发电量增加了14.43亿kW·h,保证出力提高到2 431.9 MW,有效提高了梯级水库的发电效益。【结论】梯级水库联合调度函数的表征形式能够反映决策变量属性与水库各要素间的联系,且基于逐步回归方法确定的调度函数相关因子可以满足调度需求,能够用于指导梯级水库运行。

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。

乌东德白鹤滩梯级水库补偿效益分析

乌东德、白鹤滩水电站是"西电东送"的骨干电源点,共有调节库容134. 56亿m^3,补偿效益明显。结合乌东德、白鹤滩的调度规则,以提高枯期保证出力为目标,分别从增加枯期供水量、提高枯期出力及增发电量三个方面对补偿效益进行了分析。经测算,在乌东德白鹤滩梯级电站的补偿调节下,向家坝枯期下泄流量提高了30. 0%,溪洛渡、向家坝两座电站枯期平均出力提高了188万k W、年平均增发电量59亿k W·h。

太浦河工程水量水质联合调度对金泽水库及松浦大桥取水口水质影响研究

金泽水源地及黄浦江松浦大桥备用取水口是黄浦江供水系统的重要组成部分,改善金泽、松浦大桥断面水质对保障上海市西南五区供水安全具有重要意义。研究了近年太浦河工程实况调度,设计了太浦闸流量分级调度方案、太浦闸水质超标分级调度方案并进行优选,在此基础上拟定了1个常规流量分级调度方案、2个水量水质联合调度方案,并采用对重点研究范围内河网水系、水利工程及污染源进行细化更新后的太湖流域模型进行水量水质模拟分析。结果表明,太浦闸采用水量水质联合调度可改善金泽水源地水位条件及水质指标,减少关键水质指标(NH3-N)超过0.8 mg/L及连续超0.8 mg/L天数,而对松浦大桥备用取水口水质指标改善效果有限。

沙溪流域梯级水库联合经济调度运作

建立福建沙溪流域水电站群统一调度系统,采取统一测算电量、最优分配各台机组负荷、龙头水库小流量补偿下游电站发电流量、利用区间洪水等经济优化调度措施,提高了流域整体水量利用率和水能利用率。该调度系统对流域串联式水电站群经济调度研究具有一定的借鉴作用。

跨流域水库群联合供水调度的聚合分解协调模型及应用

针对多水源、多用户的跨流域水库群供水联合优化调度问题,结合滦河流域水库群和供水区的特点,以最大缺水率最小为目标函数,建立水库群供水系统聚合分解协调模型,对水库群进行聚合并按一定的规则分解和协调,计算不同供水区的相对重要性,并利用免疫进化粒子群算法(IPSO)对供水策略进行优化计算、利用优先调度原则对水库群进行协调计算,从而确定水库供水调度过程线。结果表明,聚合分解协调模型能降低调度的复杂度,可操作性强,对于提高水资源利用率具有重要的理论意义与应用前景。

金沙江下游——三峡梯级水库水资源综合调度研究

2013年,随着金沙江流域的向家坝、溪洛渡水库相继蓄水,金沙江下游-三峡梯级水库形成。梯级水库包含溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝4座水库,目前正在全面发挥防洪、发电、航运、生态、供水等综合效益。为提高水资源利用率,探索出了以"水情信息统一管理、水库来水统一预报、调度方案统一制作、对外关系统一协调"为核心的金沙江下游-三峡梯级水库统一联合调度模式。统筹考虑防洪、发电、航运、生态、供水等综合利用需求,开展了汛前联合供水、汛期联合防洪减灾、汛末协调兴利蓄水等梯级水库联合调度。

溪洛渡-向家坝梯级水库调度实时响应系统开发研究

为了给水电站实时调度决策提供快速、科学智能化的技术支撑,对溪洛渡-向家坝梯级水库实时调度工作以及已有的水库调度自动化系统开展了大量分析、总结、梳理,特别设计了“出力+闸门”的两库联合计算控制模式,并据此设计了相应的基础算法、修正算法以及对应数学公式。此外,整理并确定了数据库来源数据、提取方式与频率、数据库表及读取内容等,且在此基础上设计所需的二次应用。结果表明:在溪洛渡、向家坝梯级水库联合调度的实时分析计算中,该研究具有梯级水库短期运行情况的实时预测、实时调度方案快速制定、多方案对比、历史计算校核、仿真计算等功能。研究成果可有效辅助水库调度人员动态掌握水库实时状态和分析未来运行趋势,且便于进行仿真分析、多方案对比分析。

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。

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。

庆阳市三座水库联合调度方案研究

为确保庆阳城区供水特别是主汛期供水安全,文章在测算庆阳市城区供需水量基础上,根据水量平衡原理,并结合巴家嘴、五台山、南小河沟水库工程特点与调度实际情况,进行了水库兴利调节计算,绘制了联合供水调度图,提出了联合供水调度方案。联合调度方案的编制对缓解庆阳城区供水压力、节约水资源、提高供水效率具有重要意义。