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。

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。

小型海岛地区调度方法——岱山县案例研究

研究针对中国小型岛屿地区的淡水资源短缺问题,以提高水资源的利用效率为核心。研究目标涵盖构建来水和用水预测模型,开发针对水库运行的数学模型,并着重于水资源管理的优化。以浙江省岱山县为案例,阐述调度方法在减少弃水率和提高水资源利用效率方面的量化效果。研究结果表明,岱山县在3月份的空库系数最低(0.738),而水库群平均蓄水率达到67.19%。研究提出的调度方案显著减少了弃水量,并提高了水量利用系数和灌溉保证率。研究为解决小型岛屿地区以及其他水资源匮乏地区的淡水短缺问题提供一个高效的新视角和可行性方案,为推动水资源管理的可持续发展提供参考。

基于节水优先和工程布局调整的塔里木河流域节水潜力

为挖掘寒旱区内陆河流域的节水潜力,论证山区水库替代平原水库的可行性,以塔里木河三源流阿克苏河、叶尔羌河、和田河及其干流(简称“三源一干”)为研究对象,在“节水优先”治水方针的指导下,考虑源流区山区水库群、干流区平原水库群以及各行业用水需求,建立并求解了现状水平年和远景水平年的水库群联合调配的模拟与优化模型。结果表明:水库群调度节水的关键在于降低河道内及平原水库库区中无效的蒸发渗漏损失;2035年远景水平年,通过山区水库群联合优化调配的最大节水潜力为2.46亿m 3;制定了源流山区水库替代干流平原水库的布局方案,即结然力克、大寨、其满、帕满、喀尔曲尕和塔里木等6座平原水库的兴利库容分别可削减17%、17%、17%、33%、100%、100%,该方案在保障塔里木河干流供水任务情况下可增加0.21亿m 3的节水潜力。研究成果为实现流域水资源科学调控、保障区域水安全和生态安全提供了理论与技术支撑。

基于RAGA的供水库群水资源配置模型研究

针对动态规划在供水库群优化调度中存在"维数灾",且难以获得真正最优解这一缺点,将改进的加速遗传算法应用到供水库群的水资源优化配置之中。在加速遗传算法中,嵌入局部搜索,以加强算法的全局寻优能力。以库群间的水利联系为线索,设计了相应的算法框架,并提出了供水策略区间的概念。为了体现该算法的优越性,以二个串联供水水库的水资源优化配置为例,选用该方法与基于动态规划的轮库迭代法进行比较研究。结果表明该方法合理可行、收敛速度快,有一定的实用性。

基于引水限制调度线的并联水库系统供水优化算法及应用

以实现梯级水库群或者水源连通工程水量补偿式调节为目标,针对并联水库的联合供水特征,采用引水限制调度线控制引水水库可引水量,引入粒子群算法构建了并联水库优化调度模型。通过优化引水调度线提出可以改进并联水库系统的调度规则和调度方法,将优化和常规调度有机结合,并根据并联水库系统实际运行条件设置模型的目标函数、约束条件和参数设置方法。以X市S水库和L水库组成的并联水库系统为实例,采用该模型进行优化模拟。结果表明:并联水库系统经优化年均弃水量比两库单独供水的弃水量减少5 496万m^3,末库容比两库单独供水时提高203万m^3。在95%供水保证率时,并联水库系统供水系统的年供水能力比双库单独供水能力之和提高了5 556万m^3。优化形成的引水限制调度线分布形态合理,并联供水系统经过优化大幅度提高了水库系统的供水能力,证明了基于引水限制调度线的并联水库系统供水优化算法的可行性,该方法对并联水库联合调度具有重要参考价值。

深圳市东部水库群联合供水调度模型探讨

应用大系统分解聚合分析的原理和方法,针对深圳市东部供水系统的特点,建立了东部水库群联合供水优化调度二层递阶模型,并根据各层次数学模型的不同特点给出了相应的求解方法,得出了合理的结果,为深圳市水资源优化调度提供了一种有效的决策工具。

基于PSO的水库群联合供水优化调度应用研究

针对水库群优化调度为水资源系统优化调度中的难点,分析了水库群优化调度存在的不足,提出了基于粒子群优化算法的水库群联合供水优化调度模型,并以余姚市陆埠梁辉水库群为例进行应用研究。结果表明,粒子群算法能获得高性能的优化调度结果,可更好地发挥库群的综合效益,科学可行。

供水库群的聚合分解协调模型

针对供水库群联合调度的多水源多用户水资源配置问题,选择供水过程均匀为系统目标函数,基于大系统聚合分解理论,设计了一种对供水水库群聚合分解协调的算法.在此基础上,为了充分发挥库群的联合调度能力,使库群的调度过程具有可控性,提出了一种基于优先度的调度方案.与经典的分解协调法相比,聚合分解协调法具有较强的实用性.

永定河流域多水源配置与水库群优化调度

针对流域水资源系统中以“面”为主的多水源配置和以“线-点”为主的水库群调度耦合问题,提出多水源配置与水库群优化调度相耦合的二层结构方法。以永定河流域为研究实例,提出包括供水规则、引水规则、多水源供水策略以及共同供水任务分配策略的多水源配置与调度规则,以此建立多水源配置与水库群优化调度模型,分析多水源供水和不同需水情景下的调度方案,以及最优方案下的供水效益。结果表明:永定河流域考虑本地水、引黄水、南水北调水和再生水的多水源供水与节水相结合的情景方案为最优方案,生活用水保证率均大于99%,工业用水保证率均大于97%,灌溉分区供水保证率为76.7%~90.2%(除桑干河上游外),三家店断面生态供水保证率为96.3%;通过多水源供水和节水策略,可以极大地改善用水户的供水效益和保障三家店断面生态水量需求。本文方法可为流域多水源配置与水库群优化调度研究提供借鉴。

跨流域联合供水水库补偿特性研究

跨流域水库补偿特性主要包括水文补偿特性与库容补偿特性两个方面,以大连市两座重要的供水水源碧流河水库、英那河水库为例,运用Copula函数分析了碧流河水库、英那河水库天然入库径流年系列、汛期系列、非汛期系列的丰枯遭遇概率,采用统计学方法分析了两座水库连续枯水系列年的遭遇情况。并建立了考虑外调水源的碧流河、英那河水库联合优化供水调度模型,模拟得出了规划水平年水库供水量与下泄水量,利用两座水库长系列调节历年下泄水量之间的对应关系对水库库容补偿特性进行了分析。研究成果可以为大连市境内水系连通规划提供一定的依据,水库补偿特性研究方法也可为其它类似工程规划提供借鉴。

基于遗传算法的城市库群联合供水调度研究

【目的】确定西安市黑河供水系统的水库库群最佳联合引水组合,制定不同代表年的库群联合供水调度方案,为发挥西安市黑河供水系统的最大效益提供参考。【方法】从黑河供水系统实际出发,以6种库群引水能力组合方案为基础,建立库群联合供水调度模型,运用遗传算法进行求解,寻求最佳联合引水组合。通过分析不同代表年的需水要求,制定库群联合供水调度方案。【结果】利用所建立的库群联合供水调度模型进行可供水量计算,结果表明,西安市黑河供水系统的多年平均年可供水量最优为72 727.06万m3,城市供水保证率最优达98.18%,即黑河供水系统具有较大的供水潜力。并据此确定的最佳联合引水组合为:石头河水库、金盆水库、西骆峪水库、田峪水库、高冠峪水库、梨园坪水库、太平峪水库、石砭峪水库和甘河水库的引水能力分别为6,12,3,5,4,4,4,4和5m3/s。无突发事件条件下,平水年、一般枯水年和特别枯水年西安市黑河供水系统的年可供水量分别为46 794.70,46 365.69和35 502.25万m3,突发事件情况下分别为54 413.45,53 984.44和47 887.59万m3。【结论】所制定的调度方案可以充分挖掘黑河供水系统的库群供水能力,提高水资源利用效率,最大程度地保障西安市未来的城市供水安全。

深圳市东部供水系统优化配置方案研究

针对深圳市东部供水系统的特点,应用大系统分解聚合分析的原理和方法,建立了东部水库群联合供水优化调度二层递阶模型,并根据各层次数学模型的不同特点给出了相应的求解方法,得出了合理的结果,为深圳市水资源优化调度提供了一种有效的决策工具。

基于常见供水格局的水库群供水预警及响应策略研究

随着区域经济社会发展对用水量需求的增加,区域内逐渐形成多水库供水格局。本文针对一种常见的水库群供水格局开展供水预警研究,给出供水预警含义、预警指标及预警线形式、分级分期预警指标阈值确定方法和预警响应策略等。以缺水区域缺水量最小为目标,提出以水库蓄水量为控制指标的分级分期预警体系:即划定不同等级预警线,按照不同分期对预警线进行细化;基于长系列逆时序法供需计算确定预警指标;依据水库预警线确定水库群调水和供水规则,实现多水库联合调度。并以永康市三座中型水库组成的水库群为例,进行水库区供水预警及响应策略的实际应用。研究成果为水库调度决策部门提供了新的调度思路,为干旱期水库群供水运行管理提供依据。

基于空间尺度的黄河调水调沙

基于空间尺度的黄河调水调沙理论是:利用小浪底水库不同泄水孔洞组合塑造一定历时和大小的流量、含沙量及泥沙颗粒级配过程,加载于小浪底水库下游伊洛河、沁河的"清水"之上,并使其在花园口站准确对接,形成花园口站协调的水沙关系,实现既排出小浪底水库淤积泥沙,又使黄河下游河道不淤积的目标。2003年9月6～18日,黄河水利委员会为验证该理论开展了原型试验。试验结果表明:①利用异重流排沙和浑水水库排沙的特点,达到了小浪底水库拦沙初期"拦粗排细"、减缓库区淤积的目的;②利用小浪底—花园口区间的洪水资源,将小浪底水库排出的细泥沙输送入海,并且不增加下游河道淤积,提高了水流的输沙效率;③实现了下游河道减淤与减灾的统一;④小浪底水库存蓄了6.02亿m3水量,为引黄济津和翌年农田灌溉储备了水源。

黄河中游水库群水沙联合调度方式及相关技术

在黄河调水调沙过程中,水沙联合调度的方式主要有单库调度、二库联调、三库联调、四库联调及五库联调等。水沙联合调度分预决策、决策、实时调度修正及调度效果评价4个阶段,不同阶段实施的技术路线有所不同。通过分析水沙联合调度的方式,给出了以四库联调为例的技术路线。同时指出:黄河调水调沙的调度方式是多种多样的,随着来水来沙条件、下游河道边界条件以及各水库工程边界条件的变化,其调度方式需要在实践中不断深化、调整,相关的技术支持也需要进一步深化研究。

塔里木河“二源一干”生态供水潜力研究

为解决塔里木河干流水资源短缺、流域损失水量过大、用水效率低下、农业灌溉用水挤占生态用水等问题,基于“节水优先”的治水方针,以塔里木河二源流(阿克苏河、叶尔羌河)及其干流(“二源一干”)的山区水库群和平原水库群为研究对象,兼顾塔里木河干流的农业灌溉用水、生态用水、工业用水、生活用水等多目标,构建并求解了现状水平年和远景规划年的山区与平原水库群联合调度优化模型,分析了塔里木河干流的生态供水潜力和山区水库群联合调度的贡献。结果表明:仅通过干流平原水库群联合调度,农业灌溉用水和生态用水的供水保证率难以满足设计要求;通过山区与平原水库群优化调度,在远景规划年各行业均满足设计保证率要求,体现了山区水库群显著的调控性能和“节水优先”治水方针的合理性和可靠性;远景规划年塔里木河干流的生态供水潜力为2.84亿m^(3),可为塔里木河下游生态保护与修复提供了坚实的水量基础。

水库群供调水系统实时调度研究

以大连市复杂水库群供、调水系统为背景,在对系统特性分析的基础上,提出了系统实时调度框架及二层耦合结构模式,设计了以"总量控制、耦合嵌套、多维决策、滚动修正"为核心的实时调度流程。在径流预报方面,提出了基于超越概率的水库群供、调水系统长期入库径流预报方法,结合中期GFS(Global Forecasting System)数值预报技术对不同时段入库径流进行滚动预报。在调度模型方面,采用基于动态规划的建模求解新方法和常规调度方法,为调度决策提供参考。实例研究表明,建立的实时调度系统实现了滚动预报和滚动调度,具备了实时性;实现了宏观总控与局部调整相结合的调度目标,具备了调度决策不同时间尺度耦合嵌套特性,证明了系统的适用性。研究成果对于同类系统实时调度具有重要参考价值。

沭水东调工程跨流域水库群联合供水研究

在分析日照市沭水东调工程特点的基础上,以城市供水量最大、水库弃水量最小为目标建立了多目标跨流域水库群联合供水调度模型。同时,将遗传算法嵌套于长系列变动时历法中,对工程涉及的沭河流域青峰岭、小仕阳、峤山水库以及傅疃河流域日照水库进行联合供水调算,探讨沭河流域各水库的可调限制库容和日照水库需水动态限制库容等调水指标。结果表明,水库群联合供水较各水库单独供水可增加利用沭河水量939万m3,反映了水库群联合调度有助于充分挖掘沭河流域各水库的供水潜力,对解决日照市区供水缺口十分有利。

长江大型水库群联合调度问题探讨

随着三峡水库的建成和上游其他大型水电站的逐步建设,长江流域水库群防洪、抗旱和生态等公益性联合调度的需求越来越大。根据长江流域已建大型水库的地区分布和调节能力,讨论了流域经济社会发展对于防洪、兴利、水资源和生态调度的需求,分析了目前大型水库联合调度的能力、技术条件、制约因素等。研究表明:要协调流域联合调度与单个水库调度的矛盾,需要研究和确定联合调度的启动条件、评价体系和建立联合调度利益协调、补偿机制。