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。

考虑弃水风险的梯级水库中长期多目标优化调度研究

针对现有水电站弃水风险计算结果与实际情况存在较大偏差的问题,基于水量平衡原理,通过识别弃水风险因素,提出了耦合径流和负荷双重不确定性的梯级水库弃水风险量化方法;引入临界弃水概率的概念,提出了基于预警空报率和漏报率联合最小的梯级水库临界弃水概率确定方法以及基于临界弃水概率的梯级水库供水期末库水位消落控制方法;在此基础上,构建了考虑弃水风险的梯级水库中长期多目标优化调度模型,并以乌江梯级水库群为对象开展了实例研究。结果表明:乌江梯级水库群弃水概率与弃水流量间存在显著的单调递增关系;耦合调度期和余留期的两阶段方案发电效益较常规优化调度方案增加了约0.51%,生态效益提高了约1.06倍。

基于GAMS的水库群调度及风险补偿研究

为平衡流域水库群成员的风险与收益,调动水库参与联合调度的积极性,保障水库群稳定运行,基于GAMS软件建立了水库群发电优化调度模型,进而确定补偿效益。采用熵权法基于水库特征参数确定水库重要程度,结合聚合降维思路改进了合作博弈理论的Shapley值法,建立了风险指标体系评价水库兴利调度风险,提出了基于调度风险修正效益分摊方案的水库群风险补偿方法,进而实现不同运行调度方案、不同发电破坏情形下水库群风险效益平衡。长江上游6条干支流上12座控制性水库实例应用结果表明,该风险补偿方法不仅考虑了水库个体特征和调度效益贡献,还兼顾了水库调度风险,可实现水库群补偿效益的合理化分摊。

面向多区域防洪的珠江流域水库群协同调度模型研究

珠江流域洪水组成与遭遇复杂多变,防洪保护对象多而分散,且兼顾供水、生态、发电、航运、库区安全等多种任务,水库群防洪调度面临多区域、多目标协同调度技术难题。以位于西江、北江、东江上的水库为研究对象,基于流域防洪格局和防洪任务阐明了水库群多区域协同防洪的调度节点和角色定位,提出了嵌套式多维属性的模型功能结构,构建了珠江流域水库群多区域协同防洪调度模型。以流域防洪极为不利的2005年6月中下游型大洪水为例进行流域水库群防洪调度模型研究,结果表明,通过龙滩水库加大拦蓄,岩滩水库、百色水库、西津水库、飞来峡水库等西江、北江水库群协同调度,可将西江梧州站洪峰流量削减至安全泄量50 400 m^(3)/s以下,较原设计调度方案多削减3 200 m^(3)/s,将三角洲思贤滘(马口+三水)断面洪峰削减至62 700 m^(3)/s,较原设计调度方案多削减4 500 m^(3)/s,有效保障了粤港澳大湾区城市的防洪安全。

区域水库群防汛安全风险快速评估及预警

近年来极端气候事件频发,给人类自身安全和整个社会经济带来深刻影响,对区域防洪响应提出了更高层次的要求,区域水库群防汛安全风险快速评估方法需求日益增加。本文在传统风险分析评估的基础上,引入瑞利信号衰落模拟风险信号的传播,通过风险概率联合分布描述水库风险关联性,分析了区域水库群防汛风险分布影响,初步建立了定量的区域水库群风险率计算模式,并将其应用于“22·6”北江特大洪水过程,分析了韶关地区的区域水库风险情况,结果表明,区域风险分布符合实际,模型简单且计算效率较高,实现了对区域水库群防汛安全风险快速评估及预警,同时可为今后防御流域洪水及水旱灾害防御工作提供参考借鉴,以提高区域水库群应对极端气候条件下洪涝灾害的能力。

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。

姬塬地区长8油层组储层特征分析

为确定长8油层储层现今表征,储层物性受黏土矿物胶结物控制模式,储层沉积作用和沉积后期所经历的成岩变化,通过铸体薄片、扫描电镜等方法研究了储层基本特征和成岩作用及沉积作用,在整体低渗的背景下,部分位于相对渗透率较高区域的油井有较高的产量,理清研究区长8储层富集规律,对地区内岩石孔隙度下降因素进行剖析。结果表明,姬塬地区有利储层多发育水下分流河道和河口坝沉积,特别是砂体中心部位储层物性是最好,可见长8油层组的储集性能和渗流性能好,即粒间孔型、粒间孔+溶孔型和溶孔+粒间孔型。溶孔型、粒间孔+微孔型两种孔隙组合类型的渗流性能较差。微孔型和溶孔+微孔型两种孔隙组合类型的储集空间主要由半径极小的微孔构成,连通性较差,其孔隙内表面积和渗流阻力,储集性能和渗流性能较差。

致密油储层压裂裂缝扩展规律分析及影响研究

以鄂尔多斯延长组长7裂缝性致密油储层为例,开展致密油储层裂缝扩展实验研究,分析裂缝扩展的影响因素,并对裂缝扩展规律进行模拟分析,实验结果表明:长7致密油储层岩石杨氏模量、泊松比和抗压强度波动范围广,造成数值差异较大;矿物组成分布差异为3%~46%,平均值为16.85%左右;该区块储层岩石发育部分的天然裂缝,储层最大水平主应力和最小水平主应力差异较大,储层水平和垂直方向上的孔、渗、饱等物性差异较大。天然裂缝的形成和发展受自然裂缝存在与地应力场差异这两个关键因素的显著影响,长7储层原始状态下裂缝的形态呈现低角度。

延安气田延长东地区盒8段致密气藏储层特征研究

为深化延安气田延长东地区致密气藏地质认识,对研究区盒8段储层开展了岩石学、物性和孔隙结构特征研究,并对物性主控因素进行了分析。结果表明:1)砂岩类型以岩屑石英砂岩为主,碎屑组分以石英为主,黏土矿物以绿泥石和伊利石为主,脆性指数和成分成熟度较高,孔渗呈强指数正相关和不对称双峰状分布,平均孔隙度为5.3%,平均渗透率为0.101×10^(-3)μm^(2),有效物性下限孔隙度为2.3%、下限渗透率为0.035×10^(-3)μm^(2),渗透率主要受宏孔隙控制;2)平均喉道半径为0.41μm,平均孔隙半径为135.38μm,原生孔隙空间损失较大,孔隙半径、有效孔隙体积和孔喉比为储集空间的主控因素,有效喉道体积为渗流能力的主控因素,储层孔隙结构分为Ⅰ类优质储层、Ⅱ类一般储层和Ⅲ类较差储层;3)储层物性主要受强压实作用、弱胶结作用和弱溶蚀作用控制,初始孔隙度为36.81%,视压实率为71.83%,压实作用减孔量为26.44%,视胶结率为24.50%,胶结作用减孔量为9.02%,视溶蚀率为9.48%,溶蚀作用增孔量为3.49%。该研究成果可为研究区乃至延安气田致密气藏高效勘探开发提供一定的地质依据。

区间水优先的水库群引供水调度规则研究

【目的】随着跨流域调水工程不断地发展与完善,没有调节能力的闸坝逐渐与水库共同参与到调度中来,对需要考虑多流域丰枯特性和多水库调节能力的调度规则制订提出了更大的挑战。【方法】为此,提出在调水中相对于水库优先利用区间水的原则,以此构建系统总弃水量最小的调度模型,利用改进的遗传算法求解得到调度规则。并且,以石湖-龙湾-碧流河水库与黑鱼汀闸坝联合的引洋入连引调水工程作为研究实例进行对比。【结果】结果显示,相比于常规调度,优先利用区间水的调度规则方案规避了系统深度破坏,满足95%保证率的城市供水需求,多年平均引水量增加了0.79亿m^(3),系统年均弃水量减少了2.1亿m^(3)。【结论】该研究方法较好地提高了区间水的利用率及系统的用水效率,可为有闸坝参与的跨流域调水系统的调度提供科学参考和技术支撑。

鄂尔多斯盆地马岭—乔川地区长6油层组油藏分布特征及控制因素

基于岩心观察、测井解释及开采数据分析,结合流体包裹体等测试,对马岭—乔川地区长6油层组的油藏分布特征及控制因素开展研究。研究结果表明,研究区油藏纵向上主要分布在长63油层段,长62、长61油层段含油性显著变差;平面上,长63油层段以L125,B452和L411井区为中心,油藏团块状分布,呈两条带沿北西南东向延伸,油层厚度主要在5~20 m之间,长62、长61油层呈孤立土豆疙瘩状分布,分布规模小。长6油层组油藏以岩性油藏为主,包裹体均一温度集中在70~90℃,荧光以黄褐色为主,结合区域埋藏史分析显示该区油藏充注为晚侏罗世和中-晚白垩世,表现为早期充注。长6油层组烃源岩厚度、距离,砂体砂质碎屑流砂体性质、物性和叠置类型是其形成油气藏的重要影响因素;长63油层段相比长62和长61油层段具有更靠近烃源岩,砂质碎屑流成因砂体分布广、孔渗条件好、叠置厚层砂体类型发育等优势。研究区最为有利油藏的勘探目标为长63油层段Y470,L374,B452等井区附近,有利勘探区面积达到517.28 km 2。

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。

基于二层规划的玛纳斯河灌区山区-平原水库群联合调度

在水资源总量约束情况下,为缓解玛纳斯河灌区水资源供需矛盾,充分发挥流域内水库群的节水潜力,利用二层规划模型对山区-平原水库群进行联合优化调度.上层优化目标为水库群联调过程中的蒸发渗漏损失最小,模型对平原水库的引水规则和山区水库的调水规则进行优化,增加山区水库的蓄水机会;下层优化目标为灌区缺水指数最小,通过对各水库供水规则的优化,提高各子灌区的供水保证率.结果显示:山区-平原水库群联合调度减少了流域水库群的水量损失.采用优化引调水规则后,水库群多年平均蒸发渗漏损失水量可减少0.22×108m3,与现状水库群运行调度相比减少12.09%;山区-平原水库群联合调度提高了灌区供水保证率.优化供水规则的实行,在现状年和规划年水资源总量控制模拟中,各子灌区灌溉保证率分别提高了6.83%,7.37%,13.00%和17.02%,13.49%,12.97%.利用山区水库和平原水库的蒸发渗漏差异进行水库群联合调度可以达到发挥研究区域水库群节水效益的目的,基于二层规划的玛纳斯河灌区山区-平原水库群联合调度对发挥该研究区域水库群节水效益和提高水资源利用效率具有正向作用.

基于机器学习的黄河上游梯级水库群多目标优化调度规则提取

为最大化发挥多功能水库综合效益,构建了黄河上游梯级水库群发电、供水、防洪、防凌、生态多目标优化调度模型,采用多元线性回归模型、随机森林模型和LightGBM模型提取了梯级库群多目标调度规则,并通过改进泰勒图和典型调度方案对提取效果进行了评价。结果表明:随机森林模型和LightGBM模型对调度规则提取的效果整体优于传统的多元线性回归模型,LightGBM模型训练结果更有实际指导意义,在发电、供水及均衡调度需求下均能有效指导水库贴近优化下泄过程。

基于改进智能算法水库群防洪优化调度研究

水库群防洪优化调度通过合理安排水库群的蓄泄水量,最大程度减轻洪水灾害。针对水库群防洪调度目标难以分解以及“维数灾”等问题,构建基于最大削峰准则的水库群防洪优化调度模型,利用轮库法有效降低维度并结合粒子群智能算法优化求解。以黄河花园口以上干支流的5座大型水库组成的混联水库群为例,开展典型年水库群联合优化调度,结果表明:相较于常规调度,优化调度方案能够削减防洪控制点的洪峰流量,平稳泄流过程,提高控制性水库的防洪可靠性,大大减轻黄河下游的防洪压力。

供水调蓄水库浮游植物功能群特征及其影响因素

本文调查分析了清林径水库水质及浮游植物功能群特征,并应用冗余分析方法探讨影响浮游植物优势功能群的主要环境因素。结果表明,目前清林径水库处于贫营养至中营养状态,主要超标污染物为总氮,且以有机氮污染为主。本次调查共鉴定浮游植物110种,可划分为25个功能群,包含A、J、Y、W2、Lo、MP、S17个优势功能群。其中功能群A占据绝对优势,表征清洁、深水、贫营养的生境特征,与水环境调查结果相一致。冗余分析结果表明,清林径水库浮游植物优势功能群的分布明显受水环境因子影响,其中溶解氧、铁、化学需氧量、硝酸盐氮、氨氮和透深比是影响优势功能群丰度的主要因素,水库存在水体富营养化和水华风险。针对外来水水质相对较差的供水调蓄水库,从工程措施和管理手段两方面提出水环境保障措施建议,可为供水调蓄水库水质保障和管理提供借鉴。

基于工程格局优化的塔里木河流域水资源优化配置

为优化流域内工程格局,缓解流域内供水矛盾,提高流域水资源综合利用效率,以塔里木河流域源流阿克苏河、和田河、叶尔羌河及其干流为研究对象,针对流域内存在的平原水库蒸发渗漏损失大、水资源供需矛盾突出等问题,建立并求解了水库群联合调配模型。结果表明:制定并优选了源流山区水库替代干流平原水库方案,通过替代干流平原水库群能够显著减少流域缺水总量及损失水量,缓解流域供需矛盾;在满足工业生活需水的基础上,通过适当减少源流区下泄水量,极大缓解了源流区与干流区用水矛盾,提高了流域灌溉供水;制定了优化规划目标下的水资源配置方案,即多年平均条件下农业灌溉供水和河道外生态供水分别为135.02亿、14.04亿m^(3)。研究成果对于指导平原水库废弃提供技术支撑,对干旱区相似流域的生态保护和水资源可持续利用具有科学指导意义和推广示范价值。

川东地区高陡构造带寒武系洗象池群天然气成藏条件

利用岩心、测井与地震资料,采用地震解释、平衡剖面以及包裹体检测等技术,恢复了川东地区高陡构造带的构造演化史,并对平桥、建南、梓里场构造的天然气来源、运聚与保存条件进行了分析。研究结果表明:(1)川东地区平桥断背斜圈闭东翼的单条逆断层使得下盘的龙马溪组烃源岩与上盘的洗象池群储层发生了侧向对接,天然气可穿过断裂带向上盘储层运移,具备较好的输导条件,且圈闭盖层未受到断裂作用破坏,保存条件良好,有利于天然气的聚集成藏。(2)建南断背斜圈闭翼部的多条平行的逆断层虽然实现了部分源-储对接,但是多条断层组合降低了其侧向输导能力,天然气未能大规模聚集。(3)梓里场断背斜圈闭的源-储配置与输导条件优良,但盖层的封盖能力较差,大多被断层破坏,钻探显示储层为水层。(4)川东地区高陡构造带寒武系洗象池群天然气聚集成藏的主控因素包括:断层或断层组合控制下的源-储配置、侧向输导条件以及盖层的封盖能力。

广东新丰江水库极端旱情期浮游藻类功能群特征及与环境因子的关系

为了解极端旱情对新丰江水库的浮游植物功能群(functional group)的演替规律及驱动机制,在干旱期以月为频次开展浮游植物和水质调查。结果表明,水库旱情期(2021年)浮游植物功能群可归类为23个,其中功能群A/E/F/J/K/L_(o)/M/MP/NA/P/SN/TB/X1/X2/X3/Y频率较高,且A/E/F/J/L_(o)/MP/P/X3/Y为优势功能群,水库功能群变化趋势为A/E/MP/P/X3(1月)→E/L_(o)/MP(2月)→A/E/L_(o)(3月)→A/E/L_(o)(4月)→A/L_(o)(5月)→A/L_(o)/Y(6月)→A/F/L_(o)/MP/Y(7月)→A/F/L_(o)/Y(8月)→A/F/L_(o)(9月)→A/F/L_(o)/MP(10月)→A/E/F/L_(o)/MP/Y(11月)→A/E/L_(o)(12月)。适应贫营养生境的功能群A/E/L_(o)/Y等为旱情期藻类群落结构的主体优势类群。相关分析(Spearman)和冗余分析(RDA)结果表明,旱情期影响水库浮游植物功能群组成的主要驱动因子是水温和透明度。水库月度生态状态指数(Q)值范围为4.07~4.87,达到极好水平,说明旱情对新丰江水库浮游植物群落结构影响相对较弱。

构造作用对常规-非常规油气连续聚积耦合成藏控制机制——以川东南平桥地区为例

为探索川东南平桥地区构造作用对常规和非常规气藏成藏过程的动态控制作用及差异,基于地震、地质和包裹体等资料,根据断层相关褶皱理论,系统剖析了该区构造特征及演化过程、常规气藏和非常规气藏动态成藏过程及构造对两者影响的差异性,建立了典型常规—非常规油气连续聚集耦合成藏模式。平桥地区位于川东南SE-NW前展式递进变形带中,受多套滑脱层和江南—雪峰造山带联合控制,发育断展构造和背冲构造。平桥背斜构造形成于燕山期。中燕山期,受江南—雪峰构造体系前展式扩展影响,研究区发生NE向强烈断褶作用。晚燕山期—喜马拉雅期川中隆起阻挡和青藏高原隆升使平桥背斜不断抬升;寒武系筇竹寺组和奥陶系五峰组—志留系龙马溪组烃源岩在早燕山期及以前主要经历了长期的埋藏生烃,中燕山期构造变形扩展至研究区,常规气藏储层(洗象池群)、盖层、油气圈闭及运移均受到影响,气藏保存条件较差。非常规气层被改造成为背斜构造,页岩气向背斜核部聚集,整体保存条件较好。晚燕山期—喜马拉雅期,地层隆升泄压,两类气藏保存条件继续变差。因此,构造作用对常规气藏和非常规气藏成藏控制差异体现在控制方式和改造时间上:中燕山期侧向供烃是常规气藏成藏的关键;晚白垩世构造活动改造和晚燕山期—喜马拉雅期构造抬升影响了页岩气的保存。