水库群汛期运行水位动态控制优化研究

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水库作为优化水资源配置和防治洪水灾害的重要工程措施,在生态环境保护、防洪抗旱和兴利调度等方面发挥着非常重要的作用。在汛期,传统调控方式常保持水库水位不超过单一的汛限水位,这种汛期运行方式侧重防洪安全,但也在一定程度上限制了水库兴利效益的充分发挥,而水库汛期运行水位动态控制是一种有效的解决方法。区别于传统汛期调度方法,汛期运行水位动态控制通过利用洪水预报等信息在汛期动态控制水库运行水位,可以更好的协调汛期水库防洪和发电之间的关系。首先,分析了预泄能力约束法存在的不足,针对其预泄时忽略水库实时水位状态、可操作性差、预泄流量过大等问题,提出了自适应分级预泄法,改善了预泄阶段操作及泄流过程。其次,对动态控制调度模型法进行完善,提出了改进的动态控制调度模型法,该方法在其原有预泄、防洪、回蓄等阶段基础上增加了正常调度阶段,并提出相应阶段的调度控制模式,完善了调度决策过程。最后,构建了以水库群联合发电量最大化、极限风险率最小化为目标的水库群汛期运行水位动态控制优化调度模型,并运用NSCDE算法对模型进行求解,获得关于各调度目标的非劣方案集。在此基础上,在非劣方案集中选取极端方案进行对比分析,详细讨论了该模型的合理性与适用条件。本文主要工作内容以及研究成果包括以下几个方面:
  (1)针对传统预泄能力约束法预泄时忽略水库实时水位状态、预泄流量过大、可操作性差等问题,提出了一种自适应分级预泄法。该方法根据水库实时水位状态自适应制定预泄方案,并对预泄流量进行分级处理,改善了水库预泄阶段的操作过程,使泄流量变化更为平缓,该方法为水库汛期水位动态控制预泄操作提供了一种新思路。
  (2)提出了一种新的汛期运行水位动态控制方法,该方法在动态控制调度模型法原有预泄、防洪、回蓄等阶段基础上增加了正常调度阶段,并提出相应阶段的调度控制模式,完善了水库汛期运行水位动态控制调度决策过程,可为水库汛期运行水位动态控制运行及其方案编制提供更为全面的指导和参考。
  (3)构建了以极限风险率最小化、水库群联合发电量最大化为目标的水库群汛期运行水位动态控制多目标优化调度模型,并运用NSCDE算法实现模型的高效求解,获得关于各调度目标的非劣方案集;在此基础上,探究了水库群动态控制域上限值组合对水库群联合发电量和极限风险率的影响,同时给出了调度优选方案排序供调度决策者参考,研究工作可为汉江中上游水库群汛期运行水位动态控制提供数量依据和技术支撑。
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