引汉济渭跨流域调水工程多目标风险调度研究

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目前,水库运行管理已从传统的单目标向多目标模式转变,尤其在跨流域调水工程中,水源区水量转移涉及调水风险、水源区河道生态风险和水库运行风险等问题。因此,研究考虑水源区生态需水的跨流域调水工程多目标风险调度,对于丰富跨流域调水工程的调度理论与技术具有重要的理论意义和应用价值。本文以陕西省引汉济渭跨流域调水工程为研究对象,计算了水源区黄金峡和三河口水库下游河道内生态需水过程,分别建立了考虑生态-经济的多目标确定性优化调度模型和考虑生态-调水风险的多目标风险优化调度模型,旨在探索在满足不同河道内生态需水条件下,生态目标(水源区河道生态系统缺水指数最小)和经济目标(总调水过程缺水指数最小、多年平均净发电量最大)之间的多目标转化规律,提出考虑生态需水的三河口水库调度规则;分析调水风险、生态风险和年末水位风险之间的转化关系,筛选并制定了三河口水库风险调度策略。本文取得的主要研究成果如下:(1)在考虑径流非一致性的基础上,提出了河道内生态需水计算与评价体系,构建了考虑径流变异的河道内生态需水计算集成框架,并应用于黄金峡和三河口水库下游河道内生态需水过程的计算与评价。(2)以多目标NSGA-Ⅱ算法为基础框架,利用PSO中粒子更新策略替换NSGA-Ⅱ中子代生成的遗传算子操作,结合NSGA-Ⅱ精英保存策略,提出了减少计算参数且不影响算法计算效果的快速非支配粒子群NSPSO多目标优化算法,该算法具有收敛性、一致性和稳定性更优、更快的特点。(3)以水源区河道生态系统缺水指数最小、总调水过程缺水指数最小和多年平均净发电量最大为目标,建立了引汉济渭工程水库-泵站-电站群多目标优化调度模型;利用Pareto解集的空间插值,揭示了生态目标和经济目标之间的多目标转化规律,建立了三目标之间和两两目标之间的函数关系:基于修正生态需水过程,提取了考虑生态需水量的水库生态运行规则。(4)利用模糊概率和最大熵理论,定义了调水、生态和年末水位三种风险源,以调水风险、生态风险和年末水位风险最小为目标,基于生态调度规则.建立了引汉济渭工程水库-泵站-电站群多目标风险优化调度模型,揭示了调水风险、生态风险和年末水位风险之间的转化关系,定性分析了三河口水库年末水位风险的影响因素。(5)基于多目标风险调度模型的Pareto解集,统计了不同月份的调水量变化过程,揭示了黄金峡水库调水规律;采用可靠性和脆弱性指标,评价了 Pareto解对应的调水过程;综合模型目标结果、可靠性和脆弱性指标结果,推荐了调水风险最小的Pareto解对应的调水方案。(6)以调水风险最小调水方案为基础,采用多元回归函数,拟合了三河口水库典型年和长系列过程的调度函数;生成了限制供水区、保证供水区、加大供水区和独立供水区在内的三河口水库风险调度图。
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