概念性流域水文模型参数多目标优化率定

针对传统基于单一目标的水文模型参数优化率定方法不能充分挖掘水文系统不同动态行为特征的缺陷,提出一种多目标文化混合复形差分进化算法(Multi-objective Culture Shuffled Complex Differential Evolution,MOCSCDE)用于求解水文模型参数多目标优化问题。MOCSCDE算法将混合复形进化算法(Shuffled Complex Evolution,SCE-UA)置于文化算法(Cultural Algorithms,CA)进化的框架中,利用种群进化过程中提取的各种知识指导算法的运行,提高算法的运行效率,同时考虑到SCE-UA中单纯形算子不能充分利用种群个体信息的不足,采用全局搜索能力强的差分进化算法(Differential Evolution,DE)替代单纯形算子,可以更加充分利用种群个体信息进行演化计算,进一步提高算法的计算效率。将MOCSCDE算法应用于概念性水文模型——新安江模型的参数多目标优化率定,并与NSGA-Ⅱ和SPEA2算法进行对比分析,结果表明MOCSCDE算法的收敛性和分布性均优于NSGA-Ⅱ和SPEA2,可为水文预报提供更为全面可靠的参数组合决策依据。     

三峡梯级枢纽多目标生态优化调度模型及其求解方法

针对三峡梯级枢纽综合效益的充分发挥及其对长江流域典型生态系统修复及持续改善的科学需求,通过分析发电效益与生态效益之间的制约竞争关系,以发电量最大和生态缺水量最小为目标建立了梯级电站多目标生态优化调度模型,对三峡梯级枢纽多目标生态优化调度进行了研究。同时,针对传统优化方法难以同时处理多个调度目标的固有缺陷,提出一种改进多目标差分进化算法对所构建模型进行高效求解。该方法针对差分进化算法在多目标协同优化和全局寻优能力等方面的不足,依据问题的特点重新设计了差分进化算法的进化算子,同时设计了一种多目标混沌搜索策略以加强算法的局部搜索能力。最后,依据多目标生态优化调度问题的特点设计了一种不需要设置惩罚因子的约束处理方法。通过三峡梯级枢纽多目标生态优化调度的实例应用,验证了本文所构建模型的合理性以及所提出算法的有效性和工程实用性。     

基于Pareto强度进化算法的供水库群多目标优化调度

提出用Pareto强度进化算法解决供水库群的多目标优化调度问题,算法利用种群的进化过程模拟寻找非劣解集的过程,将供水库群多目标优化调度问题的解当作进化种群中的个体,按照解的Pareto强度值与密度进行适应度计算,利用种群中个体的进化操作获得非劣解,最终整个种群进化为非劣解集。实例分析结果表明,算法能实现多峰搜索,最终非劣解集的分布均匀,且收敛速度快,为解决供水库群多目标优化调度问题提供了一种有效的方法。     

贵州境内乌江水电梯级开发联合生态调度

为保护乌江干流水生生态系统,实现水能资源开发和生态环境双赢,进行乌江水电梯级开发联合生态调度。分析计算了乌江主要生态控制断面洪家渡、乌江渡和思林的最小、适宜及理想生态流量过程;构建了乌江干流梯级水电站多目标联合优化调度模型,采用智能优化算法对其进行求解。计算得到乌江干流9座水库多年平均发电量和典型年年发电量、3个主要控制断面的生态用水保证率及其典型年水库调度过程。结果表明,通过乌江干流梯级水电站联合优化调度,在保证水电站防洪安全和发电效益正常发挥的同时,可提高乌江干流生态流量保证率;对于偏枯年和枯水年,即使通过梯级水电站优化调度,其理想生态流量用水需求也难以满足。     

差分进化算法在三峡电站厂内经济运行中的应用

差分进化算法是一种基于群体进化的算法,具有记忆个体最优解和种群内信息共享的特点,即通过种群内个体间的合作与竞争来实现对优化问题的求解,其本质是一种基于实数编码的具有保优思想的贪婪遗传算法。本文将差分进化算法用于求解三峡电站厂内经济运行问题,同时又将该算法与标准遗传算法相比较,结果显示差分进化算法优化效果明显优于标准遗传算法,差分进化算法的全局的收敛性比标准遗传算法强,差分进化算法是求解大型水电站经济运行问题的有效方法。     

基于多目标遗传算法的巨型水库群发电优化调度

低碳时代,水电作为清洁可再生能源,节能发电调度为梯级水电联合调度运行带来了难得的历史机遇,如何有效地开展梯级水库群优化调度,充分合理利用水能资源,是流域梯级电站管理迫切需要解决的问题。文章在对清江梯级与三峡梯级径流特征分析的基础上,建立了以水库群整体发电量最大和弃能最小为目标的梯级调度模型。根据电力系统对三峡、葛洲坝、水布垭、隔河岩、高坝洲水电站的要求,用1951—2002年的月径流资料和典型年的日径流资料进行长期和短期优化调度,采用多目标遗传算法得到清江3个电站、三峡-葛洲坝2电站单独运行和联合优化调度发电指标,5库联合优化调度系统多年平均发电量增加约21亿kW.h;短期(日)优化调度较长期(月时间尺度)优化调度发电效益有进一步提升,增发电量约9.68亿kW.h。研究表明,充分利用清江和三峡梯级实际运行位置相近、水力联系紧密、互补性强的特点,统一安排电站机组运行模式,合理分配机组出力,可在来水量相同的条件下获得更大的效益。     

考虑水文预报误差的三峡水库防洪调度图

分析三峡水库入库流量短期预报结果,采用非参数方法估算预报相对误差的概率密度函数。以防洪为目标,同时兼顾发电、通航等要求,建立了防洪调度模型,采用差分进化算法求解,得到了汛期防洪优化调度图。通过比较不考虑预报、现有预报方案、准确预报3种情况的调度结果,分析了水文预报误差对防洪调度的影响。结果表明,无论考虑预报与否,与现有设计方案相比,汛期防洪优化调度图的发电量都增加,弃水减少,削峰率有所提高;而考虑预报信息有助于调控洪水,提高预报精度有助于增加水库抵御大洪水风险的能力;基于模拟现行作业预报方案,汛期防洪优化调度图比设计调度方案发电量增加5.3%,弃水减少5.9%,削峰率提高1.7个百分点,防御1000年一遇设计洪水的能力大大提高。     

梯级水电站优化调度的分形与混沌嵌套搜索算法

考虑到梯级水电站水库联合优化调度模型的高非线性、强约束特点,提出了分形分割与混沌嵌套搜索算法的求解方法。该算法利用嵌套结构把确定性搜索和随机搜索有机结合起来,按照自身的运动规律,直接在优化区间内通过逐步的插值映射来对被优化问题进行优化搜索。通过在南桠河梯级水电站联合优化运行中的成功应用,显示该算法具有参数配置简单、普适性强、稳定性高、全局优化和易于编程等特点,并取得了与POA算法一致的收敛精度且计算速度有优势,从而为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提供了新的探索。     

基于INPGA的地下水污染治理多目标优化管理模型:Ⅰ——理论方法与算例验证

基于小生境技术的Pareto遗传算法(NPGA)是一种求解多目标问题的智能搜索方法,适用于优化多种非线性、不连续等复杂多目标问题.但该算法存在局部早熟收敛和收敛速度慢两个不足,在求解Pareto前沿上效果不佳.本文在NPGA的基础上,提出了改进NPGA方法(INPGA),通过Pareto解集过滤器、精英个体保留策略、邻...     

流域水资源调度多目标时变偏好决策方法及应用

传统多目标决策方法难以刻画流域水资源系统调度周期内多目标互馈关系及需求动态变化, 可能导致关键时期特定目标保障不足。为弥补该缺陷, 提出多目标时变偏好决策方法。以金沙江下游为例, 分析发电与生态目标需求的时空变异性, 构建并求解两目标随时程变化的Pareto前沿簇, 量化各时期目标间竞争强度, 基于灵敏比的非支配关系, 定量识别各调度时期决策人的目标偏好, 形成偏向度决策支持集, 建立多目标时变决策模型。结果表明: 考虑时变偏好的决策方法, 其动态累积Pareto前沿可以支配传统静态Pareto前沿; 相较于传统方法, 研究区全年增发电量0.7亿kW·h, 全年和关键生态期生态效益分别提升8.06%和2.83%, 可以在保持发电效益的同时显著优化生态效益, 并提高关键时期生态需求的保障程度。     

梯级施工导流系统整体风险分析

进行流域梯级水电站开发,对相邻两座同期建设的水电工程组成的梯级施工导流系统进行整体风险分析意义重大。基于风险分析理论,考虑梯级施工导流系统水文和水力的不确定性,建立了系统整体风险数学模型。在此基础上构建了不同洪水组合情况下的风险计算模型,并利用Monte-Carlo方法耦合主要风险因素进行模型求解。同时,针对洪水过程遭遇情况下的风险模型,通过引入起始时间差随机因素来计算下游导流系统施工洪水过程。工程实例分析证明,风险分析模型和方法是可靠、有效的,为流域梯级开发条件下施工导流标准选取及导流方案优选提供重要依据。     

改进量子粒子群算法在水电站群优化调度中的应用

针对量子粒子群算法求解水电站群优化调度问题存在的早熟收敛、寻优能力欠佳等缺陷,从种群初始化、进化和变异等方面提出了改进量子粒子群算法。该方法引入混沌搜索增强初始种群质量;通过加权更新种群最优位置中心改善种群进化模式并提升收敛速度;利用邻域变异搜索增加种群多样性避免早熟收敛。同时依据问题特点设计了矩阵实数编码方式与复杂约束处理方法。乌江梯级综合对比分析表明所提方法能切实保证快速获得高质量优化调度结果,有效提高梯级水能利用率,如长序列模拟调度较逐步优化算法分别减少8.9%的弃水和72.3%的耗时,是一种适用于大规模水电站群优化调度的高效实用方法。     

考虑综合利用要求的三峡水库提前蓄水方案

采用三峡水库汛期分期方案,将蓄水时间提前至汛末期,综合考虑上下游防洪、发电、通航和蓄满率等要求,建立了多目标蓄水调度模型,构建了"优化-模拟-检验"的算法流程,采用遗传算法进行求解。结果表明,最优方案在满足上下游防洪安全要求的前提下,蓄水期可增发电量17%,减少弃水44%,蓄满率和通航保证率显著提高。通过对汛末期防洪库容进行科学划分和对蓄水调度图进行优化,既确保防洪安全又最大限度挖掘兴利效益,为研究水库汛末蓄水调度问题提供了一种新的思路和方法。     

白鹤滩水电站初始地应力场研究分析

金沙江下游拟建的白鹤滩水电站上接乌东德梯级,下邻溪洛渡梯级,是继三峡和溪洛渡之后又一座千万千瓦级的水电站。白鹤滩水电站采用地下式厂房,其厂房的高度和跨度分别为78.5 m和32 m。为了保证地下洞室群围岩的稳定性,需要准确掌握初始地应力场的方向和大小。依据地质构造作用和现场实测方法分析发现,白鹤滩水电站左、右岸的初始地应力场,由于受到河流侵蚀和岸坡卸荷等因素影响,两岸厂区的地应力场方向在局部产生一定的偏转,从该地区的NWW方向变为NE方向,通过数值反演方法对计算区域的边界条件进行回归,与实测值比较确定回归边界条件的合理性和准确性。     

Floodwater utilization for cascade reservoirs based on dynamic control of seasonal flood control limit levels

Reservoirs play an important role in flood control and conservation, in which the flood control limit level (FCLL) is the most significant parameter of the tradeoff between flood control and comprehensive utilization of water resources. This study was aimed at constraining the seasonal FCLL for cascade reservoirs to obtain more economic benefits without reducing the original flood prevention standards. Based on flood initiation and ending times during the flood season, fuzzy set theory was used to build the experiential and theoretical membership function of each day, which clarified the relationship between the seasonal FCLL and the designed FCLL, and then the total flood season was divided into sub-seasons. The seasonal FCLL was revised by analyzing numerous flood control operation schemes of cascade reservoirs to satisfy a given flood prevention standard. Using the case study of ShiQuqn and XiHe cascade reservoirs in the Hanjiang River, the proposed method was demonstrated to provide an effective design for the seasonal FCLL, which increased the FCLL in the pre-flood and post-flood seasons. Forty-five operation schemes with different combinations of ShiQuqn and XiHe reservoir’s FCLLs under five flooding frequency scenarios were evaluated to revise the seasonal FCLL. An optimization model with real-coded genetic algorithm was proposed to maximize hydropower generation by dynamic control of the FCLL. The results show that compared with the traditional operation, joint operation based on dynamic control of FCLL can generate 0.23 × 108 kWh (3.18%) more hydropower for the cascade reservoir system during the flood season without increasing the flood risk.     

梯级水库群联合优化调度函数研究

构建了制定梯级水库群联合优化调度函数的"优化-拟合-再优化-随机仿真"框架:首先建立梯级水库群优化调度模型,通过确定性动态规划方法得到最优样本;然后对最优样本进行多元线性回归分析得到联合调度函数;并基于模拟调度结果采用非线性规划方法直接修正调度函数;最后通过水文随机模拟技术生成径流系列,进一步检验、评价所得调度函数的效率。以清江梯级水库群长期优化调度为对象进行实例研究,计算结果表明:对于1951-2005年实测径流系列,梯级水库群联合优化调度函数较常规调度方案年均增加发电量2.03亿kW·h,增幅达2.79%;对于两种随机模拟方法生成的水文径流系列,年均发电量分别提高了1.74%和2.36%,经济效益显著。     

Impact assessment of Three Gorges Dam’s impoundment on river dynamics in the north branch of Yangtze River estuary,China

As one of the world’s largest hydropower projects, the Three Gorges Dam (TGD)’s 156–175 m height storing test in flood recession seasons during 2006–2011 has aroused international attention. The novel approaches of cross-wavelet transform and wavelet coherence were firstly introduced to reveal the significant coherence and time lag property in time–frequency space between river dynamics in hydrological stations along Yangtze River. Then, using the optimum lag time nodes, corresponding regression models between river dynamics in these stations were established and utilized to assess the river dynamics in stations downstream under the impact of TGD’s impoundment. Results showed that the average decrease ratio of 24.3 % in the Three-Gorge reservoir outflow was caused in TGD’s impounding periods during 2006–2011. The corresponding average decrease ratios of 25.1, 16.5 and 1.9 % in Yichang flow, Datong flow (with 6 days lag), and estuarine Santiao river stage (with 32 days lag), respectively, were caused by TGD’s impoundment during 2006–2011. In addition, the impact weights of multiple driving factors on estuarine river dynamics were discussed, and the main factor of the combined impacts of estuarine tidal fluctuation and sea level change while the secondary factor of the upper stream inflow were demonstrated. A further suggestion about the optimization design of TGD’s safety impounding scheme was proposed to prevent estuarine saline water intrusion by guaranteeing the average daily increase of Three Gorges reservoir water level lower than 1.11 m/day during TGD’s impounding period.