决策支持技术在潘家口、大黑汀水库实时洪水预报调度中的应用

以引滦工程为原型,进行了水库实时洪水预报调度决策支持系统的研究,开发了相应的计算机软件系统。系统主要由雨水情显示,预报,调度决策等三个部分组成。系统的开发遵循实用性原则。具有数据检错,纠错,查询及雨水情时空显示等功能,为决策者提供实时防洪决策的技术支持。针对梯级水库管理的特点,探讨了潘家口,大黑汀水库联合调度控制下游最大泄量和最高库水位的方法,同时还分析了下游地区的防洪风险问题。     

水库防洪补偿调节线性规划模型及应用

防洪补偿调节是水库防洪规划和实时调度的基本原理,构模方法及后效性是制约水库洪水优化补偿调节数学模型求解的关键问题。对于一个水库和一个防洪控制点所组成的基本防洪系统,基于水库调度阶段划分及出流上界分析引入水库出流上下界约束,将水库防洪库容最小目标转换为累计蓄水量最小的等价目标,建立了水库防洪补偿调节线性规划模型（RFCR-LP）,实现了水库调度决策和下游河道水流演进的完全耦合,避免了常规多阶段决策优化方法的后效性。该模型不仅具有结构简单、易于求解等显著特点,而且实现了水库防洪规划与实时调度优化数学模型的统一,基本形成了覆盖水库全周期的多功能洪水优化补偿调节模型,为构建水库群防洪优化补偿调节模型提供了一种解决方案。实例验证了RFCR-LP的适用性、灵活性及稳定性。     

综合利用水库优化调度决策支持系统

以石头河水库为例,应用决策支持系统原理,阐述了综合利用水库优化调度决策支持系统设计的原理和方法,并开发研制了石头河水库优化调度决策支持系统.该系统集成了数据采集与传输、数据库管理、水文预报、用水计划编制、兴利调度计划编制、度汛计划编制、实时兴利调度、实时防洪调度、水库优化调度和系统维护10个子系统.     

水库防洪优化调度的恒定出流模型及应用

现行水库洪水优化调度数学模型存在泄流闸门开度不断调整及时段间流量突变的问题。针对这些问题,将水库防洪优化调度数学模型分为时段内出库流量线性变化的瞬时出流模型和时段内出流不变的恒定出流模型。对于1个水库和1个防洪控制点所组成的基本防洪系统,应用矩形入流条件的河道洪水演进方法,以时段内恒定的出库流量为决策变量,构建水库防洪优化补偿调度数学模型。实例计算结果表明:恒定出流模型比瞬时出流模型占用的防洪库容减小0.05%~0.18%、最大下泄流量有增有减,即恒定出流模型既不劣于瞬时出流模型,也能很好地解决瞬时出流模型存在的问题。同时,实例揭示的水库二次补偿调节比等蓄量调度方式减小防洪库容10.6%,为确定水库的防洪库容提供了新的方法。     

防洪实时风险调度模型及应用

在水库下游防护断面遭遇超标准洪水或水库遭遇超标准洪水按规划调度原则泄量将超过下游防护断面安全泄量时,提出了一种水库减免下游洪灾损失的防洪实时风险调度模型,并提出了水库防洪允许极限风险率确定的原则,可供实时选择水库泄量时使用,为决策提供有依据的信息。还举了一应用算例,应用效果较好。     

水库防洪实时补偿调度风险分析

在假定水库放水河道洪水演进误差和区间来水洪峰预报误差符合正态分布N(0,α)的基础上,提出了水库防洪实时补偿调度的风险分析方法;分析了峰现时间误差对防洪补偿效果的影响,并提出了基于峰现时间误差组合的防洪控制断面洪峰流量变化区间分析方法;通过算例,阐释了所提出方法对实时防洪决策的辅助作用.     

基于D-S证据理论的多水库联合调度方案评价

多水库防洪调度是一个典型的具有不确定性的多目标决策问题,在调度决策过程中,往往含有大量不确定性因素。提出了利用D-S证据推理方法,对多水库联合防洪调度方案进行评价。通过对不确定性评价信息进行融合,将问题转化为确定性决策问题。给出了证据合成的算法步骤,通过算例分析说明该方法的有效性和实用性。     

长江上游干流梯级水库群防洪库容互用性初探

根据《长江流域防洪规划》,长江上游已投入运行的、具有防洪功能的大型控制性水库总预留防洪库容超360亿m3,亟需研究科学实用的防洪调度方法。在定义防洪库容互用性涵义的基础上,探讨了长江上游水库群间防洪库容的互用性,提出了基于库容互用性的水库群防洪调度方法。以金沙江下游梯级和三峡水库为例,分析了二者之间防洪库容的互用比例。研究结果显示,对于1981年、1982年和1998年3个典型年的洪水,金沙江下游梯级水库相对于三峡水库防洪库容的互用比例在0.80~0.97之间,并受拦蓄洪量比例和拦蓄时机的影响。在实时防洪预报调度中,可根据水库群所处状态及防洪形势,基于防洪库容互用性研究成果,结合水文气象预报,科学有效地调度洪水。     

水库汛限水位动态控制的实现途径

水库汛限水位动态控制是洪水资源利用的主要方式之一,提高水库洪水预报精度和延长有效预见期是实现水库汛限水位动态控制的关键所在。针对水库实时防洪调度的特点和流程,概述了新一代天气雷达、气象卫星及相关应用系统的技术进展,评价了这一技术进展在水库实时防洪调度中的重要作用,据此提出了综合应用新技术改进水库洪水预报、洪水量级判断和蓄水时机选择的技术途径。在此基础上,以海河流域潘家口水库为例,综合论证了水库汛限水位的动态控制范围,提出了汛期蓄水的控制策略与调控方法。     

水库洪水调度系统通用化模板设计与开发

采用水库调洪数值解法、多目标模糊优选决策模型、人机交互决策方法、面向对象技术和数据库技术,设计与开发了模块化、接口通用化和通用的水库洪水调度系统。在实际应用中,针对一个新水库,用户使用这一系统,输入水库防洪调度的基本资料,可实现水库调度方案的迅速生成、制定、仿真模拟、评价与选择等过程。     

三峡水库动态汛限水位洪水调度风险指标及综合评价模型研究

汛限水位是综合利用水库运行和调度的重要参数之一,也是协调防洪和兴利矛盾的焦点所在。现行的汛限水位过多地考虑了小概率洪水事件,不能充分挖掘水库汛期的兴利效益,因此,采用动态汛限水位进行调度,对综合利用水库的运行具有重要的理论意义和实用价值。根据三峡水库围堰发电期的调度规程,建立预报预泄调度模型,采用宜昌站1882-2001年汛期实测日流量资料,实现了考虑预报信息的动态汛限水位洪水调度模拟;提出了多目标风险指标体系;计算了9种动态汛限水位方案下的风险指标值,通过综合评价模型对各方案进行比较和优选,得到了相对合理的动态汛限水位方案。     

基于投影寻踪和粒子群优化算法的洪水分类研究

洪水分类实际上是洪水强度大小辨别的优化问题。洪水分类不仅影响着水库的实时调度，而且也影响着洪水灾害危险评估。对利用降水预报进行洪水资源利用的水库来说，洪水分类对水库实时调度规则的建立有着重要的作用。因此，洪水分类是一个重要的理论和实践问题。本文以长江三峡水库代表性水文站——宜昌站为研究对象．基于投影寻踪方法建立了洪水分类的优化模型，并利用粒子群优化算法对所建模型进行求解。结果表明了投影寻踪方法和粒子群优化算法在洪水分类研究中的有效性和合理性．     

Rural organizational impacts,mitigation strategies,and resilience to the 2010 Darfield earthquake,New Zealand

A methodology for evaluating real-time optimal reservoir releases under flooding conditions that minimizes flood damages for a river-reservoir system is described in this paper. The problem is formulated as a discrete-time optimal control problem in which reservoir releases are the control variables, and water surface elevations and discharges are the state variables. Constraints imposed on the reservoir’s water surface elevations and reservoir releases to the downstream reaches are incorporated into an objective function using a penalty function method. The optimal control model consists of the two primary interfaced components: (1) the U.S. Geological Survey Full EQuation routing model to simulate the unsteady flow dynamics of the river-reservoir system and (2) an optimization technique, simulated annealing that optimizes reservoir releases (flood control gate operations) subject to system constraints. The model solves an augmented control problem. The model was applied to the river-reservoir system of Lake Travis on the Lower Colorado River in Texas. The model application to Lake Travis revealed the usefulness of the model in improving a given operation policy, regardless of the type objective function (linear or nonlinear). The methodology and the operation model developed here are unique since they can be applied to any river-reservoir system, do not require simplification of nonlinearities, and guarantee the determination of an optimal or near-global optima.     

三峡水库汛期分期的变点分析方法研究

介绍了变点分析理论，结合三峡水库汛期的分期，阐述了均值变点、概率变点的理论与分析方法。采用宜昌站1882-2001年实测日流量资料，用均值变点分析方法对汛期每日最大洪峰构成的时间序列进行分期；同时选择一定的阈值，在假定发生概率服从二项分布的条件下，应用概率变点分析方法进行分期，最后给出了三峡水库汛期的分期方式。经比较表明，变点分析理论应用于汛期分期中，能反映来水的基本规律，具有一定的应用价值；但从理论上以及防洪的角度来讲，概率变点分析方法较均值变点方法更适于水库汛期的分期计算。     

A real-time operation optimization model for flood management in river-reservoir systems

In this paper, a new methodology has been developed for real-time flood management in river-reservoir systems. This methodology is based upon combining a Genetic Algorithm (GA) reservoir operation optimization model for a cascade of two reservoirs, a hydraulic-based flood routing simulation model in downstream river system, a Geographical Information System (GIS) based database, and application of K-Nearest Neighbor (K-NN) algorithm for development of optimal operating rules. The GA optimization model estimates the optimal hourly reservoirs’ releases to minimize the flood damages in the downstream river. GIS tools have also been used for specifying different land-uses and damage functions in the downstream floodplain and it has been linked to the unsteady module of HEC-RAS flood routing model using Hec-GeoRAS module. An innovative approach has also been developed using K-NN algorithm to formulate the optimal operating rules for a system of two cascade reservoirs based on optimal releases obtained from the optimization model. During a flood event, the K-NN algorithm searches through the historical flood hydrographs and optimal reservoir storages determined by the optimization model to find similar situations. The similarity between the hydrographs is quantified based on the slopes of rising and falling limbs of inflow hydrographs and reservoir storages at the beginning of each hourly time step during the flood events for two cascade reservoirs. The developed methodology have been applied to the Bakhtiari and Dez River-Reservoir systems in southwest of Iran. The results show that the proposed models can be effectively used for flood management and real-time operation of cascade river-reservoir systems.     

长江中下游江湖蓄泄关系实时评估数值模拟

以长江中下游防洪系统为对象,将面向长江中下游防洪规划论证需求的水沙数学模型转化为面向长江防洪系统防汛方案评估需求的长江中下游蓄泄关系实时评估数学模型.为适应实时蓄泄评估快速、准确的要求,提出了基于水动力学的循环滚动计算模式、实时校正模式和实时防洪调度的试验机制.实现了水文学实时校正方法与水动力学数学模型的耦合,建立了基于水动力学的实时校正模式.为了满足长江中下游江湖蓄泄关系实时评价的需求,探讨了洪水模拟与分蓄洪调度模式的耦合.通过长江中下游防汛期间的试运行,较好地解决了防洪措施蓄泄关系评估和工程优化调控模式等关键难题,为防洪规划方案的制定和实时洪水调度方案优化提供了定量的依据,主要成果已应用于长江中下游防洪规划和防汛调度方案中.     

三峡库区汛期洪峰和沙峰异步运动特性的三维数值模拟

三峡水库蓄水后水深的增加导致洪水传播过程中沙峰滞后于洪峰的时间增加,利用洪峰和沙峰异步运动特性进行沙峰排沙调度是减缓水库淤积的重要手段之一。采用三维数值模型SCHISM（Semi-implicit Cross-scale Hydroscience Integrated System Model）研究三峡库区洪峰和沙峰的异步运动规律,基于2013年的汛期水沙传播过程验证模型的可靠性和准确性,初步分析不同洪水位下洪峰和沙峰的异步运动特性。结果表明:数值模型能够准确地模拟三峡水库汛期洪峰和沙峰长距离的传播过程;坝前蓄水位对洪峰传播时间的影响不大,但是对沙峰传播时间的影响较为显著;坝前水位增加使水流的流速减小和挟沙能力降低,沙峰传播速度减慢且峰值沿程不断降低,最终导致库区中沙峰滞后于洪峰出现的时间沿程越来越长。研究结果可为进一步优化三峡水库的沙峰排沙调度等提供科学依据。     

三峡水库围堰发电期调度模拟优化研究

汛限水位是协调综合利用水库防洪和兴利矛盾的重要参数。三峡水库围堰发电期调度规则将汛期水库水位控制在134．9-135．4m运行,本文将汛期(6-9月)按旬划分为12个分期,建立模拟模型和动态规划模型;采用宜昌站120年实测日流量序列,通过所建模型计算,得到了优化的分期汛限水位方案。模型实现了模拟和优化的有机结合,将带机遇约束的多目标优化问题转化为确定性约束条件下的单目标优化问题,降低了复杂性。结果表明,模型在不增加防洪风险的前提下,发电效益增加了2．21％(2005 年)和2．32％(2006年)。