大规模跨流域水库群供水优化调度规则

针对大规模跨流域供水水库群联合调度中调水、引水、供水三者之间的复杂性、动态性和不确定性的特点,在二层规划模型的基础上,应用博弈论原理,建立跨流域水库群供水调度规则的三层规划模型,提出调水规则、引水规则和供水规则相结合的跨流域水库群优化调度规则,从深层次揭示跨流域供水水库群之间的主从递阶层次的独立性及相互关联性;并应用基于免疫进化的粒子群算法对模型进行分层优化求解。以滦河下游跨流域水库群为对象进行研究,计算结果表明:① 减少了水量损失,提高了水资源的利用率;② 提高了供水区唐山、天津的供水保证率,降低了缺水破坏深度。     

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。     

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。     

水电站水库群模糊优化调度模型与目标协调－模糊规划法

利用大系统和模糊数学规划理论与方法,分析和探讨了水电站水库群模糊优化调度问题,建立了水电站水库群模糊优化调度模型,提出一种目标协调-模糊规划(IB-FP)法.理论分析和实例计算表明,所建立的模糊优化调度模型和提出的IB-FP法是可行和有效的.     

面向生态的额尔齐斯河水库群中长期调度

为解决水库群中长期生态调度问题,以新疆额尔齐斯河流域为研究对象,构建了水库调度的网络节点图,建立了面向生态的水库群中长期调度模拟和优化两种模型,分别采用历时水量平衡的自迭代模拟优化算法和大系统协调的动态规划方法求解。结果表明,中长期模拟和优化调度结果均满足流域水资源综合利用、生态供水及相应保证率要求,且优化调度模型计算的河道内外生态供水、北疆供水、农业供水等均优于模拟模型。同时,揭示了来水与生态供水的关系,制定了关键水库的生态调度图,建立了调度函数并通过合理性检验。研究成果对额尔齐斯河水资源综合利用、保障河道鱼类栖息地、河谷林草的生态安全提供了中长期战略支持,具有重要的理论意义与应用价值。     

淮河流域大型水库联合优化调度的动态规划模型解

淮河流域暴雨洪水频繁,常常遭遇恶劣雨型的组合。为使大型水库群在大范围暴雨洪水期间综合效益达到最优,采用动态规划模型求解淮河流域大型水库群的联合优化调度问题,利用国产曙光１０００巨型计算机的高速度和大容量的优势,解决了优化中的“维数灾”和“网格灾”问题,给出了淮河流域９个大型水库联合优化调度模型极效地提高了防洪水库的利用率。     

基于梯度分析法的长江上游水库群供水-发电-环境互馈关系解析

长江上游水资源耦合系统优化调控涉及供水、发电和生态需水等相互竞争、不可公度的调控目标。其供水-发电-环境互馈协变机制难以数学解析和刻画，多维目标效益均衡优化调控难以实施。为此，以多目标优化、运筹学理论及方法为基础，提出了基于梯度分析法的供水-发电-环境两两互馈关系研究方法。通过多目标约束优化方法求解长江上游水库群联合优化调度在供水-发电-环境目标空间的最优解集，并进行插值构造了供水-发电-环境互馈关系多维空间曲面，以此为基础，采用一阶差分近似求解供水对环境和发电对环境偏导函数值，以量化环境对供水变化和发电变化响应的梯度，进而解析环境-供水和环境-发电间互馈协变关系。该方法为水库群优化调度多目标互馈关系研究提供了一种新的思路。     

基于梯度分析法的长江上游水库群供水-发电-环境互馈关系解析

长江上游水资源耦合系统优化调控涉及供水、发电和生态需水等相互竞争、不可公度的调控目标。其供水-发电-环境互馈协变机制难以数学解析和刻画，多维目标效益均衡优化调控难以实施。为此，以多目标优化、运筹学理论及方法为基础，提出了基于梯度分析法的供水-发电-环境两两互馈关系研究方法。通过多目标约束优化方法求解长江上游水库群联合优化调度在供水-发电-环境目标空间的最优解集，并进行插值构造了供水-发电-环境互馈关系多维空间曲面，以此为基础，采用一阶差分近似求解供水对环境和发电对环境偏导函数值，以量化环境对供水变化和发电变化响应的梯度，进而解析环境-供水和环境-发电间互馈协变关系。该方法为水库群优化调度多目标互馈关系研究提供了一种新的思路。     

基于多目标分析的库群系统分解协调宏观决策方法研究

应用多目标和大系统分解协调方法对串联水库群水量宏观优化调度问题进行分析和研究,建立了基于多目标分析的库群系统分解协调宏观决策模型,并进行了实例计算,结果令人满意.     

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。     

基于库容分区运用的水库群生态调度模型

在不影响防洪、供水等现有利益格局的前提下,通过改善水库调度方式、发挥库群联合调控作用,提高生态供水保证率,是当前中国北方缺水地区流域水资源管理中的重大科学问题。把河流生态系统作为一个独立用水户,制订多用户分区运用水库群调度模拟规则,同时考虑调度方案对生态与发电的影响,建立水资源系统仿真模型,结合保证各用户供水保证率最大且尽可能均衡的目标函数,构建基于库容分区运用的水库群生态调度模型。将模型应用于海河流域滦河水系,提出了现状供水条件下潘家口、大黑汀和桃林口三大水库联合调度方案,绘制了水库群分区运用调度图,评价了调度方案对水力发电和下游生态系统的影响。结果表明,所提出的模型有效,水库群生态调度方案较之现行调度,可在不降低兴利和防洪效益的前提下,将河流生态系统供水保证率由46.9%提高到93.8%,生态水文改变度指标改善明显。     

水库群调度规则相关研究进展

从表现形式和研究方法两个层面对水库群调度规则的相关研究进展进行了文献回顾和总结分类;归纳了"总—分"模式的调度规则表现形式,划分了"优化-拟合-修正"和"预定义规则+(模拟)优化模型"的两大类调度规则研究方法;在此基础上分析相关层面研究所存在的一些问题,并指出未来需要进一步加强研究的方向。     

有限供水条件下水库和田间配水整合优化调度

针对多水源多作物灌区,研究有限供水条件下灌区优化配水问题。模型中既考虑水库优化调度,又考虑田间优化配水。模型思路:根据灌区水土资源分布状况,将全灌区划分为多个子区,每个子区种植有若干种作物。如果把每个子区每种作物所在的田块看作一个土壤水库,则可采用水库群调度的方法研究这类灌区优化配水问题,文中采用的是优化控制方法。为了证明模型的正确性,同时建立了3个模型。模型1:既不考虑水库优化调度又不考虑田间优化配水;模型2:只考虑水库优化调度;模型3:只考虑田间优化配水。实例计算表明,整合调度模型能产生较多的效益(特别在干旱年份),优化控制方法计算性能良好。     

水库群优化调度函数的人工神经网络方法研究

提出了研究水库群优化调度函数的人工神经网络方法,并探讨了神经网络的训练参数、训练方法和训练样本的改变对网络训练和应用效果的影响。实例研究表明,模型及其算法是可行的、有效的。     

水库群防洪联合调度研究综述及展望

在介绍了水库群防洪联合调度研究意义的基础上,从常规方法和系统分析方法两个方面综述了国内外的研究进展,并对今后的水库群防洪联合调度研究进行了展望。     

Optimal design of flood-control multi-reservoir system on a watershed scale

Flood events have the highest damage costs and losses among natural hazards. There are different types of measures to mitigate flood damage costs and their negative consequences. Application of flood-control reservoirs or detention dams, as one of the main measures, may decrease devastating flood effects or even may cause to intensify flood damages in the watershed by a poor design with tremendous construction costs. Optimal design of a flood-control multi-reservoir system can simultaneously minimize investment costs of constructions and potential flood damage costs. This study proposes a simulation-based optimization approach to optimize the design of multi-reservoirs for flood control in the watershed by coupling the MIKE-11 hydrodynamic model and the NSGA-II multi-objective optimization model. The present approach provides the Pareto optimal solutions between two conflict objectives of minimizing total investment costs and the expected flood damage costs in the watershed. Application of the proposed model for a small watershed in central part of Iran as a case study shows that optimal designs of multi-reservoir systems can efficiently reduce construction costs, flood peaks and their corresponding damage costs at the downstream reaches of the basin.     

水库群系统优化调度新进展

从确定库群目标函数和相应的约束条件，以及选取求解模型的最优化方法方面系统地阐述了近年来国内外水库群优化调度研究的进展。指出多种优化理论的耦合，基于巨型计算机、并行分布式计算技术以及网格技术的优化方法，基于规则的优化调度方法研究以及空间数据的决策支持系统研究，这是今后水库群优化调度研究的发展方向。     

基于条件风险价值理论的水库群防洪库容协同作用

将经济学条件风险价值(CVaR)理论引入防洪评价领域,提出基于CVaR的水库群防洪库容协同作用研究方法,辨识各水库防洪库容值对库群系统防洪损失的影响程度及各水库间协同防洪的互馈方式。以汉江流域五库群系统为案例研究,结果表明:①库群系统防洪损失CVaR对各水库防洪库容变动的敏感度排序依次为三里坪、鸭河口、丹江口、安康、潘口水库; ②当总防洪库容不变时,变动各水库防洪库容组合方案所对应的防洪损失CVaR不一定相同,且各水库防洪库容组合存在可行区间; ③若选取相同CVaR为约束条件,相比于两库系统(安康-丹江口水库),五库系统由于考虑了更多水库(潘口、三里坪、鸭河口水库)的防洪协调作用,丹江口水库自身防洪库容可调节的灵活空间更大。     

水库群水沙调控的单-多目标调度模型及其应用

为缓解内蒙古河段"二级悬河"形势,以黄河上游沙漠宽谷河段为研究对象,以龙羊峡水库、刘家峡水库为调控主体,开展黄河上游水沙调控研究。建立了输沙量、发电量最大的单目标模型以及多目标模型;分别采用自迭代模拟算法、逐次逼近动态规划算法(DPSA)和改进的非支配排序遗传优化算法(NSGA-Ⅱ)求解模型;设置了初始、常规、优化和联合优化4种方案。通过实例计算,联合优化调度方案的区间总冲刷量达到了0.38亿t,梯级发电量148.22亿kW·h。该方案以较小的电量损失换来了输沙量的大幅度增加,水沙调控效果显著,推荐为最优方案。研究成果量化了水沙调控效果和各目标间的转化规律,为开展黄河上游水沙调控提供了决策依据,具有重要的应用价值和实际指导意义。