金沙江下游梯级水库人造洪峰生态调度综合效益影响分析

5～6月的人造洪峰生态调度是促进金沙江下游产漂流性卵鱼类繁殖的重要手段。为探究人造洪峰生态调度对梯级水库综合效益的影响,拟定了梯级水库不同开展时段的生态调度方案,以发电量、弃水量、供水保障率为评价指标,选取丰（25%）、平（50%）、枯（75%）典型来水对各方案进行效益分析。结果表明：典型来水条件下,向家坝在不同时段开展生态调度对梯级水库效益无明显影响,白鹤滩、乌东德分别在6月上旬、6月中旬开展生态调度时梯级水库效益最大。     

基于生态流量过程线的水库生态调度方法研究

传统的水库调度以兴利调度和除害调度为主,而水库生态调度则是为了实现人类需要的生态环境目标而进行的水库调度,相关的生态目标涉及水质、泥沙、生态系统和防治血吸虫病等。以水电站年发电量最大为优化目标,以生态方案为约束,提出了基于生态流量过程线的水库优化调度模型。利用该模型对黄河流域某子流域进行了水库生态调度计算,提出了4项生态环境目标,组合出5个生态方案。优化计算结果表明,与不考虑生态目标的方案相比,满足4项生态目标的水库调度方案的年发电量仅减少7.6%,可以看出如果采取合理的调度方案实现生态环境目标不会对水库的经济效益产生大的影响。     

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.     

水电站水库优化调度研究的若干进展

从单一水库优化调度、水库群优化调产时洪水预报三个方面,阐述了水电站水库优化调度研究的进展。     

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。     

水库排沙调度优化模型

在分析水库排沙调度机理的基础上建立了水库排沙调度优化模型,以遗传算法作为寻优算法,并用BP神经网络拟合一维水沙数学模型计算成果的方法简化了泥沙淤积计算,使得所建模型得以有效求解。以三峡水库为例进行优化,结果表明,利用所建立的模型和求解方法可以有效优化三峡水库的排沙调度,在保证淤积不增多的基础上大大增加了发电效益。     

水库调度的新阶段——生态调度

现行水库调度方式以防洪调度与兴利调度为主,从保护河流生态系统的观点看,没有涉及生态因素,调度应兼顾河流生态系统需求.分析了生态调度的内涵,介绍了国内外大型水利工程生态调度的进展情况,分析了生态调度包含的内容.在此基础上,提出了生态调度的专项调度:生态需水量调度、生态洪水调度、泥沙调度、水质调度、其他生态因子调度和涉及几个专项的综合调度.     

基于防洪库容总量控制的雅砻江下游梯级水库蓄水策略研究

根据长江防御洪水方案对雅砻江梯级水库的防洪库容预留要求,分析了预留防洪库容对梯级电站蓄水发电的影响。结合雅砻江水电开发的特点,提出了梯级水库防洪库容总量控制的解决思路,建立了基于防洪库容总量控制的蓄水期发电量最大模型,计算分析了9种不同来水情景的梯级水库优化蓄水方案,并给出了梯级水库总体优化蓄水策略。对该类问题研究具有一定借鉴意义。     

梯级水库优化调度的有后效性动态规划模型及应用

建立了梯级水库在洪水期间发电调度的优化模型,由于含有河道洪水演进方程,该模型成为一类有后效性的动态规划模型.提出了两种新的解法——多维动态规划近似解法与有后效性动态规划逐次逼近算法.实例研究表明:这两种解法可行,结果合理,特别是逐次逼近算法计算更快速,是求解这类问题的有效的方法.     

人工免疫系统在梯级水库群短期优化调度中的应用

免疫起源于抗感染的研究,是一种机体识别和排斥抗原性异物的生理功能。现代仿生技术将免疫应用到解决非线性优化问题中,形成了独特的人工免疫系统(AIS),AIS用抗体代表问题的可行解,用抗原代表问题的约束条件和目标函数,采用期望繁殖率来定义父体选择的概率进行随机搜索全局最优解。将AIS应用到梯级水库群短期(日)优化调度的研究中,经过对某梯级水库群的仿真计算,认为其结果是合理和可实际应用的。     

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。     

基于水库群预报调度的黄河流域干旱应对系统

为有效应对日益严重的流域干旱问题,有必要开展面向干旱全过程的黄河流域干旱应对系统研究。基于干旱演变过程设计了干旱指数,通过天气预报模型、回归分析等进行干旱、需水与径流预报;设置多年调节水库旱限水位,实现水资源年际补偿;识别洪水和泥沙分期特征,采用分期汛限水位增加洪水资源利用量;建立了梯级水库群协同优化调度模型,调配抗旱水源。算例结果显示:黄河流域干旱应对系统能够平衡年际间的干旱损失以避免重度破坏,与实际情况相比,在重旱的2014年增加抗旱水源22.40亿m^3。建立的干旱应对系统已应用于黄河流域抗旱实践,提升了流域应对干旱的水资源调控能力。     

应对干旱的黄河干流梯级水库群协同调度

科学控制梯级水库蓄泄过程是减少旱灾损失的重要手段。以减少干旱年份流域缺水量和优化缺水时空分布为目标,构建应对干旱的梯级水库群多时空尺度协同优化调度模型。采用交互式与改进粒子群优化方法,外层寻求多年调节水库旱限水位最优控制,内层优化梯级水库群年内蓄泄过程,实现流域水资源年际调控、年内优化、库群协同、空间协调。以2014年的黄河流域重旱为例,通过模型优化提出2012—2014年龙羊峡水库旱限水位及梯级水库群年内蓄泄过程,结果表明:通过龙羊峡水库旱限水位控制实现跨年度补水,控制各年度缺水率在4.9%~5.7%之间,通过水库群出库过程优化控制不同区域各时段缺水均匀分布,将农业缺水率控制在7.0%~11.0%之间,显著减轻了旱灾损失。     

应对干旱的黄河干流梯级水库群协同调度

科学控制梯级水库蓄泄过程是减少旱灾损失的重要手段。以减少干旱年份流域缺水量和优化缺水时空分布为目标,构建应对干旱的梯级水库群多时空尺度协同优化调度模型。采用交互式与改进粒子群优化方法,外层寻求多年调节水库旱限水位最优控制,内层优化梯级水库群年内蓄泄过程,实现流域水资源年际调控、年内优化、库群协同、空间协调。以2014年的黄河流域重旱为例,通过模型优化提出2012—2014年龙羊峡水库旱限水位及梯级水库群年内蓄泄过程,结果表明:通过龙羊峡水库旱限水位控制实现跨年度补水,控制各年度缺水率在4.9%~5.7%之间,通过水库群出库过程优化控制不同区域各时段缺水均匀分布,将农业缺水率控制在7.0%~11.0%之间,显著减轻了旱灾损失。     

金沙江下游梯级水库运行期设计洪水及汛控水位

研究探讨梯级水库运行期设计洪水计算理论和方法,实现防洪和发电效益最大化。采用t-Copula函数建立各分区洪水的联合分布,通过蒙特卡罗法和遗传算法(GA)推求金沙江下游梯级水库的最可能地区组成;分析计算各水库运行期的设计洪水及汛控水位。结果表明:①最可能地区组成结果合理可靠,可为梯级水库运行期设计洪水的分析计算提供依据;②金沙江下游梯级水库受上游水库调蓄影响显著,向家坝水库1000年一遇设计洪峰15400m^3/s(35%),3d、7d和30d洪量的削减量(削减率)分别为35.6亿m^3(33%)、70.2亿m^3(30%)和85.0亿m^3(11%);③在不降低防洪标准的前提下,下游各水库在运行期汛控水位相比汛限水位可适当抬高,白鹤滩、溪洛渡和向家坝水库的汛控水位(汛限水位)分别为788.82m(785m)、570.67m(560m)和371.36m(370m),汛期年均发电量分别增加2.1%、6.1%和1.4%,年增发电量17.1亿kW·h。     

雅砻江下游干热河谷表土化学风化及其控制因子

化学风化是地表岩石矿物向土壤释放营养元素同时形成土壤粘粒组分的地球化学过程,这一过程使土壤具有生态环境功能。本文选择采集青藏高原东南缘的雅砻江下游不同地貌部位和植物群落的表土样品并分析其粒度组成和地球化学特征。结果表明：研究区表土粒度组成以粉砂为主（46.68%）,其次是砂粒（34.05%）和粘粒（19.28%）;元素组成以Si、Al和Fe为主;K、P和Si相对于上陆壳亏损,与区内沉积岩为主的岩石分布特征一致。研究区表土粘粒含量和化学蚀变指数（CIA）存在明显的空间差异：海拔 < 1300 m、坡度较大的南部谷坡地表土粘粒平均含量为6.51%,CIA平均为65,处于脱Ca、Na的中等风化阶段早期;海拔>2400 m、坡度平缓的西部坡地和宽谷地表土粘粒含量达39.21%,CIA平均达86,风化程度较高。母岩、海拔、坡度和土壤总氮含量对表土CIA值的贡献依次是57.34%、23.46%、10.33%和6.87%。显然,母岩性质是控制研究区表土化学风化过程的主要因素,地貌条件（海拔和坡度）是驱动化学风化过程最重要的外部因素,且海拔高度的影响大于坡度;生物作用对CIA值有一定的贡献。本研究可为深入探讨干热河谷地区土壤生物地球化学过程提供基础数据。

     

气候变化对澜沧江下游梯级电站发电及生态调度的影响

近年来伴随气候变化地表径流呈极端化分布,为水电生态调度带来了挑战。为探究气候变化对电站发电和生态调度的影响、发电和生态目标间协调关系对气候变化的响应,以澜沧江下游梯级电站为例,结合多模式多情景未来径流预估结果及水库发电调度模型,针对发电及生态效益目标实施了单/多目标最优化。结果表明:在气候变化影响下,未来澜沧江径流总量将有所增加,水文变率将显著增强,河道生态所受影响也将增大;电站发电保证率及生态流量破坏率指标受不同调度方案的影响程度较气候变化影响更高,未来发电和生态效益的冲突依然存在;气候变化导致的水文变率增强可加剧发电与生态效益间的冲突,导致保持现有发电效益的同时增大对河道生态的影响。     

气候变化对澜沧江下游梯级电站发电及生态调度的影响

近年来伴随气候变化地表径流呈极端化分布，为水电生态调度带来了挑战。为探究气候变化对电站发电和生态调度的影响、发电和生态目标间协调关系对气候变化的响应，以澜沧江下游梯级电站为例，结合多模式多情景未来径流预估结果及水库发电调度模型，针对发电及生态效益目标实施了单/多目标最优化。结果表明：在气候变化影响下，未来澜沧江径流总量将有所增加，水文变率将显著增强，河道生态所受影响也将增大；电站发电保证率及生态流量破坏率指标受不同调度方案的影响程度较气候变化影响更高，未来发电和生态效益的冲突依然存在；气候变化导致的水文变率增强可加剧发电与生态效益间的冲突，导致保持现有发电效益的同时增大对河道生态的影响。     

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。     

雅砻江流域分布式水文模型开发研究

面向南水北调西线水源区之一雅砻江流域生态水文调控,开发了一个基于物理机制的日过程流域水循环系统的分布式模拟模型.模型的产流过程计算考虑了雨强大小,采用Green-Ampt模型或Richards方程.汇流过程计算考虑了河道属性(纵横断面及河道控制工程),采用运动波方程或动力波方程模型.计算单元内采用了"马赛克"法即把单元内土地归为5种地域分别计算再汇总.1985～2000年雅砻江流域径流模拟较准确,水量平衡方面误差小于5%,模型与实测径流过程线相关系数达到0.86～94,Nash-Sutcliffe模型效率达0.7以上,表明该模型具有较高精度,能够满足流域生态水文调控中水循环各个过程的模拟与预测,构建了一个良好平台.