專利名稱：一種梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及梯級水庫調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
汛限水位是水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位，也稱防洪限制水位。在多年的研究和實踐中，汛限水位的理論有了很大的發(fā)展。汛期限制水位的控制方法主要經(jīng)歷了三個階段單一固定水位控制、分期固定水位控制、分期動態(tài)水位控制(即汛限水位動態(tài)控制)。單一固定水位控制僅利用洪水的統(tǒng)計信息來控制汛期限制水位；分期水位控制概念的產(chǎn)生利用了暴雨、洪水等季節(jié)性變化規(guī)律的特性分析結(jié)果，改變了整個汛期汛限水位固定不變的調(diào)度方式，其中分期水位控制又分為分期固定水位控制和分期動態(tài)水位控制，這兩種控制方式都要求水庫在汛期時刻預(yù)防設(shè)計或校核洪水事件的發(fā)生，從而導(dǎo)致水庫在汛期受汛限水位的限制不能蓄水，倘若遇到汛后降水偏小，則水庫無法蓄滿，造成汛期雨洪資源的浪費。分期動態(tài)水位控制理念則在分期固定水位控制的基礎(chǔ)上更進一步利用氣象及水文預(yù)報的信息，在有效、可靠的預(yù)見期內(nèi)臨時抬高水庫運行水位，在下場洪水來臨之前確?；芈渲猎O(shè)計汛限水位，在不降低防洪標準的前提下，增加水庫的興利效益。對單一水庫的汛限水位控制問題，在滿足防洪安全的前提下，水庫汛限水位設(shè)置越高則越有利于洪水資源利用，通過提高發(fā)電水頭來增加發(fā)電效益。然而對于梯級水庫，由于梯級水庫之間存在一定的水力聯(lián)系，上下游水庫存在庫容補償，單純提高某一水庫的汛限水位，未必能提高梯級水庫的洪水資源利用率，因此梯級水庫汛限水位的聯(lián)合運用問題更為復(fù)雜。隨著水庫系統(tǒng)中水庫數(shù)量(維數(shù))的增加，需考慮的信息越來越多，汛限水位的控制也將變得更加復(fù)雜。目前國內(nèi)外對梯級水庫汛限水位研究的方法不多，現(xiàn)有的研究方法多數(shù)是將單一水庫的汛限水位研究方法簡單的嵌套進梯級水庫，未考慮上下游水庫之間的庫容補償問題和水庫之間汛限水位的相互協(xié)調(diào)問題。武漢大學(xué)郭生練教授課題組對梯級水庫汛限水位的動態(tài)控制問題進行了系統(tǒng)的研究，針對具有下游防洪任務(wù)的水電站水庫群，提出了基于預(yù)報及庫容補償?shù)乃畮烊悍篮檠a償聯(lián)合調(diào)度逐次漸進協(xié)調(diào)模型，該模型運用了大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論及貝爾曼的逐步逼近思想，以各水庫為獨立的子系統(tǒng)建立三層遞階結(jié)構(gòu)，針對庫間水力、電力聯(lián)系及防洪庫容限制等復(fù)雜的約束條件進行不同層次的協(xié)調(diào)，對上述模型經(jīng)過多次迭代計算即可得到最佳的水庫群防洪庫容協(xié)調(diào)方案[1]。武漢大學(xué)郭生練教授課題組還結(jié)合流域?qū)崟r洪水預(yù)報及梯級水庫防洪庫容信息，提出了一種基于預(yù)報及庫容補償?shù)奶菁壦畮煅聪匏粍討B(tài)控制逐次漸進補償調(diào)度模型，該模型包括三個模塊考慮預(yù)報及庫容補償作用的補償調(diào)度模塊、保證不降低原防洪標準的預(yù)報預(yù)泄模塊、關(guān)聯(lián)變量協(xié)調(diào)模塊[2]。但上述兩種梯級水庫汛限水位研究方法均不完善，均未推出梯級水庫汛限水位之間的內(nèi)在聯(lián)系和確定梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用的控制域。文中涉及的參考文獻如下
[1]李瑋，郭生練，郭富強等.水電站水庫群防洪補償聯(lián)合調(diào)度模型研究及應(yīng)用 [J]水利學(xué)報，2007，38 (7) 826-831.[2]李瑋，郭生練，劉攀等.梯級水庫汛限水位動態(tài)控制模型研究及運用[J].水力發(fā)電學(xué)報，2008，27 (2) =22-28.

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明基于大系統(tǒng)聚合分解思想，提出了一種考慮上下游水庫間的庫容補償和汛限水位相互協(xié)調(diào)的梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方法，包括以下步驟步驟1，建立基于“聚合水庫”的預(yù)報預(yù)蓄模型；步驟2，根據(jù)上下游水庫之間的水力聯(lián)系和各防洪控制點防洪標準來建立上下游梯級水庫的預(yù)蓄庫容上限關(guān)系模型；步驟3，確定梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度的優(yōu)化目標和約束條件；步驟4，采用優(yōu)化方法優(yōu)化得到梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方案。步驟1中的預(yù)報預(yù)蓄模型是采用預(yù)蓄預(yù)泄法建立。步驟3中的梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度的優(yōu)化目標為在洪水有效預(yù)見期內(nèi)梯級水庫的興利效益最大，可用公式
Max E =表示，
i=l其中，E為興利效益；Ty為有效預(yù)見期；L為梯級水庫中水庫的數(shù)目；Ni (t)為i水庫第t時段的出力，Ni (t) = KiQiWHi (t)，Ki為i水庫的出力系數(shù)， Qi (t)為i水庫第t時段的發(fā)電流量，Hi (t)為i水庫第t時段的平均發(fā)電水頭。步驟4的優(yōu)化方法為逐次優(yōu)化方法(POA)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果1、本發(fā)明能夠在汛期對梯級水庫上下游各水庫的汛限水位進行統(tǒng)一調(diào)度，在保證梯級水庫防洪安全的前提下，能最大限度的提高水庫的興利效益，適宜在梯級水庫或水庫群洪水資源化調(diào)度中的應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于流域梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度；2、現(xiàn)有技術(shù)均采用多年平均效益最大化為優(yōu)化目標，本發(fā)明強調(diào)的是在有效預(yù)見期內(nèi)尋求梯級水庫的效益值最大的方案，在實際中更具實用性。


圖1為梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用模型流程圖；圖2為梯級水庫結(jié)構(gòu)示意圖，其中A、B分別為上、下游梯級水庫，F(xiàn)1、F2分別為水庫A、水庫B下游的防洪控制點，其允許的最大下泄流量分別為Qmax,A、Qfflax,B, Qa和Qb分別為水庫A和水庫B的入庫流量；
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圖3為梯級水庫聯(lián)合運用汛限水位上、下限關(guān)系示意圖，其中ZA，Zb分別為A、B水庫的原設(shè)計汛限水位，Z' A,Z' B分別為A、B水庫的汛限水位聯(lián)合運用上限。
具體實施例方式本發(fā)明基于大系統(tǒng)聚合分解思想，將梯級水庫當(dāng)成一個“聚合水庫”，由梯級防洪目標和預(yù)報水雨情信息來確定該“聚合水庫”允許最大預(yù)蓄水量，再根據(jù)梯級水庫間的水力聯(lián)系協(xié)調(diào)分配各水庫的預(yù)蓄水量，在不降低防洪標準的前提下，尋求綜合利用效益最大的梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用和動態(tài)控制方案。 下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步具體說明。一種梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方法，包括以下步驟步驟1，建立基于“聚合水庫”的預(yù)報預(yù)蓄模型將梯級水庫當(dāng)成一個“聚合水庫”，本實施例中采用預(yù)蓄預(yù)泄法來建立“聚合水庫” 的預(yù)報預(yù)蓄模型。預(yù)蓄預(yù)泄法要求水庫以Z'水位起調(diào)時，經(jīng)過洪水有效預(yù)見期Ty的預(yù)泄， 能使水庫的水位降低至原汛限水位Z，并且水庫能夠提供不少于原調(diào)度方式的同期防洪庫容，若預(yù)報流域?qū)⒂休^大的洪水形成時，各水庫有能力進行預(yù)泄并騰出足夠防洪庫容，保證不降低原設(shè)計方案的防洪標準。設(shè)Qin(t)為“聚合水庫”在t時刻的入庫流量，Qout (t)為“聚合水庫”在t時刻的可能出庫流量，則“聚合水庫”在t時刻的最高起調(diào)水位Z' (t)對應(yīng)的庫容f (Z' (t))可用下列公式表示
權(quán)利要求
1.一種梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1，建立基于“聚合水庫”的預(yù)報預(yù)蓄模型；步驟2，根據(jù)上下游水庫之間的水力聯(lián)系和各防洪控制點防洪標準來建立上下游梯級水庫的預(yù)蓄庫容上限關(guān)系模型；步驟3，確定梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度的優(yōu)化目標和約束條件； 步驟4，采用優(yōu)化方法優(yōu)化得到梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方法，其特征在于 所述步驟1的預(yù)報預(yù)蓄模型是采用預(yù)蓄預(yù)泄法建立的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方法，其特征在于 所述步驟3中的梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度的優(yōu)化目標為在洪水有效預(yù)見期內(nèi)使梯級水庫的興利效益最大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方法，其特征在于 所述步驟4的優(yōu)化方法為逐次優(yōu)化方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方法，包括以下步驟步驟1，建立基于“聚合水庫”的預(yù)報預(yù)蓄模型；步驟2，根據(jù)上下游水庫之間的水力聯(lián)系和各防洪控制點防洪標準來建立上下游梯級水庫的預(yù)蓄庫容上限關(guān)系模型；步驟3，確定梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度的優(yōu)化目標和約束條件；步驟4，采用優(yōu)化方法優(yōu)化得到梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度方案。本發(fā)明能夠在汛期對梯級水庫上下游各水庫的汛限水位進行統(tǒng)一調(diào)度，在保證梯級水庫防洪安全的前提下，能最大限度的提高梯級水庫的興利效益，適宜在梯級水庫或水庫群洪水資源化調(diào)度中的應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于流域梯級水庫汛限水位聯(lián)合運用調(diào)度。
文檔編號E02B3/00GK102182159SQ201110067570
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者劉攀, 郭生練, 陳炯宏 申請人:武漢大學(xué)