專利名稱：一種基于生態(tài)調(diào)度圖的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，涉及一種水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方法。尤其涉及一種把生態(tài)需 水納入到常規(guī)水庫(kù)調(diào)度圖中以實(shí)現(xiàn)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的方法。
背景技術(shù)：
水利工程的建設(shè)既為人類帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)利益，同時(shí)也極大的改變了下 游河流原有的自然演進(jìn)和變化過(guò)程。傳統(tǒng)的水利工程不論是設(shè)計(jì)建設(shè)還是調(diào)度運(yùn)行，都主 要以興利除害為目的，注重發(fā)揮水利工程在防洪、發(fā)電、供水、航運(yùn)、灌溉等方面的作用，而 忽略了生態(tài)環(huán)境的要求，因此引發(fā)了河道斷流，生態(tài)退化等一系列生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題(錢正 英等，2006 ；姚維科等，2006)。近年來(lái)許多學(xué)者提出了“生態(tài)調(diào)度”的概念(董哲仁，2006 ；蔡 其華，2006 ；程根偉等，2007)，其實(shí)質(zhì)是在原有水利工程調(diào)度中加入生態(tài)環(huán)境因素的考慮， 以降低進(jìn)而消除水庫(kù)對(duì)于生態(tài)和環(huán)境的負(fù)面影響、改善庫(kù)區(qū)和下游生態(tài)環(huán)境。其中生態(tài)環(huán) 境因素在調(diào)度中的主要體現(xiàn)方式，就是生態(tài)需水。目前水利工程生態(tài)調(diào)度的研究還處于初始階段，無(wú)論是理論上還是實(shí)踐上都落后 于實(shí)際需求，尚缺乏完整的理論體系以及切實(shí)可行的應(yīng)用方法。在已有的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方 法中，有的將生態(tài)需水以最低下泄流量的形式作為一個(gè)約束條件而存在，這種調(diào)度方式雖 然可操作性強(qiáng)、易于監(jiān)督，但是由于僅僅考慮了最小生態(tài)需水，因而往往不能夠遏制生態(tài)系 統(tǒng)惡化，更達(dá)不到維持和修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)健康的要求。有的將生態(tài)需水作為唯一目標(biāo)，水庫(kù) 調(diào)度運(yùn)行完全按照生態(tài)需水節(jié)律進(jìn)行。這種方式雖然可以在最大程度上滿足生態(tài)系統(tǒng)的需 求，但由于弱化了水庫(kù)建設(shè)的原有目標(biāo)，使得水庫(kù)喪失了應(yīng)有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)功能，目前僅僅是 理論上的探討，難以實(shí)踐利用。能夠綜合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)與生態(tài)目標(biāo)的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方法是水庫(kù)生態(tài)調(diào)度發(fā) 展的趨勢(shì)，但目前相關(guān)方法還很少，現(xiàn)有方法多數(shù)建立在多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型的基礎(chǔ)上，然 而求解多目標(biāo)優(yōu)化模型所得到的往往是多維解集空間(耿玉磊，2005)，難以直接應(yīng)用。許 多學(xué)者提出不同的方法來(lái)處理這一問(wèn)題。如通過(guò)設(shè)定一系列的供水短缺率值，將水庫(kù)社會(huì) 經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束條件，進(jìn)而得到一系列單目標(biāo)優(yōu)化模型(專利“一種供水型水庫(kù) 生態(tài)調(diào)度技術(shù)”，申請(qǐng)?zhí)?01010100909. 6)，或首先確定水文情勢(shì)擾動(dòng)閾值，將水庫(kù)的發(fā)電量 最大化為目標(biāo)確定水庫(kù)調(diào)度最優(yōu)函數(shù)(專利“面向河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的發(fā)電型水庫(kù)調(diào)度函 數(shù)優(yōu)化方法”，申請(qǐng)?zhí)?00910265477. 1)。還有學(xué)者提出分別賦予社會(huì)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和生態(tài)目標(biāo) 一定的權(quán)重，然后將二者相加，將多目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)函數(shù)(專利“兼顧人類和生態(tài)需 求的供水型水庫(kù)調(diào)度圖優(yōu)化確定方法”，申請(qǐng)?zhí)?00910265478. 6)，其中社會(huì)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和生 態(tài)目標(biāo)的權(quán)重不同，代表二者在決策過(guò)程中重要性的差異，但是由于權(quán)重不具有明確的實(shí) 際意義，帶有很大的主觀性，因此為實(shí)際調(diào)度中管理者決策造成了一定的困難。此外，大部分生態(tài)調(diào)度的研究都忽略了基于調(diào)度圖的生態(tài)調(diào)度方式。而在實(shí)際水 庫(kù)調(diào)度中，傳統(tǒng)的調(diào)度圖發(fā)揮著十分重要的指導(dǎo)作用。因此，在現(xiàn)階段水利工程生態(tài)調(diào)度研 究的初始階段，還沒(méi)有形成完整的理論體系以及切實(shí)可行的應(yīng)用方法之時(shí)，研究如何將生態(tài)需水納入到水庫(kù)傳統(tǒng)調(diào)度圖中，探究如何利用生態(tài)調(diào)度圖來(lái)指導(dǎo)水庫(kù)調(diào)度，將使得水庫(kù) 生態(tài)調(diào)度更加貼近實(shí)際，更容易得到實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前缺少簡(jiǎn)單易行的同時(shí)考慮人類需求與生態(tài)系統(tǒng)需求的水庫(kù)生態(tài) 調(diào)度方法，提出了將生態(tài)需水納入到常規(guī)水庫(kù)調(diào)度圖中，即基于生態(tài)調(diào)度圖的生態(tài)調(diào)度方 法。本發(fā)明的特征在于首先將生態(tài)需水作為一個(gè)用水部門納入到水庫(kù)的供水規(guī)劃中， 并分別利用歷時(shí)法和實(shí)際代表年法計(jì)算水庫(kù)興利庫(kù)容和關(guān)鍵調(diào)度線，進(jìn)而繪制水庫(kù)生態(tài)調(diào) 度圖。然后制定水庫(kù)水位位于生態(tài)調(diào)度圖中不同區(qū)域時(shí)的調(diào)度方式。該方法和多數(shù)建立在優(yōu)化模型之上的綜合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)與生態(tài)目標(biāo)的水庫(kù) 生態(tài)調(diào)度方法相比，充分考慮了傳統(tǒng)調(diào)度圖在實(shí)際水庫(kù)調(diào)度中發(fā)揮的重要作用，具有理論 意義明確、可操作性強(qiáng)、更容易得到實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。


附圖1為水庫(kù)調(diào)度圖；附圖2為水庫(kù)生態(tài)調(diào)度實(shí)施步驟；附圖3為實(shí)施例中優(yōu)化得到的兼顧人類和生態(tài)需求的水庫(kù)調(diào)度圖。
具體實(shí)施例方式(1)調(diào)整供水規(guī)劃水庫(kù)傳統(tǒng)興利調(diào)度方式主要考慮城生活用水、工業(yè)用水和農(nóng) 業(yè)灌溉用水。在生態(tài)調(diào)度中需要增加生態(tài)需水的考慮，并且設(shè)水庫(kù)調(diào)度為兩級(jí)調(diào)度即生活 用水和生態(tài)用水為高保證率用水部門，需優(yōu)先滿足。工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水為低保證率 用水部門。(2)應(yīng)用實(shí)際代表年法確定關(guān)鍵調(diào)度線，其具體步驟為 選擇近年來(lái)水量接近高保證率用水部門供水保證率的年份3年。 各月入庫(kù)流量減去高保證率用水部門各月用水量，得到各月余缺水量。然后根 據(jù)各月余缺水量計(jì)算各月月末水庫(kù)蓄水量，遇缺水相加，遇余水相減，若結(jié)果小于0，則記為 0。將結(jié)果與水庫(kù)死庫(kù)容相加，得到各月月末水庫(kù)實(shí)際蓄水量。 根據(jù)水庫(kù)特征曲線確定所得到的每月水庫(kù)蓄水量所對(duì)應(yīng)的水位值。 連結(jié)各月水位最高點(diǎn)和各月水位最低點(diǎn)，得到兩條水庫(kù)水位與時(shí)間的關(guān)系線， 即為限制供水線和下調(diào)配線。 各月入庫(kù)流量減去所有用水部門各月用水量，得到各月余缺水量。然后根據(jù)各 月余缺水量計(jì)算各月月末水庫(kù)蓄水量，遇缺水相加，遇余水相減，若結(jié)果小于0，則記為0。 將結(jié)果與水庫(kù)死庫(kù)容相加，得到各月月末水庫(kù)實(shí)際蓄水量。 根據(jù)水庫(kù)特征曲線確定所得到的每月水庫(kù)蓄水量所對(duì)應(yīng)的水位值。 連結(jié)各月水位最高點(diǎn)和各月水位最低點(diǎn)，得到兩條水庫(kù)水位與時(shí)間的關(guān)系線， 即為上調(diào)配線和防棄水線。(3)繪制水庫(kù)生態(tài)調(diào)度圖在得到水庫(kù)正常蓄水位、關(guān)鍵調(diào)度線之后，將其與設(shè)計(jì)123.5124.3
123.1123.9
122.8123.7
123.5124.3
122.8123.7
125.2126.7
124.3126.6
124.4126.7
125.2126.7
124.3126.6
128.5128.0
128.8129.2
129.1129.2
129.1129.2
128.5128.0
129.2129.9
130.2130.7
129.9131.1
130.2131.1
129.2129.9
133.3135.8
133.8136.1
134.3136.6
134.3136.6
133.3135.8
121.8122.2
120.1121.8
120.5121.5
121.8122.2
120.1121.5 (3)制定水庫(kù)生態(tài)調(diào)度規(guī)則根據(jù)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度圖，制定水庫(kù)生態(tài)調(diào)度規(guī)則。
5
洪水位、校核洪水位和死水位一同繪制在水庫(kù)調(diào)度圖中，即得到水庫(kù)生態(tài)調(diào)度圖。(4)制定水庫(kù)生態(tài)調(diào)度規(guī)則根據(jù)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度圖，制定水庫(kù)生態(tài)調(diào)度規(guī)則 死水位以上、限制供水線以下的區(qū)域?yàn)橄拗乒┧畢^(qū)，當(dāng)水庫(kù)蓄水位處于該區(qū)域 時(shí)，不能完全保證生活用水和生態(tài)用水，應(yīng)優(yōu)先供應(yīng)生活用水，減少對(duì)生態(tài)用水的供水量， 使月末水位處于死水位。 限制供水線以上、下調(diào)配線以下的區(qū)域?yàn)榈秃樗畢^(qū)，當(dāng)水庫(kù)蓄水位處于該區(qū)域 時(shí)，生活用水和生態(tài)用水按計(jì)劃供水，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水低于計(jì)劃供水量供應(yīng)。 下調(diào)配線以上、上調(diào)配線以下的區(qū)域?yàn)楸ＷC供水區(qū)，當(dāng)水庫(kù)蓄水位處于該區(qū)域 時(shí)，各用水部門都按照計(jì)劃供水。 上調(diào)配線以上、防棄水線以下的區(qū)域?yàn)榧哟蠊┧畢^(qū)，當(dāng)水庫(kù)蓄水位處于該區(qū)域 時(shí)，各用水部門都按照計(jì)劃供水，并加大生態(tài)供水量。 防棄水線以上的區(qū)域?yàn)閿U(kuò)大供水區(qū)，當(dāng)水庫(kù)蓄水位處于該區(qū)域時(shí)，各用水部門 都按照計(jì)劃供水，除加大向生態(tài)供水量外，可適當(dāng)擴(kuò)大其他供水部門供水量，如加大農(nóng)業(yè)灌 溉供水量，擴(kuò)大灌溉面積等，使得月末水庫(kù)水位處于上調(diào)配線位置。實(shí)施例本案例選擇北方某水庫(kù)作為實(shí)例分析。應(yīng)用本發(fā)明實(shí)行生態(tài)調(diào)度的步驟為(1)調(diào)整供水規(guī)劃某水庫(kù)傳統(tǒng)興利調(diào)度方式，主要考慮城生活用水、工業(yè)用水和 農(nóng)業(yè)灌溉用水。因此，在引入下游湖泊生態(tài)需水后，該水庫(kù)興利調(diào)度用水部門共有4個(gè)分 別是城區(qū)生活用水、湖泊生態(tài)需水、電廠工業(yè)用水和灌渠農(nóng)業(yè)灌溉用水。調(diào)整后的水庫(kù)調(diào) 度為兩級(jí)調(diào)度城區(qū)生活用水和下游湖泊生態(tài)需水為優(yōu)先供水部門，設(shè)定其供水保證率為 95% ；在滿足優(yōu)先供水部門用水的基礎(chǔ)上，供應(yīng)電廠工業(yè)用水和灌渠農(nóng)業(yè)灌溉用水，其供水 保證率為50%。(2)根據(jù)實(shí)際代表年法計(jì)算該水庫(kù)關(guān)鍵調(diào)度曲線。表1限制供水線和下調(diào)配線調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果
頻率各月末蓄水水位(mO1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月94%122.9123.6124.4122.3120.7120.2121.6122.6124.5125.4121.6121.896%122.5123.1123.5122.2121.2121.7123.1123.8125.2125.9120.1121.398%122.2123.0123.5122.4121.9121.7122.8124.4126.1126.8120.3121.0下調(diào)配線122.9123.6124.4122.4121.9121.7123.1124.4126.1126.8121.6121.8限制供水線122.2123.0123.5122.2120.7120.2121.6122.6124.5125.4120.1121.0表2上調(diào)配線和防棄水線調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果
_各月末蓄水水位(tn)_
Τ ~2l~3 月 4 月~Te““6 月 7 月~siVn~ ο ΓΠ
線線 y°/°/^^
94恥卯棄調(diào) 防上
在得到水庫(kù)正常蓄水位、關(guān)鍵調(diào)度線之后，將其與設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位和死水 位一同繪制在水庫(kù)調(diào)度圖中，即得到水庫(kù)生態(tài)調(diào)度圖。根據(jù)生態(tài)調(diào)度圖和生態(tài)調(diào)度規(guī)則，計(jì) 算不同水平年入流量條件下某水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方案。假設(shè)調(diào)度區(qū)間的開(kāi)始階段，水庫(kù)處于死水位狀態(tài)，然后根據(jù)入流過(guò)程，按照時(shí)間順 序計(jì)算各月月初、月末的蓄水量和對(duì)應(yīng)的水庫(kù)水位，然后根據(jù)水庫(kù)水位在調(diào)度圖中的位置， 確定該月調(diào)度規(guī)則(各部門供水量)，結(jié)合供水線路中的主要閘壩調(diào)度，即可得到基于生態(tài) 調(diào)度圖的調(diào)度方案。 平水年(50%保證率)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方案市區(qū)生活用水能夠足額供應(yīng)，農(nóng)業(yè)灌溉用水超額供應(yīng)，電廠工業(yè)用水將出現(xiàn)8. 3% 的短缺；下游湖泊平均水位為6. 87m，低于干淀水位6. 5m以下的有2個(gè)月。 豐水年(25%保證率)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方案豐水年，市區(qū)生活用水和電廠工業(yè)用水能夠足額供應(yīng)，農(nóng)業(yè)灌溉用水超額供應(yīng)。下 游湖泊平均水位為8. 42m，所有月份水位均高于6. 5m的干淀水位。 枯水年(75%保證率)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方案城區(qū)生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水和電廠工業(yè)的供應(yīng)都不能按照計(jì)劃供應(yīng)，社會(huì)經(jīng)濟(jì) 供水短缺率為32%，下游湖泊年平均水位為6. 5m，低于干淀水位的有3個(gè)月。
權(quán)利要求
基于生態(tài)調(diào)度圖的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度，其特征在于調(diào)整供水規(guī)劃，將生態(tài)需水作為水庫(kù)興利調(diào)度的一個(gè)用水部門加入水庫(kù)調(diào)度計(jì)算，對(duì)水庫(kù)關(guān)鍵調(diào)度線和調(diào)度規(guī)則加以調(diào)整，重新繪制水庫(kù)生態(tài)調(diào)度圖以指導(dǎo)水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度，從而達(dá)到設(shè)定的生態(tài)目標(biāo)。
全文摘要
一種基于生態(tài)調(diào)度圖的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方法。首先將生態(tài)需水作為一個(gè)供水部門加入到水庫(kù)的供水規(guī)劃中，并分別利用歷時(shí)法和實(shí)際代表年法計(jì)算水庫(kù)興利庫(kù)容和關(guān)鍵調(diào)度線，進(jìn)而繪制水庫(kù)生態(tài)調(diào)度圖。然后根據(jù)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度圖制定水庫(kù)水位位于死水位以上，限制洪水位以下；限制洪水位以上、下調(diào)配線以下；下調(diào)配線以上、上調(diào)配線以下以及上調(diào)配線以上，防洪水線以下等不同區(qū)域時(shí)的調(diào)度方式。本發(fā)明將生態(tài)需水納入到傳統(tǒng)的水庫(kù)調(diào)度圖中，應(yīng)用生態(tài)調(diào)度圖指導(dǎo)調(diào)度方式。使得水庫(kù)生態(tài)調(diào)度更加貼近實(shí)際，更容易得到應(yīng)用。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK101908181SQ20101027149
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者于世偉, 楊志峰, 楊盈, 陳賀 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)