[发明专利]一种面向河流生态流量维持的水库优化调度方法

摘要

一种面向河流生态流量维持的水库优化调度方法，根据流量大小将水库的入流流量分为四个区间，运用上调度曲线、下调度曲线和死库容曲线将水库的库容分为四个区间，并制定出入流在不同流量区间、水位位于不同库容区间的不同的供水和下泄规则。当流量位于包含了平滩流量的区间时，对该入流量在满足供水需求后全部用于满足河流生态流量；当入流位于最小流量区间时，水库减小下泄，维持河流枯水生态脉冲；当水位位于上调度曲线以上的区间时，水库加大下泄，以保证防洪功能；其次，采用变化范围法量化调度的目标值，以满足规划的供水保证率为约束，运用遗传算法，对调度规则中的参数进行同时优化，得出满足规划保证率下的最优的调度参数。

主权项

一种面向河流生态流量维持的水库优化调度方法，其确定步骤如下：(1)水库入流流量区间分割及参数范围确定运用多年日径流数据，统计出历史最高洪峰流量(F1)；通过水文学或水力学方法确定出河流的平滩流量(F2)；计算出多年日径流量的第75百分位数(F3)；计算出多年日径流量的第5百分位数(F4)；统计出历史最小日流量(F5)；采用三个数值M1、M2和M3，将水库日入流(F)分为四个区间：F≥M1(区间1)；M2≤F＜M1(区间2)；M3≤F＜M2(区间3)；F＜M3(区间4)；M1，M2和M3的范围分别为：F2+Q＜M1＜F1；F3＜M2＜F2+Q；F5＜M3＜F4，其中Q为水库各个月内规划的供水量的最大值；(2)水库空间分区及参数范围确定运用两条水库调度曲线(上调度曲线和下调度曲线)和死库容曲线将水库分为四个区；调度曲线用六个参数来表示，其中两个参数用来表示曲线的上、下水位高度(X1和X2)，另外四个参数用来表示曲线转折的时间(T1，T2，T3和T4)；水位高度参数Xi(i＝1，2)和时间参数Tj(j＝1，2，...，4)的范围分别为MAXlevel＞X1＞X2＞MINlevel和1≤T1＜T2＜T3＜T4≤36；式中，MAXlevel和MINlevel分别为水库最高和最低允许水位；(3)通过水文学、水力学、生态模拟等方法确定河流的最小生态需水量；(4)水库调度规则构建将入流流量分区和水库空间分区相结合，同时融合河流最小生态需水，制定以下利于满足河流的洪水、枯水等各个生态流量要素需求并同时兼顾人类需求的水库调度规则：1)当水库的上一日入流流量位于区间1，即F≥M1时，水库调度的主要目标是向水库蓄水和向人类供水，具体的调度规则为：●当水库水位高于上调度线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度线水位，并向用水户提供规划的水量；●当水库水位位于上调度线和死库容线之间时，水库正常供水；此时水库下泄流量等于该入流区间的下限值M1减去从水库中的取水量；●当水库水位低于死库容线时，水库不供水也不下泄；2)当水库的上一日入流流量位于区间2，即M2≤F＜M1时，水库调度的主要目标是满足河流洪水生态脉冲的需求和向人类供水，具体的调度规则为：●当水库水位高于上调度线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度线水位，并向用水户提供规划的水量；●当水库水位位于上调度线和死库容线之间时，水库正常供水，并把正常供水后剩余的当日入流量全部下泄，用于满足河流洪水生态脉冲的需求；●当水库水位低于死库容线时，水库不供水也不下泄；3)当水库的上一日入流流量位于区间3，即M3≤F＜M2时，水库调度的主要目标是蓄水和向人类供水，具体的调度规则为：●当水库水位高于上调度线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度线水位，并向用水户提供规划的水量；此时如果水库的实际下泄流量不能满足最小生态需水，需要加大下泄以满足最小生态需水； ●当水库水位位于上调度线和下调度线之间时，水库正常供水；同样，此时水库下泄只需满足最小生态需水；●当水库水位位于下调度线和死库容线之间时，水库供水减小α％；同样，水库下泄需保证最小生态需水；●当水库水位低于死库容线时，水库不供水也不下泄；4)当水库的上一日入流流量位于区间4，即F＜M3时，水库调度的主要目标是满足枯水生态脉冲需求和向人类供水，具体的调度规则为：●当水库水位高于上调度线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度线水位，并向用水户提供规划的水量；●当水库水位位于上调度线和下调度线之间时，水库正常供水，且水库下泄流量等于当日入流量与规划的下游取水量之和；●当水库水位位于下调度线和死库容线之间时，水库供水减小α％；同样，将当日入流量与规划的下游取水量的(1-α)％之和作为下泄流量；●当水库水位低于死库容线时，水库不供水也不下泄；其中α为参数，并且0＜α＜100；(5)水库调度目标量化采用变化范围法(Range of Variability Approach，RVA)量化河流水文情势的扰动(D)；将满足规划的供水保证率作为调度的主要约束；水库调度的目标量化为：在满足规划的供水保证率的前提下，使水文情势扰动(D)最小化；(6)水库调度参数优化采用遗传算法，以使水文情势扰动(D)最小化为目标，对水库的调度曲线参数Xi(i＝1，2)和Tj(j＝1，2，...，4)以及入流流量区间分割参数Mk(k＝1，2，3)同时进行优化，按照步骤4中构建的调度规则，对不同优化参数下的水库运行情况进行模拟，得出不同参数下的实际供水保证率D和实际水文情势扰动，进而得出实际供水保证率不小于规划供水保证率且能使D值最小的调度参数值，即为满足规划供水保证率的最优的水库调度方法。