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一種基于庫容替代作用的水庫群汛期起調(diào)水位控制域上限的推求方法

文檔序號:39729468發(fā)布日期:2024-10-22 13:34閱讀:22來源:國知局
一種基于庫容替代作用的水庫群汛期起調(diào)水位控制域上限的推求方法

本發(fā)明屬于水庫調(diào)度,涉及一種基于庫容替代作用的水庫群汛期起調(diào)水位控制域上限的推求方法。


背景技術(shù):

1、為保障流域防洪安全,同時兼顧發(fā)電、航運、供水、生態(tài)環(huán)境保護等水資源綜合利用目標,各流域興修大量水利工程,形成梯級水庫群系統(tǒng)。梯級水庫群系統(tǒng)在防洪規(guī)劃設(shè)計時,每座水庫均以汛限水位為起調(diào)水位,保證工程遭遇各典型設(shè)計洪水的防洪安全,確定各水庫的防洪特征水位及相應(yīng)庫容。而在實際運行中各水庫運行水位可能低于汛限水位,面臨洪水典型可能不是最不利典型,從而存在額外防洪庫容,有洪水資源利用潛力。梯級水庫共同承擔下游防洪任務(wù),當上游水庫存在額外防洪庫容時,可替代下游水庫承擔防洪任務(wù),從而下游水庫需要的防洪庫容減小,進而可利用一部分防洪庫容興利蓄水;反之下游水庫也可替代上游水庫承擔防洪任務(wù),上游水庫可利用一部分防洪庫容興利蓄水,提高系統(tǒng)的興利效益。利用這部分額外庫容的關(guān)鍵在于解析庫容替代關(guān)系,即上游水庫存在1個億額外防洪庫容時,下游水庫可減少的防洪庫容量。

2、已有研究大多是通過水力聯(lián)系或約束將替代作用隱式考慮至優(yōu)化模型中(ding,w,?et?al.flood?risk?quantification,?transmission,?and?propagation?analysisfor?flood?water?utilization?of?parallel?reservoirs,?j?hydrol,?2023,?618,129202.)。如jia?et?al.(2013)和zhou?et?al.(2018)過水力聯(lián)系建立上下游水庫預(yù)見期內(nèi)水位上升空間的替代關(guān)系,為優(yōu)化模型提供邊界條件(jia,?b,?et?al.?decomposition–coordination?model?of?reservoir?group?and?flood?storage?basin?for?real-timeflood?control?operation,?hydrol?res,?2015,?46(1),?11-25.zhou,?y,?et?al.methodology?that?improves?water?utilization?and?hydropower?generation?withoutincreasing?flood?risk?in?mega?cascade?reservoirs,?energy,?2018,?143,?785-796.)。少量研究量化了防洪庫容的替代關(guān)系,tan?et?al.(2017)首次定量解析了具有共同防洪任務(wù)的梯級水庫群,在保證系統(tǒng)防洪標準不變時,上下游水庫防洪庫容的替代關(guān)系(tan,?q,?et?al.?the?dynamic?control?bound?of?flood-limited?water?levelconsidering?capacity?compensation?regulation?and?flood?spatial?patternuncertainty,?water?resour?manag,?2017,31(1),?143-158.)。xiong?et?al.?(2023)和xie?et?al.?(2024)進一步解析了洪水類型對防洪庫容替代關(guān)系的影響(xiong,?f,?etal.?equivalent?relationship?between?flood?prevention?storage?of?cascadereservoirs?in?the?downstream?jinsha?river?and?three?gorges?reservoir,?j?waterres?plan?man,?2023,?149(8),?5023005.xie,?y,?et?al.?optimal?allocation?offlood?prevention?storage?and?dynamic?operation?of?water?levels?to?increasecascade?reservoir?hydropower?generation,?renew?energ,?2024,?228,?120676.)。但以上研究都是集中在防洪調(diào)度中,對于額外防洪庫容的替代關(guān)系還沒有研究?,F(xiàn)有專利如“基于預(yù)泄規(guī)則下的汛期分期動態(tài)汛限水位確定方法”通過精細劃分汛期并結(jié)合洪水過程線來確定汛限水位,雖然提高了防洪需求的響應(yīng)能力,但其局限在于未能充分考慮額外防洪庫容出現(xiàn)時的優(yōu)化調(diào)度問題,以及多座水庫間的水位替代關(guān)系。“水庫動態(tài)汛限水位制定方法”通過聚類分析和引入整數(shù)變量進行預(yù)泄優(yōu)化,增強了防洪調(diào)度規(guī)則的靈活性,但該方法主要集中在單個水庫的動態(tài)控制,對多水庫聯(lián)合調(diào)度和防洪庫容替代關(guān)系的研究仍顯不足。本專利構(gòu)建了額外防洪庫容替代關(guān)系求解模型,推求了梯級水庫群中上(下)游水庫存在額外防洪庫容時,下(上)游水庫的汛期起調(diào)水位控制域上限。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本發(fā)明提供了一種基于庫容替代作用的水庫群汛期起調(diào)水位控制域上限的推求方法。該方法針對梯級水庫群中某個水庫起調(diào)水位低于汛限水位的情況,額外防洪庫容的利用方式,綜合考慮水庫的水力聯(lián)系以及調(diào)蓄影響,實現(xiàn)復(fù)雜庫群中防洪庫容替代作用,可以量化不同額外防洪庫容情況下的被替代水庫水位的運行上限。并以金沙江下游三峽梯級水庫群為例,驗證了本發(fā)明的合理性。

2、為達到上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:

3、一種基于庫容替代作用的水庫運行水位上限推求方法,在庫容替代關(guān)系求解過程中,需遵循防洪標準不降低原則,為充分利用額外防洪庫容,保證庫容替代后各水庫的調(diào)洪高水位保持與汛限水位起調(diào)時一致。水庫群系統(tǒng)如附圖1所示,上游水庫進行庫容替代后會依次改變自身泄流過程、中間水庫的入流、泄流過程以及下游水庫的入流和泄流過程。為保證水庫庫容替代后的調(diào)洪高水位與汛限水位起調(diào)時一致,需要對上游水庫群的泄流進行,同樣要對下游水庫的上浮值進行循環(huán)試算,以保證充分利用額外防洪庫容,模型求解流程圖如附圖2所示,所述水庫運行水位上限推求方法包括以下步驟:

4、步驟1:以汛限水位起調(diào),利用設(shè)計的聯(lián)合調(diào)度規(guī)則對各水庫進行調(diào)節(jié)計算;

5、1.1)設(shè)置各水庫起調(diào)水位為汛限水位,以設(shè)計洪水過程為輸入,按設(shè)計的聯(lián)合調(diào)度規(guī)則模擬各水庫的出流過程以及水位過程。

6、所述的設(shè)計的聯(lián)合調(diào)度規(guī)則為根據(jù)特定環(huán)境通過已知方式確定,通常根據(jù)現(xiàn)行水庫運用與電站運行調(diào)度規(guī)程確定。

7、1.2)基于1.1)調(diào)節(jié)的水位過程,確定各水庫的調(diào)洪高水位zmax,0,作為后面庫容替代的標準。

8、1.3)確定各水庫的水位漲水過程,并計算該方案下各水庫及系統(tǒng)總發(fā)電量。

9、步驟2:計算替代水庫的利用額外防洪庫容的泄流;

10、2.1)設(shè)置替代水庫低于汛限水位的起調(diào)水位為zup1,c,用公式(1)計算額外防洪庫容值,

11、(1)

12、式中,為額外防洪庫容,為汛限水位,為起調(diào)水位,為水位庫容函數(shù)。

13、2.2)確定替代水庫利用額外防洪庫容攔洪的泄流過程。為了在保證防洪標準不降低的同時,上游水庫最大限度多攔蓄洪水,將額外防洪庫容均勻分配在該水庫水位的上升時期,有效減輕下游水庫的防洪壓力,最大限度地發(fā)揮替代效應(yīng)。替代水庫利用額外防洪庫容攔洪后的泄流計算公式如式(2)所示。

14、(2)

15、式中,為上游替代水庫考慮庫容替代的泄流量;為步驟1確定的上游替代水庫在汛限水位起調(diào)時的泄流;?為2.1)計算的上游替代水庫的額外防洪庫容值;為上游替代水庫洪水調(diào)度期上升時期的時段長。

16、2.3)將替代水庫利用額外防洪庫容削減后的泄流代入該水庫的洪水調(diào)節(jié)模擬模型,得到調(diào)洪高水位,并計算該水位與步驟一中以汛限水位起調(diào)的調(diào)洪高水位zmax,0之間對應(yīng)的防洪庫容差值。若大于計算精度偏差,則將疊加原額外防洪庫容作為新的額外防洪庫容值,重復(fù)2.2)直至滿足偏差要求;所述的精度偏差設(shè)置為0.01億m3。所述的洪水調(diào)節(jié)模擬模型根據(jù)1.1節(jié)的聯(lián)合調(diào)度規(guī)則建立。

17、步驟3:模擬替代水庫與被替代水庫之間水庫的調(diào)節(jié)作用;

18、3.1)當替代水庫和被替代水庫之間存在其他水庫時,上游水庫的泄流還將經(jīng)過中間水庫的調(diào)節(jié)。替代水庫泄流減少后,中間水庫的入流將減少,根據(jù)設(shè)計規(guī)則進行模擬計算,得到出流過程及調(diào)洪高水位,該水位將會低于該水庫以汛限水位起調(diào)的調(diào)洪高水位(該水位由1.2)計算得到),并計算其對應(yīng)的防洪庫容差值。

19、3.2)將均勻分配至中間水庫的水位上升期,計算調(diào)整后的泄流,如式(3)所示。

20、(3)

21、式中,為調(diào)整后的泄流,為步驟3.1模擬出流過程的具體泄流值,tup2為中間水庫洪水調(diào)度期水位上升時段長。

22、3.3)將考慮中間水庫調(diào)節(jié)后的泄流代入該水庫的洪水調(diào)節(jié)模擬模型,得到調(diào)洪高水位,并計算該水位與步驟1中以汛限水位起調(diào)的調(diào)洪高水位zmax,0之間對應(yīng)的防洪庫容差值。若大于計算精度偏差,則將疊加原額外防洪庫容作為新的額外防洪庫容值,重復(fù)3.2)直至滿足偏差要求。所述的精度偏差設(shè)置為0.01億m3。

23、步驟4:計算被替代水庫的汛期起調(diào)水位上限;

24、4.1)設(shè)置下游被替代水庫的替代庫容的初始值為零,即=0。

25、4.2)依據(jù)3.3)確定的中間水庫的泄流確定下游被替代水庫的入流,以替代庫容疊加汛限水位后對應(yīng)的水位作為起調(diào)水位,根據(jù)設(shè)計規(guī)則(此處指1.1)設(shè)計的聯(lián)合調(diào)度規(guī)則)進行模擬計算,得到下游被替代水庫的出流過程及調(diào)洪高水位。計算調(diào)洪高水位與汛限水位作為起調(diào)水位時的調(diào)洪高水位(該水位由1.2)計算得到)之間的防洪庫容差值。

26、4.3)若大于計算精度偏差,將疊加替代庫容作為新的替代庫容值,重復(fù)4.2)直至滿足偏差要求;所述的精度偏差設(shè)置為0.01億m3。

27、步驟5:評估防洪庫容替代效果;

28、5.1)計算替代防洪庫容(運行水位上浮庫容);

29、(4)

30、式中,定義為被替代水庫的替代防洪庫容,為被替代水庫經(jīng)上游水庫替代后起調(diào)水位可上浮的最高水位對應(yīng)的庫容,為汛限水位對應(yīng)庫容。

31、5.2)計算替代比例;

32、(5)

33、式中,為被替代水庫被替代水庫的替代庫容,為替代水庫的額外防洪庫容。k為上游替代水庫對被替代水庫的替代比例,值越大表示替代效果越高,具體意義為上游水庫有1億額外防洪庫容時,可替代下游水庫k億額外防洪庫容,也即下游水庫運行水位可上浮k億。

34、5.3)計算增發(fā)電量;

35、(6)

36、式中,定義為系統(tǒng)增發(fā)電量,為系統(tǒng)有額外防洪庫容時進行替代調(diào)度下的總體發(fā)電量,為系統(tǒng)有相同額外防洪庫容時,不進行替代情況下的發(fā)電量。

37、本發(fā)明的有益效果為:

38、本發(fā)明通過建立庫容替代模型,引入額外防洪庫容的調(diào)度規(guī)則,解析梯級水庫群中上下游水庫的防洪庫容替代作用,針對上游水庫存在額外防洪庫容時,推求下游水庫的起調(diào)水位上限。通過綜合考慮水庫的水力聯(lián)系與調(diào)蓄效應(yīng),確保在防洪標準不降低的前提下,充分利用額外防洪庫容,減少下游水庫的防洪壓力,并提高興利蓄水能力。本發(fā)明提供的基于庫容替代作用的水庫群汛期起調(diào)水位控制域上限的推求方法,提高了梯級水庫群的防洪效率和資源綜合利用效益,尤其是在發(fā)電、供水方面具有顯著優(yōu)勢。

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