水库洪水资源化调度关键技术研究

充分利用洪水资源是实现由控制洪水向洪水管理转变的重要途径与方法。进行水库洪水资源化调度,是洪水资源化的重要组成部分,具有重大的理论与实践意义。论文围绕水库洪水资源化调度问题从三方面进行探讨研究:①就水库运行管理中最为关键、敏感的汛限水位设计运用问题,探讨分期汛限水位、汛限水位动态控制的理论与方法;②就水库汛末蓄水问题,探讨开始蓄水时间选定和相应的蓄水方式;③就水库防洪调度中闸门约束、气候变化和人类活动影响等带来的不确定性问题,探讨洪水资源化调度中的风险分析方法。论文以三峡、隔河岩水库为背景进行了实例研究,主要工作和创新点如下: (1)回顾了国内外水库调度研究中,在汛期分期、分期汛限水位、汛限水位动态控制、优化模型、模拟模型、遗传算法以及神经网络应用等方面的研究现状与进展。 (2)应用变点分析理论,提出了基于日最大值取样的均值变点分期模型、基于超定量取样的概率变点分期模型以及基于年最大值取样的概率变点分期模型,通过统计试验,验证了各模型的可行性,经比较分析得出了基于超定量取样的概率变点分期模型在水库汛期分期计算中具有较好的无偏性和有效性。三峡水库和隔河岩水库汛期分期应用计算结果表明,该法可得到合理、准确的分期,在一定程度上克服分期的主观性。 (3)探讨了不同时间长度风险的变换与估计方法;根据年防洪标准和分期防洪标准之间的关系,指出了分期汛限水位设计中存在的最优化问题。基于分期设计洪水调洪演算结果,以各分期风险之和不高于年防洪风险构造约束条件,而目标函数为兴利效益最大化,提出了基于调洪演算的分期汛限水位优化设计模型。计算结果表明,模型通过在主汛期适当降低汛限水位获取较大的防洪效益,换取在其他分期较大幅度的抬高汛限水位以大增幅增加兴利效益,可在不降低水库年防洪标准的前提下,实现洪水资源利用的最大化。 (4)以不降低水库防洪标准为前提,挖掘最大的兴利效益为目标,基于模拟实测资料,提出了另一种优化设计分期汛限水位的模型。该模型根据不同时间长度的防洪风险的变换原理,从模拟实测流量资料入手,以时段防洪风险不高于原设计的风险建立约束条件,理论上可满足防洪标准不降低的要求。采用改进的多目标遗传算法寻优计算,一次交互即可获得优化问题的非劣解集,并以三峡水库为背景,以防洪、发电和航运等为目标,进行了分期汛限水位与汛末蓄水时间选定优化设计研究,可结合偏好,灵活的得到合理可行的决策方案。 (5)提出了基于防洪风险调度模型的汛限水位动态控制方法。该防洪风险调度模