流域梯級及全流域巨型水庫群洪水資源化聯(lián)合優(yōu)化調度研究.pdf

1、洪水資源安全利用是緩解水資源短缺和防洪減災的有效措施和方法。我國淡水資源極為匱乏，人均水資源量僅2200m3，是全球人均淡水資源最貧乏的13個國家之一。同時我國也是干旱、洪澇并發(fā)頻繁、旱澇災害嚴重的國家，水資源時空分布極不均衡，隨著社會主義建設逐步加快，經濟、文化的快速發(fā)展，我國水資源短缺形勢更為嚴峻。為有效緩解國家水資源短缺，同時保障流域防洪體系安全，亟需研究并發(fā)展流域洪水資源安全利用的理論與方法。流域水庫群擔負著流域防洪、供水、航運

2、等重要任務，其洪水資源化聯(lián)合調度在防洪減災和緩解供需水矛盾等方面發(fā)揮重要作用，是實現(xiàn)洪水資源安全利用及水資源可持續(xù)利用的重要舉措。本文圍繞全流域大規(guī)模控制性水庫群洪水資源化聯(lián)合優(yōu)化調度存在的關鍵科學問題和技術瓶頸，在引入系統(tǒng)科學、水文學、水資源學等理論的基礎上，以流域水資源充分利用和防洪體系安全為目標，對三峽及其上游控制性水庫群洪水資源化聯(lián)合優(yōu)化調度建模理論和求解方法開展了深入的研究，在理論創(chuàng)新和工程實踐方面取得了一些可供流域管理機構參

3、考和借鑒的研究成果。相關研究成果集成于“金沙江梯級水調管控平臺”、“三峽及以上水庫群蓄水調度原型系統(tǒng)”和“長江中上游水資源優(yōu)化配置原型系統(tǒng)”等系統(tǒng)中，并通過進行實地部署在長江三峽及金沙江成都調控中心獲得了工程應用。研究工作取得的主要創(chuàng)新性成果如下：
　?。?）針對流域水庫群聯(lián)合優(yōu)化調度時空高緯度、多調度目標競爭以及水位、流量多重變量耦合等特性，研究工作引入文化進化框架，提出了適應于復雜非線性約束條件下多目標優(yōu)化問題的文化自適應仿電

4、磁學算法（MOCSEM）。該算法通過模擬電磁學原理實現(xiàn)文化進化框架中的種群空間進化，并根據(jù)流域水庫群聯(lián)合優(yōu)化調度的特點構建了文化框架中信仰空間，采用經驗知識信息共享機制指導種群空間進化過程，從而保證種群空間的多樣性和分布性。文化自適應仿電磁學算法的性能測試結果表明，該算法具有優(yōu)異的多目標并行優(yōu)化性能，能有效處理復雜非線性約束條件下多目標優(yōu)化問題。
　　（2）為滿足流域水庫群聯(lián)合優(yōu)化調度對徑流預報的精度需求，研究工作綜合考慮流域水文

5、系統(tǒng)不同產匯流特性，以提高流域徑流預報精度為目標，提出了反映流域不同徑流特征的概念性水文模型多目標參數(shù)優(yōu)化率定方法，并基于參數(shù)率定的優(yōu)化結果，建立了一種簡便的自識別參數(shù)組合預報模式。以某典型濕潤地區(qū)為研究對象，進行新安江水文模型多目標參數(shù)優(yōu)化率定和基于其率定結果的參數(shù)組合預報，實例仿真和對比分析結果表明，應用本文提出的自識別參數(shù)組合預報方法可為水文預報作業(yè)提供更為精確的流域徑流預報成果。
　?。?）考慮流域水庫群防洪調度對流域中下

6、游水庫、提防工程、分蓄洪區(qū)等水利工程設施防洪安全的影響，建立了均衡考慮流域不同防護區(qū)及梯級水庫群自身防洪安全的流域控制性水庫群多目標聯(lián)合防洪優(yōu)化調度模型。研究工作以金沙江下游梯級和三峽水庫為實例，采用本文提出的高效算法 MOCSEM對流域控制性水庫群多目標聯(lián)合防洪優(yōu)化調度模型進行工程實踐檢驗，實例仿真結果和對比分析結果表明，該模型在保證三峽壩前水位不變的前提下，進一步減少水庫最大下泄流量，增強水庫群的防洪能力，為制定合理的長江中上游防洪

7、調度方案提供了數(shù)據(jù)支撐。
　?。?）針對流域干支流梯級水庫群汛末競爭性蓄水這一工程問題，研究工作從流域整體優(yōu)化的角度出發(fā)，在保證防洪安全的基礎上，提出了一種全流域水庫群分級分期聯(lián)合蓄水策略來判定流域梯級各水庫的蓄水時機及次序，制定了各水庫汛限水位優(yōu)化設計方案，以水庫群汛末蓄滿度最大為目標，建立了基于蓄水調度圖的全流域水庫群聯(lián)合蓄水優(yōu)化調度模型，并以雅礱江錦屏一級、大渡河瀑布溝、嘉陵江亭子口、烏江構皮灘、岷江紫平鋪、金沙江四庫梯級以

8、及三峽等12個全流域骨干性水庫群為研究對象，運用文化自適應仿電磁學算法進行求解。研究結果表明，水庫群聯(lián)合蓄水優(yōu)化調度方案在不增加流域防洪風險的同時，可有效提高水庫群蓄滿度，減少棄水量，為研究和制定長江流域大型水庫群統(tǒng)一蓄水方案提供一種新的思路和方法。
　?。?）在以上研究工作基礎上，圍繞全流域大規(guī)模水庫群水資源配置的工程需求，以雅礱江流域、岷江流域、大渡河流域、嘉陵江流域、烏江流域、金沙江流域和長江三峽河段等長江中上游流域為研究對

9、象，依據(jù)長江中上游流域主要控制斷面的水資源設計指標，考慮兼顧流域水庫群汛期防洪以及三峽水庫汛末蓄水任務，建立了以流域供水缺額最小為目標的長江中上游流域巨型水庫群水量優(yōu)化調度模型，提出了面向水資源配置的流域干支流梯級水庫群聯(lián)合調度策略。選取現(xiàn)狀2010和未來2020兩水平年，進行長系列歷史資料下的流域水資源配置模擬。模擬結果表明，通過水庫群聯(lián)合優(yōu)化調度方案可降低流域總供水缺額，提高三峽水庫蓄滿率，為實現(xiàn)全流域水資源優(yōu)化配置提供理論依據(jù)和技