長江上游大規(guī)模水庫群綜合運用聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度研究.pdf

1、長江上游金沙江、雅礱江、大渡河、嘉陵江、烏江等干支流雨水充足，水能豐富，是我國的戰(zhàn)略水源地和大型水電基地。為合理開發(fā)利用流域水資源，長江上游干支流興建和規(guī)劃了一大批控制性水庫，以確保中下游地區(qū)防洪安全，滿足發(fā)電、供水、航運、生態(tài)等用水需求。隨著這些控制性水庫的建成投運，長江上游干支流水庫群聯(lián)合運行將成為必然選擇。然而，長江上游水庫群聯(lián)合調(diào)度具有系統(tǒng)規(guī)模龐大、調(diào)度目標多樣、約束條件復雜、水庫調(diào)節(jié)性能各異等特點，是一類典型的高維、非線性、強

2、耦合、多目標優(yōu)化問題，難以通過傳統(tǒng)的水庫調(diào)度理論與方法加以解決。為此，本文圍繞長江上游大規(guī)模水庫群綜合運用聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度面臨的若干關(guān)鍵科學問題，以流域水資源高效利用為目標，結(jié)合水庫調(diào)度、水資源配置、系統(tǒng)分析和優(yōu)化決策理論及方法，對綜合運用需求下長江上游大規(guī)模水庫群聯(lián)合調(diào)度建模、求解和應用開展了深入研究，取得了一些理論研究和工程應用方面的重要成果，并在長江上游金沙江調(diào)控中心和華中電網(wǎng)調(diào)度中獲得應用。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對三峽

3、梯級汛期面臨的防洪、發(fā)電、航運等調(diào)度需求，研究工作從綜合效益最大化的角度，考慮梯級水庫現(xiàn)有中小洪水運用研究成果，提出了基于運行水位-入庫流量-下泄流量邊界的防洪規(guī)則，推求了下泄流量-通航保證率間的映射關(guān)系，建立了基于多目標優(yōu)化調(diào)度的汛期綜合運用模型，進而制定了6種不同的汛期綜合運用方案，并結(jié)合梯級水庫設(shè)計方案和2009年優(yōu)化調(diào)度方案，進行了實測徑流、典型洪水和設(shè)計洪水下梯級水庫汛期調(diào)度方案的模擬驗證。結(jié)果表明，與已有調(diào)度方案相比，基于下

4、游防洪>航運>發(fā)電目標次序的汛期綜合運用方案，能夠在不增加防洪風險的情況下，有效提高梯級水庫汛期的通航保證率和總發(fā)電量。⑵圍繞流域大規(guī)模水庫群聯(lián)合發(fā)電調(diào)度和模型求解問題，綜合考慮各水庫自身運行約束以及水庫群間復雜水力、電力聯(lián)系，建立了大規(guī)?；炻?lián)水庫群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度模型，并基于大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)和離散微分動態(tài)規(guī)劃方法，利用隨機策略生成水庫調(diào)度初始解，提出相對水頭系數(shù)確定子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)因子，采用自適應廊道和偏廊道技術(shù)加快收斂速度，獲得改進的LS

5、SDC-DDDP混合優(yōu)化方法，進行大規(guī)模水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型的高效求解。長江上游控制性水庫群聯(lián)合調(diào)度結(jié)果表明，改進的混合優(yōu)化方法具有很好的收斂速度和優(yōu)化效果；同時，水庫群聯(lián)合調(diào)度能夠充分發(fā)揮流域庫容補償和水文補償作用，從而有效提高梯級總發(fā)電量。⑶為實現(xiàn)長江上游干支流地區(qū)的水資源優(yōu)化配置，研究工作考慮流域內(nèi)已建和規(guī)劃的控制性水庫，合理利用水庫群的興利庫容進行徑流和供水調(diào)節(jié)，并結(jié)合流域內(nèi)各種用水需求和水庫綜合運用需求，以流域供水缺額最小和

6、水庫群發(fā)電量最大為目標，建立了面向水資源優(yōu)化配置的水庫群聯(lián)合調(diào)度模型。根據(jù)長江上游用水需求變化和水庫群建設(shè)情況，分別從2015水平年和2025水平年的角度，進行了不同方案下長江上游水資源配置模擬。結(jié)果表明，流域大規(guī)模水庫群聯(lián)合調(diào)度能夠在提高發(fā)電和生態(tài)效益的同時有效降低流域總供水缺額；此外，長江上游嘉陵江和岷沱江流域水資源供需矛盾突出，可以考慮節(jié)約用水和修建水利工程的措施加以解決。⑷為探究長江上游干支流水庫群聯(lián)合發(fā)電調(diào)度補償效益及補償規(guī)律

7、，研究工作以雅礱江、金沙江、大渡河、烏江和長江干流大型水庫為對象，考慮水庫所屬子流域及其調(diào)度業(yè)主，分別制定了單庫優(yōu)化調(diào)度、梯級水庫聯(lián)合調(diào)度和大規(guī)模混聯(lián)水庫群聯(lián)合調(diào)度方案，并通過不同聯(lián)合調(diào)度方案的長系列歷史徑流調(diào)度模擬，研究了梯級水庫群聯(lián)合調(diào)度中上下游水庫間補償關(guān)系，以及長江上游不同梯級聯(lián)合調(diào)度方案下梯級間補償與互補規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，考慮個體參與聯(lián)合調(diào)度的貢獻值大小，提出補償-受益對等的改進貢獻系數(shù)法和 Shapley值法，進行了水庫間和