考虑洪水预报误差的水库汛限水位动态控制风险分析

利用洪水预报信息,采用水库防洪预报调度方式能有效增加洪水资源利用率,是确定水库汛限水位动态控制域上限的主要方式之一。本文在汛限水位动态控制风险率定义的基础上,以大伙房水库为例,针对最关键的风险源—洪水预报误差,分析其分布规律及预报误差域,研究在不同洪水预报误差范围内,水库采用防洪预报调度方式进行汛限水位动态控制的风险.分析结果表明,大伙房水库利用洪水预报信息动态控制水库汛限水位,既提高了洪水资源利用率,又没有额外增加防洪风险,在实践上是可行的。     

考虑降雨预报的跨流域调水供水调度及其风险分析

建立考虑降雨预报的跨流域调水供水调度模型,利用决策树算法根据水库当前状态和GFS降雨预报信息获取跨流域调水规则,以确定跨流域调水量,然后进行水库供水调度;选择调水保证率,供水可靠性（缺水风险率）,供水恢复性,供水破坏率作为风险评价指标建立风险综合评价体系,对跨流域调水供水调度模型进行风险评估．实例表明,采用考虑降雨预报信息的跨流域调水供水调度模型较水库常规调度和优化调度,综合风险率低,且能有效的提高水资源的利用效率．     

金沙江下游梯级与三峡-葛洲坝多目标联合调度研究

溪洛渡-向家坝-三峡-葛洲坝组成的四库梯级水库群是长江上游水能开发、中下游防洪安全和供水保障体系的重要组成部分,开展四库多目标联合优化调度具有重要意义.考虑防洪、发电和供水3个目标建立多目标联合优化调度模型,采用ε约束法,以四库梯级总发电量最大作为主目标,将防洪、供水等目标作为约束条件生成非劣解集;分别选取三峡汛期最高控制水位、最小下泄流量作为防洪、供水约束的情景因子,通过多情景分析,揭示不同来水条件下各目标的置换关系及其机制.结果表明:(1)设置三峡汛期最高控制水位146.5,150,153 m三种情景,其中,相对于146.5 m情景,汛期最高控制水位每提高1 m,多年平均增发电量约7亿kW h,以丰水年增幅最大;(2)最小下泄流量增加10%,四库总发电量多年平均降低5亿kW h左右;(3)三峡水库供水保证率受最小下泄流量影响比溪洛渡水库更为敏感,各种年型下缺水主要集中在枯水期,抬高三峡汛期最高控制水位,不能缓解消落期供水与发电的矛盾.     

水库汛限水位动态控制方案优选方法研究

水库汛限水位动态控制方案的优选在水库调度中具有非常重要的作用,选择满意的汛限水位能够在保证防洪安全的前提下达到充分利用洪水资源的目的.目前,方案优选的方法很多,本文首次把模糊信息熵物元评价法应用于汛限水位动态控制方案优选中.此方法先构造各类复合物元,其次建立评价模型,最后按模糊信息熵大小排序,选出满意方案.在确定权重时,采用了基于博弈论的组合赋权法,将经验和数学权重组合,消除了单一权重法的片面性.最后,以碧流河水库汛限水位动态控制方案优选为例,采用该方法进行优选,优选结果与模糊优选模型的结果一致,验证了其可行性.     

三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究

针对大部分水库调度模型中水沙输移计算大幅简化且与库水位计算过程间只有单向耦合的问题,本研究构建了基于激波捕捉式有限体积法与河网算法的库区水沙调度模型.该模型采用河段连接单元内水沙质量与动量守恒方程的准二维求解算法,河网算法可以反映干支流交汇角的影响,并且使用OpenMP技术实现了并行求解.该模型的水库调度模块将调度方案表示为5个触发条件和4个调度指令参数构成的调度规则表,由水沙动力学模型向调度模块提供入库监测断面的水沙条件与实时更新的水位库容关系,水库调度模块为水沙动力学模型提供库区下游边界条件,从而实现两者双向耦合.采用2020年三门峡库区实测水沙数据进行了模型验证,库区三个河段的水位、流量和含沙量计算结果与实测值相符,在坝前水位最快下降速度达到2.3 m/h的敞泄排沙时段,数值计算过程稳定且成功预测了出库沙峰.针对近年黄河来沙量减少而潼关高程下降趋势并不稳定的问题,应用模型开展了三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究,通过对不同的汛期和非汛期调度方案的模拟分析,初步确定了坝前控制水位对于年内库区冲淤量和潼关高程影响显著的时期,研究结果可以为三门峡水库调度方案进一步优化提供思路.     

基于工程安全和效益的水库清淤决策方法

淤积影响水库防洪安全和兴利效益,工程安全以及清淤成本与收益是当前水库清淤决策需要优先考虑的因素.引入工程安全因子和效益因子,针对加高大坝和机械清淤两种主要水库淤积管理方式,以两者分别降低的溃坝概率之比表征工程安全因子,以两者的投资回收期之比表征效益因子,再利用工程安全因子与效益因子构建了清淤决策模型,并根据淤积对工程安全的不同影响程度提出单因子决策或回归模型决策的因子权重与判别准则.通过在甘肃南营水库清淤工程决策中的应用,得出该水库适宜于采用机械清淤的结论,验证了模型的实用性和合理性,可为未来国家层面的水库清淤决策提供科学方法.     

面向流域系统的生态需水量整合研究

水库（群）的运行调度对坝址下游水文情势产生一定影响,维及到下游河流廊道及与河道存在水力联系的生态系统生态用水安全.为保障下游生态用水,需对水库（群）进行生态调度;而生态需水及其整合计算是其关键支撑.生态需水整合的核心是在对各类生态需水进行评价的基础上,以流域/区域水循环及其伴生水生态过程为主线,将各类生态需水整合成满足水资源配置或调度要求的水量过程.本文结合水库（群）生态调度实践需求,以各类生态系统的生态需水规律及水力联系为基础,整体提出流域生态需水的整合模式;在分布式水文模拟技术的支撑下,构建了生态需水整合模型;并就南水北调西线一期工程雅砻江流域的生态需水及其整合计算进行了研究.结果表明,上述整合模式有效结合了各类生态系统生态需水在时空上的水力联系,与基于集总式水平衡分析的生态需水整合模式相比,克服了多时空尺度上生态需水水源及生态供水难以得到有效保障的不足,可满足水库（群）生态调度的需求.     

长江干流梯级水库群联合调度

随着2012,2013年金沙江下游向家坝、溪洛渡水库的建成投运,形成了世界上规模最大的流域梯级水库群-长江干流梯级水库群(溪洛渡-向家坝-三峡-葛洲坝).长江干流梯级水库群防洪库容277亿m~3、调节库容239亿m~3、总装机43835 MW,具有防洪、发电、航运、供水和生态等巨大的综合利用效益.近几年,基于梯级水库群联合蓄放次序调度理论,采用库容效率法对长江干流梯级水库群在联合防洪、蓄水和消落等方面进行了初步探索和实践.结果表明:长江干流梯级水库群的联合调度不仅能充分保障长江流域的防洪安全与淡水资源安全,同时也能有效改善长江流域生态环境,发挥长江航运"黄金水道"的作用,以及进一步提高长江流域水资源利用率,服务国家"西电东送"、"节能减排"能源战略,为促进长江经济带的战略发展发挥重要作用.     

松嫩平原洪水资源利用引蓄水方式研究

以松嫩平原为背景,在河流水资源结构分析的基础上,提出了平原地区洪水资源利用蓄水模型。综合考虑需求、可蓄水量以及蓄水时可承受的风险等因素,将洪水利用状况划分为全蓄型和分蓄型。根据蓄水区蓄水前后防洪能力的变化,提出模型应用风险分析标准及其评估方法。并以嫩江下游大赉河段为例,选择代表性水文年进行分析,结果表明：从利用角度,按照生态、农业需水状况引蓄洪水,不仅能够缓解春旱,而且所产生的蓄水风险也可以承受;从防洪角度,能够大幅度削减洪峰流量,所蓄水量能够提高枯水期河道径流量,改善河流水资源结构。     

基于首次超越概率理论的混凝土坝时变风险率研究

随着我国大坝安全管理工作逐渐由传统的工程安全管理向工程风险管理方向发展,在役大坝风险水平成为了越来越重要的研究课题.混凝土坝实际运行过程中受到众多随机不确定因素和模糊因素影响,导致大坝自身风险率具有显著的时变特性,本文尝试引入二元高斯算法采用并联体系方法计算混凝土坝系统时变风险率,将时变风险率分析问题转化为静态并联体系失效概率计算问题,通过在广义随机空间内采用JC法计算固定时刻混凝土坝风险率,并基于首次超越概率理论转化为混凝土坝时变风险率.最后,在工程算例分析中以某混凝土重力坝沿坝基抗滑失效为例,通过引入合理的抗力和荷载效应随机过程变量模型,采用该算法对混凝土重力坝抗滑稳定时变风险率进行了分析,验证了该模型的有效性,具有一定的理论和工程应用价值.     

三峡工程泥沙问题解决途径与运行效果研究

泥沙问题是三峡工程的关键技术问题之一,在三峡工程论证、设计、建设和运行的各个阶段,针对重大的工程泥沙问题进行了系统和持续的研究,提出了相应的解决方案.本文对三峡工程采用的减缓水库泥沙淤积与保持长期有效库容的运用方式、水库变动回水区港口与航道泥沙问题治理措施、枢纽引航道与电站引水防沙布置方案、坝下游河道长距离冲刷预测、河势变化及对航道影响的对策等进行了分析总结.2003年三峡水库蓄水运用以来水库淤积和坝下游河道冲刷情况分析表明:水库泥沙主要淤积在死库容,有效库容损失较少,库区航运条件得到大幅改善;坝下游河道发生长距离冲刷,冲刷强度不断向下游发展,河势总体基本稳定;长江中下游航道经过治理,航道维护水深有了较大提高.三峡工程泥沙问题的解决方案已得到初步检验,泥沙问题及其影响基本未超出论证与初步设计的预测.本文还对今后一段时期需要进一步研究的泥沙问题提出了建议,包括水库优化调度、坝下游河道冲刷、江湖关系变化和长江口演变等.     

水库群联合优化调度知识规则降维方法

水库通常肩负发电、防洪、生态、航运等多重任务,需要在建模过程中均衡考虑水利、电力、环保等相关主体的利益诉求,使得水库群在开展联合优化调度时面临数目众多、形式各异的约束条件.在各项约束的传递、交织、耦合等综合作用下,可行搜索空间大幅缩窄并呈现出复杂的时空关联特征,加剧了水库群优化调度的建模求解难度.为此,从数学集合运算理论出发,提出了集成水库群优化调度多重复杂运行约束的知识规则降维方法:根据实际问题对单一水库开展单阶段、两阶段和多阶段可行域辨识操作,通过各水库的有机协调来动态生成水库群系统的可行决策空间,规避非可行解的无效计算,提高方法的计算效率与寻优性能.工程实例表明,所提方法能有效降低水电调度建模计算测度,切实保障传统算法所得结果的可行性与可用性.     

气候变化对水利工程安全影响分析

气候变化已成为全球性问题,并受到国际社会的普遍关注.气候变化导致极端事件频度和强度增加,虽然全球目前已经采取了诸多减缓措施,但气候变化的影响仍将持续.水库大坝等水利工程作为关键的基础设施,其相关风险须在持续和变化过程中得到适当管理.因此,水利工程的设计、建设管理、运行调度等必须充分考虑气候变化影响,并寻求有效的应对措施,以保障运行安全.为正确认识气候变化对水利工程安全的影响,依次分析了气候变化对水利工程设计、极端温度对水库大坝、海平面上升对沿海涉水工程的影响,并通过实例进行了说明.分析可知,气候变化对水利工程设计标准、水库大坝运行安全、沿海涉水工程安全均会产生严重影响,且气候变化对水利工程安全的影响具有突发性、不确定性以及后果严重性等特点,应予以重视,以有效减少损失.最后提出了相应的对策与建议.     

三峡水库二期蓄水初期螺山站水位流量变化响应

三峡工程二期蓄水对坝下游江段水情的变化产生了一定的影响.在水库蓄水的初期阶段,分析螺山江段水位流量的变化响应,采用综合落差指数法描述了该河段水位流量关系的变化,并通过同流量水位法初步撂悉了访河段近几年河床冲淤变化情况.结果表明,水库蓄水后.枯水期该站月径流量占径流量的百分比上升了0.43%,丰水期和平水期分别下降了0.2%和0.23%;从该站水位距平值来看,枯水期有所上升,丰水期和平水期均有所下降.时该站水位流量关系进行单值化处理后,发现蓄水后水位流量关系曲线较蓄水前偏左.同时,同流量下水位的变化也反映了该河段泥沙冲淤情况,对此本文作了初步探悉,发琨在同一江段的不同时段都有冲淤的变化.     

黄河下游复杂水位过程有效拟合新方法研究

针对黄河下游复杂水位过程的有效拟合, 将多项式回归、逐步回归、参数的岭估计等有机集成, 并引进累进变换, 系统形成了一个新方法. 新方法与同类方法的核心区别, 在于考虑了复杂水位过程中常见的弱影响因素间的强耦合作用; 在于综合采用了多种方法最大限度地降低拟合模型误差; 在于引进了必要的累进变换. 新方法有机集成了多个理论和方法的长处, 且使用方便. 新方法有着充分的理论基础, 有着同类复杂拟合问题下的普遍适用性. 进一步用该方法拟合多组黄河下游复杂水位过程, 拟合精度都较现有其他方法提高显著, 拟合模型各项都有明确的物理意义.     

输电系统动态安全风险评估与优化

提出一种基于实用动态安全域的输电系统动态安全风险评估和优化模型.在动态安全风险评估模型中计及了综合安全控制措施的成本和节点注入功率不确定性的影响.应用实用动态安全域可以比较方便地计及暂态稳定约束和节点注入功率的不确定性.给出了确定和划分预想事故集合的方法,并以系统动态不安全风险最小为目标,针对给出的主导预想事故集建立了一种风险控制的最优化模型.通过对预防控制和紧急控制措施的优化以及预想控制集合的优化分解,得到了系统动态不安全风险的最优解.最后以New England 10机39节点系统为例验证了所提出的数学模型的有效性.     

黄河流域水库群多目标运行控制协同方法研究

依据协同学原理,提出了水库多目标运行控制的方法,该方法能够综合考虑水资源利用过程中相互冲突的供水、防洪、发电等目标.应用序参量构建了描述水资源子系统协调程度的有序度模型,并结合信息熵原理,建立了有序度熵,作为判定系统是否向协调有序方向演化的根据.对水库运行方式进行调控时,首先用模拟的方法获得初始方案,然后根据有序度和有序度熵对初始方案进行调控.应用该方法对黄河流域水库群的调控进行了研究.     

一种基于加工匹配度的车间作业调度方法研究

单件小批量生产形式下的作业车间调度是生产调度中的重要问题.在综合考虑订单优先级、加工时间等诸多因素的基础上,提出了加工匹配度的概念来研究作业调度问题,建立了相应的调度模型,设计了一种启发式作业调度算法.在某制动阀生产企业数控车间的实际应用结果表明,该方法能够较好的辅助车间调度人员进行车间作业调度.     

基于云理论的径流不确定性推理模型研究

针对中长期径流预报中存在许多不确定性因素,本文引入云理论构建径流预报的不确定性推理模型（UR）.首先,该模型应用最大方差方法（MaxVar）对径流序列进行硬性分级,用级别概念表示径流分级区间,以期望（Ex）、熵（En）以及超熵（He）构成的云隶属函数描述径流级别概念的模糊性和随机性,实现分级区间软化,然后将径流量值进行属性转化,以此建立定性推理规则集,运用云算法进行径流不确定推理预报,成功实现径流序列不确定性传递;其次,对径流分级过程中超熵（He）参数确定进行了初探,对推理随机性输出结果进行统计分析,给出相应显著水平下的预报区间;最后,将该模型应用于南方某水库入库月径流预报中,并与广泛应用的最小二乘支持向量机（LSSVM）和ARMA模型进行比较分析,本文模型不仅具有较高的预报精度,而且能够进行区间预报,实例验证说明了模型的有效性和实用性.     

中国水库大坝降等报废现状与退役评估研究

退役是水库大坝生命周期的一个重要阶段,是在水库大坝病险老化、功能丧失、经济效益衰退及生态系统退化背景下的必然趋势.随着水库大坝老化及公众风险和生态环境意识的增强,水库大坝退役需求越来越大.首先分析中国水库大坝降等报废现状和水库大坝退役对生态环境、社会和经济影响,结果表明:中国降等使用或报废的水库数量较多,绝大多数为小型水库;与需降等使用或报废水库数量相比,水库大坝退役进展缓慢;实施大坝退役既要重视工程安全与经济论证,更要重视生态环境论证,避免或减少对社会和生态环境等的负面影响.其次介绍了国内外水库大坝退役评估研究概况,就目前研究进展情况提出了水库大坝退役评估需研究的几个关键问题,即建立水库大坝服役状态评估测度体系、有效诊断大坝生命的理论和方法、水库大坝退役对生态环境影响评估理论、系统完整的水库大坝退役决策方法.最后通过扎子河水库工程实例分析了水库大坝退役评估方法,指出该水库风险极高,必须进行除险加固或拆除处理,鉴于除险加固经济合理性差,建议对该水库实施退役处理.