小浪底–西霞院梯级水库生态调度研究
Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2014, 3, 404-411
Published Online October 2014 in Hans. https://www.360docs.net/doc/cb6251899.html,/journal/jwrr
https://www.360docs.net/doc/cb6251899.html,/10.12677/jwrr.2014.35049
Research on Ecological Operation of
Xiaolangdi-Xixiayuan Cascade Reservoirs
Xuejiao Meng, Jianxia Chang, Xuebin Wang, Tian Tian
State Key Laboratory Base of Eco-Hydraulic Engineering in Arid Area, Xi’an University of Technology, Xi’an Email: mengxuejiao@https://www.360docs.net/doc/cb6251899.html,
Received: Oct. 1st, 2014; revised: Oct. 8th, 2014; accepted: Oct. 15th, 2014
Copyright ? 2014 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).
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Abstract
The cascade reservoir operation just considering power generation of the Lower Yellow River has caused serious environmental problems, because it ignored the ecological water requirement.
Therefore, an ecological operation model of Xiaolangdi-Xixiayuan cascade reservoirs was devel-oped to explore trade-offs between hydropower generation and ecological water requirement.
The results show that the new ecological operation can greatly improve the ecological environ-ment in the case of reducing the power generation, which has vital significance on the ecological environment management and restoration.
Keywords
Lower Yellow River, Reservoir Operation, Ecological Water Demand, Power Generation
小浪底–西霞院梯级水库生态
调度研究
孟雪姣，畅建霞，王学斌，田甜
西安理工大学，西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地，西安
Email: mengxuejiao@https://www.360docs.net/doc/cb6251899.html,
收稿日期：2014年10月1日；修回日期：2014年10月8日；录用日期：2014年10月15日
作者简介：孟雪姣(1988-)，女，硕士研究生，主要从事水库调度研究。
摘 要
黄河下游水库群调度主要以发电为目标，忽视了生态用水的要求，造成了严重的生态环境问题。针对这些问题，建立水库生态调度模型，并对小浪底西霞院梯级水库进行研究，结果发现，满足生态调度的水库调度，在减少少量发电的情况下，能很大程度的改善生态功能，对于生态环境的治理和恢复具有重要的意义。
关键词
黄河下游，水库调度，生态需水，发电量
1. 引言
大量的水利工程改变了河流的天然水文情势，工程上下游的物理性质和生态环境特征也发生了剧烈变化，这些变化大部分对于河流健康和生态环境是不利的[1]。其负面影响体现在：河流水资源量减少，水生生物多样性受到严重威胁；下游河道萎缩，河流过流能力下降；天然湿地面积萎缩，生物多样性衰减等。针对这些问题，人们提出生态调度的概念，即运用考虑生态的水库调度等技术手段，使得水资源开发利用既要为经济社会发展提供服务，又要减轻对河流健康和生态环境的不利影响，保护和改善河流系统和生态环境[2]-[4]；文献[5]-[8]指出水库生态调度是水库运行管理过程中兼顾生态因素的调度方式，在河流生态需水规律研究的基础上，通过调整水库调度运行方式，尽量满足河流生态系统的需水要求；文献[9]探讨了水库生态调度的概念和任务，建立了水库生态调度多目标模型，并利用可行搜索离散微分动态规划算法对模型求解。文献[10] [11]通过考虑生态流量目标需求，建立了水库群生态用水调度模型，并根据长系列优化运行的结果，对考虑生态的水库群调度规则和生态流量满足程度进行分析。黄河流域针对出现的生态问题做出了大量尝试，文献[12]提出了黄河干流水库生态调度总体框架和实施步骤。当前黄河流域生态调度的研究主要集中于黄河上游，针对黄河下游水库群的生态调度的研究较少，本文以黄河下游小浪底–西霞院梯级水库为例，构建水库生态调度模型，用变动微分动态规划方法求解，研究满足生态需水的发电量最大模型，定量评估考虑生态因素对发电量造成的损失，并提出了调度折中方案选择的基本原则。
2. 模型建立
生态调度的问题是一个具有高度非线性、多约束条件的复杂动态控制问题[13]。水库生态调度实质就是将生态因素纳入到现有的水库调度中去，制定相应的生态调度方案。其核心内容是满足流域水资源优化调度和河流生态健康为目标，建立调度函数。
2.1. 目标函数
本次调度在满足生态需水量的基础上，以发电量最大为目标进行优化调度，并对下游生态用水影响进行评估比较。
1max n
d i i i i E AQ H T ==∑ (1)
式中，d E 为调度期总的发电量；A 为机组综合出力系数；i Q 为发电流量；i H 为净水头；i T 为计算时段。
2.2. 约束条件
本次调度的约束条件包括生态需水约束，水量平衡约束，泄流量约束，电站出力约束，水位约束，具体约束条件如下：
1) 生态需水约束
()11
min m
n
w an as i a
i E Q Q T ===?∑∑ (2)
式中，w E 为总水量偏差；a 为生态、供水、灌溉等m 项用水量中的某一项；an Q 为需水流量；as Q 为供水
流量；i T 为计算时段；
2) 水量平衡约束
()1t t t t V V I q t +=+?? (3)
式中，1t V +，t V 分别为1t +时段和t 时段的库容，t I 为t ?时段水库平均入库流量，t q 为出库流量。
3) 下泄流量约束
min max t t t Q Q Q ≤≤ (4)
式中，t Q 表示水库时段的下泄流量；min t Q 和max t Q 分别为水库时段的最小下泄流量和最大下泄流量。本次调度对下泄流量最小值进行严格限制，即下泄流量最小值为当月最小生态径流和综合用水量之和。
4) 出力约束
b t
c N N N ≤≤ (5)
式中，t N 表示电站时段的发电出力；b N 和c N 分别为电站时段的保证出力和装机容量。
5) 水位约束
min max t t t Z Z Z ≤≤ (6)
式中，t Z 表示水库时段的水位；min t Z 和max t Z 为水库时段允许最低水位和最高水位。
2.3. 模型求解
本文应用离散微分动态规划算法对生态调度模型求解。动态规划算法是一种成熟、稳定的计算方法，为了避免维数灾带来的不利结果，并力求计算精确，用变动微分动态规划进行计算，求出最优解。
3. 实例计算
黄河下游主要有小浪底、西霞院两座水库。两水库主要特征参数见表1。
小浪底水电站是一座大型常规水电站，6条发电引水洞进口高程195 m ，单洞引水流量约300 m 3/s 。每一时段的发电量受来水来沙、下游减淤、下游用水和调节库容等制约。西霞院水库是小浪底水库的反调节水库，水库的任务以反调节为主，结合发电，兼顾灌溉、供水等综合利用。最小下泄流量是200 m 3/s ，最大下泄流量是800 m 3/s 。
本文的研究对象为黄河下游小浪底至河口段面，根据各河段的河道形态、河道特性不同，由小浪底、花园口、高村、艾山、利津将该河段划分为五个河段，本文中黄河下游生态需水计算原则为获取逐断面生态流量，扣除重复计算量，由下游反推至花园口的控制流量，获取黄河下游生态径流过程。
3.1. 逐断面生态需水
对于各断面生态需水量，本文主要考虑河流水污染防治需水量，维持河道内基本生态环境需水量，河流输沙需水量和河口区生态需水量。
1) 黄河下游水污染防治需水
黄河下游水污染防治需水量直接采取10年最枯月平均流量法计算河流最小污染防治需水量，对各控制断面从1950~2000进行计算，获得每10年最枯月平均流量，见表2。
由于黄河下游60年代三门峡水库建成造成的影响，本文采用50~60年代的最枯月平均流量作为黄河下游水污染防治需水量。
2) 河道内基本生态环境需水
河道内基本生态环境需水是指为维系和保护河流的最基本生态功能不受破坏，所必须在河道内保留的最小水量，具有优先满足性，本文中采用多年平均流量的1/10作为河道内基本生态环境需水量，计算得出不同河段生态基流见表3。
3) 河流输沙需水
黄河下游泥沙问题严重，水库运行时必须考虑河流的输沙需水，根据黄河下游不同断面的平均含沙量和输沙水量，计算出黄河下游不同时期的输沙需水量。考虑到黄河下游90年代以来河道断流和水库运行初期造成的来沙量变化引起的不一致性，本文拟采用80年代各河段平均输沙量计算，上游来沙量为
Table 1. Characteristic parameters of Xiaolangdi and Xixiayuan reservoir
表1.小浪底、西霞院主要特征参数
梯级名称小浪底西霞院
设计洪水位(m) 274 132.56
正常蓄水位(m) 275 134
汛限水位(m) 248 131
死水位(m) 230 131
总库容(108 m3) 126.5 1.62
调节库容(108 m3) 51 0.45
水库调节性能不完全年日
装机容量(MW) 1800 140
单机装机容量(MW) 300 35
出力系数8.3 8.3
保证出力(MW) 354 45.6
最大过机流量m3/s 1776 1380
最大水头(m) 128.92 13.82
设计水头(m) 112 11.5
Table 2.Average of the driest monthly flow
表2.10年最枯月平均流量(m3/s)
花园口高村艾山利津
1950~1960 343.1 265.1 240 196
1960~1970 66.6 5.6 4.9 0
1970~1980 231.5 234.3 146 18.1
1980~1990 202 102 70.6 16.2
1990~2000 131.1 12.7 0 0
8.6亿吨。而由于黄河下游各断面形态不同，各断面的输沙需水量各异，据黄河下游高效输沙洪水研究和黄委会调水调沙实践，在汛初加大调水调沙流量，冲刷河床，枯水期减少输沙用水，全年输沙需水可以减少大约100亿m3。黄河输沙流量见表4。
4) 河口区生态需水
河口区生态需水量主要考虑维持河流三角洲形态需水量和维持河口生态系统需水量，其中维持河流三角洲形态主要考虑输沙和防治海岸侵蚀，河口生态系统包括陆域生态系统和海域生态系统，基于此，河口生态需水主要为河流输沙需水，河口区湿地需水，河口区陆域海域水生生物需水。河口生态需水过程见图1。
3.2. 小浪底控制断面生态流量
由各河段生态需水量，扣除重复计算量，从下游河段耦合至小浪底控制断面，得黄河下游生态径流见图2。
Table 3.Instream flow of the Lower Yellow River
表3. 黄河下游各河段生态基流
花–高高–艾艾–利利–河
生态基流(m3/s）131 123 122 111
Table 4.Sediment flow of the Lower Yellow River
表4. 黄河下游各河段输沙流量
河段汛初输沙需水(m3/s) 汛期输沙需水(m3/s)
小浪底–花园口1972 835
花园口–高村2322 832
高村–艾山2191 756
艾山–利津2140 667
Figure 1.Ecological water demand of estuary
图1. 河口生态需水
Figure 2. Different ecological runoff processes of the
Lower Yellow River
图2.黄河下游不同来水年份适宜生态径流
3.3. 实例计算
以黄河44年长系列来水资料，以2020年工业、农业、生活用水资料，和黄河不同年份适宜生态流量计算，得黄河下游生态调度结果。
4. 结果分析
选取1983年、1972年和1965年为丰水年、平水年、枯水年，如图3。
4.1. 多年平均发电量
由于生态需水过程和最大发电流量过程不一致，因此考虑生态的水库调度发电量有所下降，满足生态的水库调度和不考虑生态的水库调度相比，结果如表6。
由表5可见，小浪底水库满足生态需水的水库调度比不考虑河流生态需水的水库调度发电量减少1.32%，梯级水库减少1.02%，发电量有小幅减少。
Figure 3. The outflow of Xiaolangdi reservoir in wet, average and dry year 图3. 丰、平、枯水年小浪底出库流量过程
Table 5. The average annual generated energy 表5. 多年平均发电量变化
小浪底水库(亿kW·h)
梯级水库(亿kW·h)
常规调度 60.6 68.6 生态调度
59.8
67.9
Table 6. Guarantee rate of ecology and water supply 表6. 生态和供水保证率
保证率 生态 工业生活 农业 生态调度 88.9% 84.4% 75.6% 常规调度
6.67%
97.8%
91.1%
40080012001600200024002800320036007月8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月6月
流量m 3/s
生态需水常规调度
生态调度
4008001200160020007月8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月6月
流量m 3/s
生态需水常规调度生态调度
4008001200160020007月8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月6月
流量m 3/s
生态需水常规调度生态调度
4.2. 生态保证率和供水保证率
以生态用水和2020年工业、生活、农业用水为约束，保证率见表6，相比不考虑生态的水库调度，生态调度的生态用水保证率大大提高。本文中生态调度时供水优先次序为生态优先，其次是工业和生活需水，最后保证农业需水。
5. 结论
文章在研究黄河下游各断面生态需水量的基础上，计算了满足生态需水的小浪底控制断面下泄流量过程，建立水库生态调度模型，用动态规划求解。与不考虑生态的水库调度想比较，考虑河流生态需求的黄河下游梯级水库，在满足河流自净需水，冲沙需水，生态基流和河口湿地生态需水的前提下，梯级发电量减少 1.02%，但是使河流自净、河道生态和河流泥沙输运等功能大大改善，对水库的生态调度具有一定的指导意义。
基金项目
国家自然科学基金(编号：51179149)。
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水库优化调度
水库调度研究现状及发展趋势 摘要：实施梯级水电站群联合优化运行是统筹流域上下游各电站流量、水头间的关系，从而实现科学利用水能资源的重要手段，符合建设资源节约型、环境友好型社会的要求，是实现节能减排目标的重要途径，对贯彻落实科学发展观，促进流域又好又快发展具有重要意义。本文拟介绍水库调度研究现状及发展趋势，对工程实际具有重要的理论意义。 关键词：水库;优化调度;研究形状;发展趋势 随着水电发展的规划推进落实，大型流域梯级水库群将逐步形成，其联合调度运行必将获得巨大的电力补偿效益和水文补偿效益，同时在实际工程中也会不断涌现新的现象和问题。在新形势下综合考虑梯级上下游电站之间复杂的水力、电力联系，开展梯级水库群联合调度新的优化理论与方法应用研究，统筹协调梯级水库群上下游电站各部门的利益及用水需求，结合工程实际探索梯级水库群联合优化调度的多目标优化及决策方法，实现流域水能资源的高效利用、提高流域梯级水库群的联合运行管理水平乃至达到流域梯级整体综合效益的最大化，对缓解能源短缺、落实科学发展观、贯彻国家“节能 减排”战略以及履行减排承诺均具有重要的理论指导意义和工程实用价值[1]。 1 水库调度研究现状 水库调度研究，按其采用的基本理论性质划分，可分为常规调度(或传统方法)和优 化调度[2]。常规调度，一般指采用时历法和统计法进行水库调度;优化调度则是一种以 一定的最优准则为依据，以水库电站为中心建立目标函数，结合系统实际，考虑其应满足的各种约束条件，然后用最优化方法求解由目标函数和约束条件组成的系统方程组， 使目标函数取得极值的水库控制运用方式 [3]。 常规调度 常规调度主要是利用径流调节理论和水能计算方法来确定满足水库既定任务的蓄泄过程，制定调度图或调度规则，以指导水库运行。它以实测资料为依据，方法比较简单直观，可以汇入调度和决策人员的经验和判断能力等，所以是目前水库电站规划设计阶段以及中小水库运行调度中通常采用的方法。但常规方法只能从事先拟定的极其有限的方案中选择较好的方案，调度结果一般只是可行解，而不是最优解，且该方法难以处理多目标、多约束和复杂水利系统的调度问题。 优化调度 为了充分利用有限的水资源，国内外从上世纪50年代起兴起了水库优化调度研究。其核心有两点:一是根据某种准则建立优化调度模型，二是寻找求解模型的优化方法。 1946年美国学者Masse最早引入优化概念解决水库调度问题。1955年美国人Little[4]采
水库群优化调度总结报告
水库群优化调度总结报告 -----水文专业 姓名： 学号： 专业： 时间： 河海大学文天学院 2013年9月
目录 一、概述 (3) 二、线性规划非线性规划方法 (4) 2.1 线性规划 (4) 2.2 非线性规划 (4) 三、动态规划（DP） (4) 四、增量动态规划（IDP） (6) 五、两时段滑动寻优算法（POA） (6) 六、轮库迭代法 (7) 七、总结 (7)
一、概述 水库优化调度是一个多阶段决策过程的最优化问题, 是在常规调度和系统工程的一些优化理论及其技术的基础上发展起来的。其基本内容可描述为:根据水库的入流过程,遵照优化调度准则,运用最优化方法,寻求比较理想的水库调度方案,使发电、防洪、灌溉、供水等各部门在整个分析期内的总效益最大。通过水库优化调度，可以解决各用水部门之间的矛盾，经济合理地利用水资源及水能资源，因而，在现今我国乃至世界水资源贫乏、开采利用不合理的情况下，水库优化调度具有非常重要的意义。开展水库的优化调度研究工作，提高水库的管理水平，几乎在不增加任何额外投资的条件下，便可获得显著的经济效益。 关于水库优化调度的研究最早从20世纪40年代开始，美国人Mases于1946年最早将优化概念引入水库优化调度。国内的相关研究则是从上世纪60年代起步。华中科技大学的张勇传是国内水库优化调度的开拓者。这些年，随着系统工程优化理论和数学规划理论的日臻完善，随着计算机技术在这两大领域的应用，水库优化调度的方法也愈加丰富。从径流描述上分，一般可分为确定型和随机型两种；从所包含的水库数目划分，可分为单库优化调度和水库群优化调度两方面。单从优化调度所采用的优化方法划分，一般可分为线性规划、非线性规划、动态规划、增量动态规划、两时段滑动寻优算法和轮库迭代法等。
水库多目标生态调度
水库多目标生态调度 董哲仁孙东亚赵进勇 中国水利水电科学研究院，100038 摘要：本文分析了现行水库调度方法的不足，指出应在实现社会经济多种目标的前提下，兼顾河流生态系统需求,实行水库的多目标生态调度。文章讨论了水库多目标生态调度的方法，包括建立相应法规体系；保证维持下游河道基本生态功能的需水量；模拟自然水文情势的水库泄流方式；进行水库泥沙调控及水库富营养化控制；减轻水体温度分层影响；进行防污调度以及增强水系连通性等方面的调度技术。 水库蓄水运行后，对于河流上下游的物理性质的负面影响可以划分为两类：第一类问题是栖息地特征变化，主要指库区淹没、泥沙淤积，水库下游冲刷引起河势变化，河湖联通关系的变化等，由此引起栖息地特征的变化，进而影响生境质量。第二类问题是水文、水力学因子影响，即流量、流速、水温、水质和水文情势等变化，由于水文、水力学因子变化，引起生态过程的变化。解决第一类问题主要靠河流生态修复工程。解决第二类问题的手段，目前可能选择的办法是改善现行的水库调度方法，在不影响水库的社会经济效益的前提下，尽可能满足水生生物对于水文、水力学因子的需求。另外，采用新的水库调度模式对于减轻水库淤积，改善河湖联通性等也会带来益处。可以说，实施“水库的多目标生态调度”，是对筑坝河流的一种生态补偿（图1）[1][2]。 图1 水库运行的生态影响及生态补偿 （左侧为水利工程生态影响机理，右侧为生态补偿方法）
这里不妨给“水库多目标生态调度方法”这样的定义：水库多目标生态调度方法是指在实现防洪、发电、供水、灌溉、航运等社会经济多种目标的前提下，兼顾河流生态系统需求的水库调度方法。 1 现行水库调度方式的缺陷 至今沿用“水库调度方式”，是指依据水库担负的社会经济任务而制定的蓄泄规则。现行的水库调度方式主要有两大类，即防洪调度和兴利调度。我国的大多数水库都具有防洪、发电、供水、灌溉等综合功能，而每一座水库的功能有所侧重。现行水库调度方式的主要缺陷，是注重发挥水库的社会经济功能，力求经济效益的最大化，但是忽视对于水库下游及库区的生态系统需求。主要表现在以下方面： 1.1 河流生态最小需水量 以发电为主要功能的水库，在进行发电和担负调峰调度运行时，发电效益优先，往往忽视下游河流廊道的生态需求，下泄流量无法满足最低生态需水量的要求。还有一种情况是引水式水电站，运行时水流引入隧洞或压力钢管，进水口前池以下河道不下泄水流，造成若干公里的河段脱流、干涸，对于河流的沿河植被、哺乳动物和鱼类造成毁灭性的破坏。我国最典型的案例当数岷江干支流水电开发的生态影响问题。 在我国北方，水库的兴建为发展灌溉事业和供水提供了巨大的机会。但是，通过水库和闸坝大量引水，导致下游河道的断流、干涸，河流廊道生态系统受到破坏。 1.2 水文情势变化对于生物的影响 水文情势（ecological regime ）主要指水文周期过程和来水时间。未经改造的天然河流随着降雨的年内变化，形成了径流量丰枯周期变化规律。在雨季洪水过程陡峭形成洪峰，随后洪水消落，趋于平缓，逐渐进入枯水季节。在数以几十万年甚至数百万年的河流生态系统演变过程中，河流年内径流的水文过程是河流水生动植物的生长繁殖的基本条件之一。如同年内季节气温、降雨的周期变化一样，具有周期性的水文过程也是塑造特定的河流生态系统的必要条件，成为生物的生命节律信号。研究表明，水文周期过程是众多植物、鱼类和无脊椎动物的生命活动的主要驱动力之一。比如据1965年调查资料显示，长江的四大家鱼每年5~8月水温升高到18℃以上时，如逢长江发生洪水，家鱼便集中在重庆至江西彭泽的38处产卵场进行繁殖。产卵规模与涨水过程的流量增量和洪水持续时间有关。如遇大洪水则产卵数量很多，捞苗渔民称之为“大江”，小洪水产卵量相对较小，渔民称为“小江”。家鱼往往在涨水第一天开始产卵，如果江水不再继续上涨或涨幅很小，产卵活动即告终止。在长江中游段5~6月家鱼繁殖量占繁殖季节的70~80 ％。另外，依据洪水的信号，一些具有江湖洄游习性的鱼类或者在干流与支流之间洄游的鱼类，在洪水期进入湖泊或支流，随洪水消退回到干流。比如属于国家一级保护动物的长江鲟，主要在宜昌段干流和金沙江等处活动。春季产卵，产卵场在金沙江下游至长江上游的和江处。在汛期，长江鲟则进入水质较清的支流活动[3]。 河流建设大坝以后，水库按照社会经济效益原则和既定的调度方案实施调度。在汛期利用水库调蓄洪水、削减洪峰，控制下泄流量和水位，确保下游防洪安全。在非汛期调度运行中，利用水库调节当地水资源的年内分布的丰枯不均，无论是发电、供水还是灌溉等用途，都趋于使水文过程均一化，改变了自然水文情势的年内丰枯周期变化规律，这些变化无疑影响了生态过程。首先是大量水生生物依据洪水过程相应进行的繁殖、育肥、生长的规律受到
梯级水库调度B S模式系统的设计与应用
Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2015, 4(5), 416-423 Published Online October 2015 in Hans. https://www.360docs.net/doc/cb6251899.html,/journal/jwrr https://www.360docs.net/doc/cb6251899.html,/10.12677/jwrr.2015.45051 文章引用: 胡康, 谈德才, 范瑞琪, 陈华. 梯级水库调度B/S 模式系统的设计与应用[J]. 水资源研究, 2015, 4(5): 416-423. The Design and Application of Cascade Reservoir Control System Based on B/S Module Kang Hu 1, Decai Tan 2, Ruiqi Fan 3, Hua Chen 1 1 State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan Hubei 2Jiuzhaigou Hydropower Development Corporation, Aba Sichuan 3Chengdu Hydroelectric Investigation & Design Institute, Chengdu Sichuan Email: hukang_1993@https://www.360docs.net/doc/cb6251899.html, Received: Sep. 11th , 2015; accepted: Sep. 25th , 2015; published: Oct. 9th , 2015 Copyright ? 2015 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/cb6251899.html,/licenses/by/4.0/ Abstract The development and application of the cascade reservoir control system based on B/S (Brower/Server) module are the current status and developing tendency. Based on the B/S three-tier structure and the “bottom-up” process, the cascade reservoir control system was designed and implemented by using these key technologies, such as Entity Framework, jQuery, Json, AJAX and so on. The cascade reservoir operation methods were integrated into the system by utilizing the dynamic library technique. The ap-plication at Baishuijiang watershed shows that it runs steady and friendly and has excellent expandabil-ity in other basin, which can greatly improve the controlling and operating efficiency of cascade reser-voir. Keywords Cascade Reservoir, Automation System, B/S, Implementation Strategy 梯级水库调度B/S 模式系统的设计与应用 胡 康1，谈德才2，范瑞琪3，陈 华1 1 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 2九寨沟水电开发有限责任公司，四川 阿坝 3中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 作者简介：胡康(1993-)，男，汉族，湖北天门人，硕士研究生，从事水利信息化研究。
“水库群优化调度”教学大纲
《水库群优化调度》教学大纲 一、课程编号：0101041 二、课程名称：水库群优化调度 (Optimal Operation of Reservoir Systems) 三、学分、学时：1学分； 16学时 四、教学对象：水文与水资源工程专业本科生 五、开课单位：水资源环境学院 六、先修课程：水利计算，运筹学，工程经济学 七、课程性质、作用、教学目标 本课程为水文与水资源工程专业选修课程，主要讲解最优化理论在水库运行管理中的应用。通过学习使学生能从事水电系统运行管理，水库运行管理，水利系统综合规划等方面的工作。 八、教学内容 第一章概述 第一节引言 第二节系统与系统分析 第三节径流特征及其处理 第二章单库发电优化调度 第一节引言 第二节动态规划模型 第三节动态解析模型 第四节水电站机组负荷分配 第三章库群发电优化调度 第一节数学模型 第二节增量动态规划轮库迭代优化算法 第三节动态解析模型 第四章水库防洪优化调度 第一节引言 第二节单库最大削峰准则调度 第三节单库破坏历时最短调度 第四节库群防洪优化调度 第五章水电站水库随机模型 第一节随机模型的特点与径流描述方法
第二节有预报的随机模型 第六章水库供水调度 第一节确定性模型 第二节随机线性规划模型 第三节机遇约束模型 第七章实例 九、实践性环节的内容、要求 十、多媒体教学手段运用的内容、要求及占用学时（或学时比例） 十一、教材与参考书 教材：陈乐湘主编《库群优化调度》，自编讲义。 参考书：长江流域规划办公室，河海大学，丹江口水利枢纽管理局合编 《综合利用水库调度》水利电力出版社，1990。 十二、考核方式 笔试 十三、教学大纲说明 （一）本课程的性质和任务 本课程为水文水资源工程专业选修课程，主要讲解最优化理论在水库运行管理中的应用。通过学习使学生能从事水电系统运行管理，水库运行管理，水利系统综合规划等方面的工作。 （二）本课程的基本要求 学生学完本课程后应达到以下基本要求； 1.掌握不同时间尺度的径流描述方法； 2.掌握利用动态规划求解单库发电优化调度问题； 3.掌握轮库迭代优化算法在库群优化调度中的应用； 4.掌握防洪库群优化目标确定及优化调度模型的建模与求解； 5.了解水电站水库调度的随机模型； 6.掌握供水水库调度的确定性模型。 （三）本课程与其它课程的联系与分工 本课程与水利计算、工程经济学、运筹学基础，概率论与数量统计等课程有联系，原则上，本课程应在上述课程之后进行。 径流调节的基本原理在水利计算课程中讲授。 工程水文学中的径流系列计算，设计洪水计算，典型年选择等内容不在本课程中讲授，本课程只将以上内容作简要回顾。
长江上游水库生态调度
长江上游水库生态调度 （1）维持河道基本生态需水量。河流基本生态需水量是指维护生态系统健康、保护物种的多样性及生态系统的完整性的一定数量和质量的径流。或者是指保证湿地、河流和湖泊生态系统完整性的最小净水量。水的连续性是维持河道健康生命的最低要求，水量萎缩则会导致河流死亡。在过去一段时间里，岷江流域过度挤占生态用水的代价十分沉痛。由于多数水电站采用引水发电模式，各水电站为了获取最大的发电效益。基本未考虑河道内生态用水，导致干流约80 km、支流约60 km 的河段出现间歇性脱水。因此，在制定长江上游水库群综合调度规程时，首先应考虑河道基本生态需水量。 （2）维系下游河道洪水脉冲。脉冲式洪水具有重要的生态效应，是生物生命史中的必要条件。洪水的发生也是生物开始新一轮生命周期的驱动力，特别是对产漂流性卵的“四大家鱼”而言，洪水脉冲水文条件十分重要，具体而言有7个重要的水文因子：洪峰过程数、洪峰发生时的初始水位、水位的日上涨率、断面初始流量、流量的日涨率、涨水持续时间和前后两个洪峰的事件间隔。长江上游水库群建设以后，必然对下游洪水会产生“削峰补枯”的水文效应。适度维系水库下游洪水脉冲是实施水库生态调度的必然需求。 （3）调节下泄水流的水温。长江上游大中型水库通常会存在水温分层问题，水库低温水的下泄将影响鱼类的产卵、繁殖和生长，以三峡水库为例，10月～11月份中华鲟繁殖期间，水库调节后下泄水水温比自
然情况有所升高，这对中华鲟的产卵及孵化具有一定程度的正面影响。但是在5月～6月份“四大家鱼”繁殖期间，水温比天然情况下有所降低，导致“四大家鱼”开始产卵的时间被推迟，产卵期被缩短。目前，长江上游一些水库根据水库水温的垂直分层结构，结合下游河段水生生物（特别是鱼类）的生物学特性，通过制定大坝不同高程泄水空口的运行调度规则。满足鱼类产卵、繁殖和生长的需要。 （4）适度抑制水库库湾水华。水华是水体富营养化的恶性病理反映。通常认为，藻类水华发生条件为充足的营养盐（主要是氮、磷物质）、低流速水体环境以及合适的温度和光照。由于长江流域TP的本底浓度较高。TN又难以控制，所以长江上游的大型水库多已达到中营养一轻富营养状态。而水华易发期3月～4月份。温度和光照适宜，长江上游的水库则均处于高水位运行期，库区流速较缓，特别是支流库湾区域。成为准静止区。这给水华的暴发提供了条件。优化水库运行过程，通过增加水位波动和水流紊动，打破水华暴发的临界流速，被认为是抑制水库库湾水华的有效措施。 （5）维持河道输沙平衡。河道形态是泥沙与水流条件长期相互作用的产物。稳定条件下的河流基本可达到输沙平衡，河道形态不会发生明显变化；但是人类活动的干扰使这种自然平衡被打破。特别是水库群的建设运行，表现出的基本规律就是库区泥沙发生淤积。坝下游河道由于清水下泄发生长距离冲刷。三峡工程在设计时，就考虑采用“蓄清排浑”的运行方式，以缓解库区泥沙淤积，同时也可以对下游“补沙”
基于总保证出力协调的梯级水库联合调度图
第３０卷第２期２ ０ １ ２年２月水 电 能 源 科 学 Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．２ ０ １ ２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０２－００４９－ ０５基于总保证出力协调的梯级水库联合调度图研究 黄春雷１，吴洪寿１，丁 杰１，余有胜１，邝录章２ （１．国网电力科学研究院南京南瑞集团公司，江苏南京２１０００３；２．五凌电力有限公司，湖南长沙４１０００４）摘要：针对具有龙头调节的多个季调节性能及以上水库构成的串联梯级水电站的联合调度问题，借鉴单库水库调度图制作思想，基于梯级总保证出力协调原则，提出了梯级水库联合调度图制定的基本原理，以梯级总电量最大化为目标探讨了梯级水库联合调度图的优化方法，并以沅水为例研究了梯级联合调度图。结果表明，该方法在梯级水头及水量充分利用、梯级相互补偿等方面作用显著，对提高梯级水电站的年均发电量和梯级总保证出力成效突出。 关键词：保证出力；梯级水库；联合调度图；水库调度规则 中图分类号：ＫＴ７１＋ ２；ＴＶ７４ 文献标志码：Ａ 收稿日期：２０１１－０５－２９，修回日期：２０１１－０７－ ２２作者简介：黄春雷（１９７３－），男，高级工程师，研究方向为水电及新能源运行调度，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｃｈｕｎｌｅｉ＠ｓｇｅｐｒｉ．ｓｇ ｃｃ．ｃｏｍ．ｃｎ 随着我国水电站建设的不断推进， 在许多流域上构成了具有密切水力联系的梯级水库群，且相当一部分为干流控制型龙头和下游多个有调节能力水库串联的梯级。对梯级水电站，尤其是具有多个季调节能力及以上水库构成的梯级水电站， 若能利用梯级水库调节能力的差异和当前蓄水状态的不同实现联合调度，可充分发挥水库间的补偿调节作用， 从而提高梯级水电站的发电量和保证出力。梯级水库联合补偿优化调度常采用两种方法：①建立梯级水库联合调度数学模型，直接采用数学优化方法进行计算，由于水库中长期径流预报精度不高，其优化成果实用性较低；②以长序列径流优化计算方法制定出水库水位、出库流量、决策出力等因子，通过回归分析建立调度函数来指导水库调度，但回归技术决定了该方法为经验成果，概念性不强，直观性差，可用性很低。 在水库实际运行调度中，水库调度图使用广泛［ １］，其制定原理反映了入库来水的运行规律，具有直观性好、操作简单、运行效果佳等特点。但目前我国绝大多数水库的调度图是单库的， 在梯级联合调度情况下，由于下游水库天然来水情况已被改变， 上游电站为了发挥对整个梯级的调节补偿，也不可能完全按最初单库设计的方式运行，各电站原有的调度图已不能满足当前梯级联合调度需求。因此，面临着制定梯级联合调度图以进一步提高梯级电站联合调度效益的问题，但国内对此 研究较少［２，３］ 。鉴此，本文从直观性、可操作性角 度，以梯级总发电量最大化为目标，针对具有多年调节能力的龙头和多个有调节性能水库构成的串联梯级水电站， 探索了基于总保证出力协调下梯级水库联合调度图的制作和使用方法，并在生产实际中进行了验证， 结果表明该梯级水库联合调度图对提高梯级水库的联合调度效益作用显著、成效突出。 １ 基本原理 １．１ 原则 借鉴单库调度图的制作思想，采用常规调度图与优化调度规则相结合的方式，以逐步优化逼近的方法解决具有龙头调节的多水库梯级联合调度图制作问题。在制作过程中遵循以下原则：①保证梯级各水库达到原有的设计防洪安全标准和满足综合利用需求；②充分发挥梯级龙头水库的调节作用，以梯级联合调度图指示出力作为协调整个梯级出力的依据；③发挥梯级水库间的补偿作用，减少水库的破坏深度和提高水能利用；④保留传统水库调度图大部分运行区域，采用符合传统习惯的水库调度图操作方式。１．２ 制定流程 梯级电站联合运行时，由于流域梯级水电站群间具有紧密的水力、电力联系，各级水电站发电效益受上、下游水电站的影响较大，下游水电站的调度用水直接受上游水电站的制约，而上游水电
水库群的梯级调度
洮河流域梯级电站水库群的联合调度模型 实施梯级水库的集中联合调度，主要目的在于提高了流域水能利用率，提高发电效率。 水库群的集中调度管理主要依靠“乌江流域卫星水情自动化系统”。 流域遭遇来水特枯年份，在上下游来水极不均衡情况下，不仅要实现流域各梯级电站的水库零弃水，而且还要完成集团公司下达的年度发电计划。 梯级电站水库特征水位表 3.4.2水库的特征水位 根据装机规模论证和水库回水特征，经调洪验算确定水库的特征水位为： 水库校核洪水位2004.0m 水库设计洪水位2002.00m 水库正常蓄水位2002.00m 水库汛期限制水位2001.00m（5～10月） 水库发电死水位2000.0m 3.4.3汛期库水位 本电站水库为日调节，其发电出力主要受来水流量控制，汛期来水量一般大于电站额定引用流量，水库汛限水位2001.00m。 当中、小洪水流量Q <603m3/s时，水库水位 2002.00m。 当洪水流量二十年一遇(P=5%) 1680 m3/s >Q≥603 m3/s时，水库水位 2002.00m。 当洪水流量2360m3/s(设计洪水)>Q≥ (P=5%) 1680 m3/s时，水库设计洪水位2002.00m。 当洪水流量Q>设计洪水2360m3/s时，水库水位由2002.00m逐渐上升到最高洪水位2004.00m，在任何情况下，水库水位不得高于2004.00m。 3.4设计标准及水库水位 3.4.1枢纽设计标准 正常蓄水位1968.80m，相应库容780万m3； 设计洪水标准为3.33%，设计洪水位1969.1m，相应洪峰流量2110m3/ s,相应库容1000万m3； 校核洪水标准为0.5%，校核洪水位1970.5m，校核洪峰流量3230m3/s，相应库容1362万m3；最低发电水位1966m。 3.4.2汛期库水位根据来水量规定如下： 流量为 20.00—632.00 m3/s时，水位1969.10—1968.50 m 流量为 632.00—1000.00 m3/s时，水位1968.50—1967.50 m 流量为1000.00—1500.00 m3/s时，水位1966.00—1967.00 m 流量为1500.00—2000.00 m3/s时，水位1965.00—1966.00 m 流量为2000.00—2500.00 m3/s时，水位1963.00—1965.00 m 流量为2500 m3/s以上时,水位不高于是1959.1 m，在任何情况下，库水位不得高于1970.50 m。
梯级水库防洪优化调度的动态规划模型及解法.doc
梯级水库防洪优化调度的动态规划模型及解法- 摘要：本文构建了梯级水库防洪调度优化模型，利用M法模拟了梯级水库中的水流动状态，模型是一种后效性的动态规划模型，探讨了对应的解法，指出一类简易的多维动态规划递推解法；而实例分析说明，模型具备一定的科学性，所取得的成果比较具有代表性，研讨出来的办法求解迅速，并且可操作性强，是一类高效的计算模式以及演算办法。 Abstract：In this paper，cascade reservoirs flood control scheduling optimization model is constructed，M method is used to simulate the water flow state of cascade reservoirs. This model is an aftereffect dynamic programming model. This paper discusses the corresponding method，points out a kind of multi-dimensional dynamic programming recursive solution. And the instance analysis shows that the model has certain scientific nature，the results of it are representative，the calculation method by the discussion is quick，and the maneuverability is strong. It is a kind of high efficient calculation model and calculation method. 关键词：梯级水库；优化调度；动态模型；规划；求解 0 引言 当前，中国已经建有各种水库8.6万个，大规模水库482个，中规模水库3000个。中国的大部分水库并不是独立的个体，而是融入梯级水库群里，可谓联系紧密。在梯级开发的流域内修筑一个新的建筑抑或采取一类防洪举措，都能对梯级水库群带去一定的改变。梯级水库构建完成以后，河流洪水的特征以及区
[规划模型,梯级,解法]梯级水库防洪优化调度的动态规划模型及解法
梯级水库防洪优化调度的动态规划模型及解法 摘要：本文构建了梯级水库防洪调度优化模型，利用M法模拟了梯级水库中的水流动状态，模型是一种后效性的动态规划模型，探讨了对应的解法，指出一类简易的多维动态规划递推解法；而实例分析说明，模型具备一定的科学性，所取得的成果比较具有代表性，研讨出来的办法求解迅速，并且可操作性强，是一类高效的计算模式以及演算办法。 Abstract：In this paper，cascade reservoirs flood control scheduling optimization model is constructed， M method is used to simulate the water flow state of cascade reservoirs. This model is an aftereffect dynamic programming model. This paper discusses the corresponding method， points out a kind of multi-dimensional dynamic programming recursive solution. And the instance analysis shows that the model has certain scientific nature，the results of it are representative，the calculation method by the discussion is quick，and the maneuverability is strong. It is a kind of high efficient calculation model and calculation method. 关键词：梯级水库；优化调度；动态模型；规划；求解 0 引言 当前，中国已经建有各种水库8.6万个，大规模水库482个，中规模水库3000个。中国的大部分水库并不是独立的个体，而是融入梯级水库群里，可谓联系紧密。在梯级开发的流域内修筑一个新的建筑抑或采取一类防洪举措，都能对梯级水库群带去一定的改变。梯级水库构建完成以后，河流洪水的特征以及区域构成都将产生改变，特别是在上游拥有调水功能的水库，洪水的时间、空间分布将产生颠覆性的改变。在工程的防洪设计的同时，假如工程上游拥有调水以及蓄水能力较强的业已修建完成抑或近段时间就要修建完成的梯级水库抑或梯级水库群，就要权衡到水库调节洪水的功用与对下游设计断面的作用。假如设计规划针对的是洪水调节功能健全的水库建筑，而且要担负下游防洪的职责；那必须研讨该建筑对下游防洪的效益。 1 水库防洪任务和目标 通常情况下，水库在汛期遇到洪水的时候防洪要分成三种：一种是工程自身的防洪需要，通常用坝前水位显示；一种是库区防洪需求，通常是由于库区淹水抑或库尾回水而引发，淹水范畴和水库坝前水位、入库流量相关，在库区防洪标准既定的情况下（相应的入库规划洪水给定），库区防洪也由坝前水位显示；一种是担负下游防洪区的防洪工作，一般是以河道安全泄洪量标识，抑或依照堤防安全高程和水位流量的相关数据，核算出河道安全流量。 并且，水库自身的防洪功能在全部水库中都能够体现，在上述三种防洪需求中，下游防洪工作应让水库尽可能频繁削峰，阻拦或储蓄洪水；库区以及大坝防洪需求，需要水库尽可能下泄，让坝前水位下降，保护水库库区淹水导致的财物耗损；并且腾出防洪库容，用来调蓄后续洪水。所以，两者有着一定的矛盾；另外，防洪级别不一而足，下游以及库区的防洪准则比大坝防洪准则要宽松，然而下游以及库区防洪标准孰高孰低，要根据实际状况确定。
水库生态调度
水库生态调度 1.水库生态调度的基本内容 （1）一般来说，水库调度就是利用相关枢纽工程，根据当地的水文条件以及其他因素，进行综合控制水资源利用的技术手段，它对现实当中的水资源控制是很有用的。 （2）水库调度的任务：水库具有调节天然径流的作用，它不仅能防洪、灌溉，为城市提供优质水量，为工业提供廉价的电力，为交通提供经济的水运，为渔业提供丰富的水产，而且能为居民创造优美的环境，做到一库多用，充分发挥水资源的综合效益。 （3）水库调度的基本原则：在确保水电站大坝工程安全的前提下，分清发电与防洪及其他综合利用任务之间的主次关系，统一调度，使水库综合效益尽可能最大。当大坝安全与满足供电、防洪等要求有矛盾时，应满足大坝安全；当供电的可靠性与经济性有矛盾时，应先满足可靠性[1]。 2.现行的水库生态调度方式 目前，我国的水库调度主要是围绕防洪、发电、灌溉、供水、航运等综合利用效益所进行的。依据水库既定的水利任务和要求而制定的蓄泄规则，就是我们通常所说的水库调度方式。现行水库调度方式主要分为两大类，即防洪调度与兴利调度。 （1）防洪调度的主要任务是确保水库大坝安全和处理防洪与兴利的矛盾，利用水库的滞洪、错洪作用，有效地拦蓄洪水，消减洪峰流量，
保证汛期下游人民生命财产的安全。对于不承担下游防洪任务的水库而言，防洪调度的主要任务是在确保水库大坝安全的前提下充分发挥水库兴利效益；对承担下游防洪任务的水库，防洪调度的主要任务是在确保水库大坝安全的前提下处理好防洪与兴利之间的矛盾。 （2）兴利调度是指利用水库重新分配天然径流，以达到满足各兴利部门用水需要的目的。兴利调节计算的任务是在已知河川径流过程及用水要求的前提下，对研究时期的各个计算时段内水库的水量供需平衡进行计算，求出供水量、水电站出力、水库水位、蓄水量等水利水能要素的时间过程。一般是在非汛期，按照水库所承担兴利任务的重要程度，合理分配水资源，谋求经济效益最大化的调度方式。
梯级水库防洪调度功能需求分析
梯级水库防洪调度功能需求分析 肖 燕 (贵州乌江水电开发有限责任公司,贵州省贵阳市550002) 摘要:梯级水库防洪调度系统是实现流域防洪调度的关键和核心。文中从应用角度出发,分析梯 级水库防洪调度的业务需求,提出梯级水库防洪调度系统须具有资料管理、仿真学习、调度计算、安全校验、分析会商等功能,总结出较为实用的水库调度方案制定流程为数据录入、分析试算、闸门反推计算、结果安全校验、成果表达,推进了梯级防洪调度系统的实用化、智能化。关键词:梯级水库;防洪调度;调度方案中图分类号:TV697.1 收稿日期:2009202226;修回日期:2009206230。 0 引言 中国是洪水灾害频繁的国家,水库作为具有调节作用的控制工程,通过削峰错峰和蓄洪对江河防洪具有突出的作用,是减少洪水灾害损失的有效措施之一[1]。为了充分发挥现有水库工程的防洪效益和提高水库防洪调度水平,近年来,梯级联合防洪优化调度已成为各大流域防洪研究的重点。大量新理论、新算法的出现极大地丰富了防洪优化调度的理论研究[2],取得了重要进展[325]。国内投入了大量人力、物力、财力进行防洪调度决策支持系统的研制开发[6],水库群的防洪调度应用研究逐渐进入实用阶段,如三峡—葛洲坝梯级枢纽常规水库调度系统、乌江梯级防洪优化调度系统、广东粤电水电厂群防汛 调度决策系统[7] 等都已在实际调度工作中应用。 现有的防洪调度软件功能主要有各种模式下的单库调洪计算、人机交互、方案管理等。梯级水库的防洪调度软件相对较少,防洪调度的理论研究与实践之间仍存在着差异,普遍存在实用化程度不高的问题。防洪优化调度软件实用化不够不是技术问题,而是管理问题,这是由软件的开发模式决定的———编程人员不应用,应用人员不编程。一般的防洪调度软件开发存在以下2个问题:一是软件开发之初对应用需求了解不够或考虑不周,限制了软件的使用;二是软件交付使用后,没有针对应用中发现的问题对软件进行持续不断的改进和完善。因此,建立适合流域特点、符合洪水调度决策规律的水库群防洪调度决策系统,快速、准确地为决策者提供科学决策支持信息,是国内各级防汛指挥部门普遍关注的重大工程课题[8]。明确梯级防洪调度工作的 应用需求,是本文的主要目的。 乌江水电开发有限责任公司(以下简称乌江公司)于2005年正式开展梯级水库调度工作,因梯级洪水调度明显较单库调度时复杂,新的调度需求逐渐凸现。建设功能全面,实用性强,能满足水库调度人员培训学习、防洪演习、提高调度水平的需要,又能在调度时全面提供各种调度分析信息,快速提供辅助决策的梯级防洪调度系统十分必要。 1 梯级水库防洪调度需求 梯级水库防洪调度的任务是,保证大坝及防护对象安全的前提下,提高电站经济效益,尽量避免和减少下游洪灾损失。在实际调度工作中,对于大洪水,关注重点是大坝本身和防护对象的安全;对于常遇洪水,更多关注充分利用洪水资源,尽量少弃水。 梯级洪水调度工作涉及信息多,范围广,面对不同的降雨等级、天气形势,不同标准的洪水、梯级水库调蓄能力,不同的电站运行情况,不同阶段有不同的调度需求,调度者须综合考虑,快速、科学地决策。 梯级防洪调度工作需求可归纳为6类:基本资料管理需求;模拟、学习、演习和总结需求;调度中的帮助需求;调度计算需求;调度成果的安全校验需求;会商分析需求。1.1 基本资料管理 基本资料指与梯级洪水调度工作相关的资料,应分类进行管理,便于调度者平时或调度方案制作时学习、查阅。基本资料管理主要包括以下内容: 1)水库基本资料管理。包括水库的特征水位、特征库容、水位—库容关系曲线、闸门的泄流曲线、闸门启闭原则、闸门启闭顺序、机组的综合特性曲线、限制出力曲线、机组的振动区资料以及各电站洪峰频率曲线等。 — 07—第33卷 第4期2009年8月20 日Vol.33 No.4Aug.20,2009
水库优化调度 结课论文
水库优化调度技术浅谈 摘要：随着我国各方面的迅速发展，大规模的水电站水库群逐渐形成，对其进行的综合调度与运行管理变的越来越复杂，其地位和作用也越来越突出。本论文着重介绍了水库优化调度的研究现状与发展趋势，以及存在的各种优缺点，将实际问题引入到水库调度问题中，探讨了水库综合利用的调度模式。 关键词：水库优化调度 1 引言 随着国家各方面的的迅速发展，大规模的水电站水库群逐渐形成，水库调度的地位和作用越来越突出，如何最大限度地发挥水库效益，一直是水库调度研究的主要方向之一。水库调度是根据水库所承担的水利水电任务的主次和规定的运用原则，凭借水库的调蓄能力，在保证大坝安全和防洪安全的前提下，对入库水量过程进行调节，实现多发电、提高综合利用效益的一种水库运用控制技术。水库综合利用涉及到发电、供水、防洪、防凌、航运等多种目标，同时由于参与水库调度的各部门之间存在着多种功能协同和利益协调关系，其功能交联及利益冲突现象严重，因此，如何在参与水库调度各部门的分管协调下，形成统一的、一体化的调度模式，是水库调度的重要议题之一。 水电站水库的运行情况与河川径流密切相关，河川径流的多变性和不重复性给水库运行调度带来很大困难。尤其是年调节水电站的水库，由于缺乏准确可靠的长期水文预报，在水库运用管理上往往容易造成一些不必要的失误。例如，在供水期开始，为了想多发电，水电站以较大出力工作，结果供水期还未结束，水库就可能提前放空，使电站在汛前一段时间里，以天然来水量发电，不能满足电站保证出力的要求，破坏了电力系统的正常工作。反之，在供水期开始，由于担心以后来水少，为避免正常工作遭破坏，水电站在整个供水期均按保证出力工作，结果在下一个汛期到来时水库可能仍未放空，汛期水库又很快蓄满，造成大量弃水，这样就不能充分利用水能。以上情况也可能同样会发生在蓄水期。 因此，水库调度在很大程度上依赖于未来径流情势，遗憾地是目前对未来径流尚无法准确预知。但是客观世界中的任何事物都具有一定的规律，可以认为，未来某个时段的径流情势是一个随机变量，对于某个调度期，可以根据各时段径流的概率分布，综合考虑防洪、蓄水、灌溉、城市供水与发电等各方面的要求，得到该调度期内预估的水库调度计划。这将涉及多个随机变量（每个时段径流均视为随机变量）的复杂运算。 对于梯级水库群来说，在忽略了蒸发、渗漏、区间入流等因素的影响下，下游水库的来水量应等于上游水库考虑流达时间后的泄水量。梯级水库群的调度不仅要考虑各时段径流的配合，还要考虑各水库之间的配合，才能在调度期内使所有水库的综合效益达到最大。梯级水库群的综合调度涉及了众多变量，对其进行调度相当复杂。目前对两级水库调度的研究比较成熟，多级水库的调度只能将其简化为两级水
水库生态调度研究动向与发展趋势
水库生态调度研究动向与发展趋势 水资源研究所游进军、魏传江、季海萍、杜明月 1 水库生态调度 水库的建设使人类能够对水资源进行更为有效的管理和充分利用，但水库为人类带来巨大社会经济效益的同时，不可避免地对河流生态环境系统造成胁迫。筑坝建闸破坏河流的连续性，水库调蓄将周而复始的洪枯演替均一化，河流形态多样性降低，由此引发了水温、流速、流量、泥沙、营养物质等生态因子的较大改变，在很大程度上破坏了河流自然水文情势，导致了一系列河流生态恶化事件的出现（Whiting P J，2002）。笼统地反对建设水库不仅带有“因噎废食”的片面性，也不符合中国经济社会发展的实际需要，如何在满足人类发展需求和河流生态环境系统健康两者之间寻找平衡点迫在眉睫。 “生态调度”通过改变水库调度方式弥补或缓解水库对生态环境的影响，已成为现阶段减轻水库对河流健康负面影响的研究热点与重点。国内外学术界尚未对“生态调度”给出明确的定义，国外学者的理解更接近于“生态修复”，国内学者也有各自不同阐述。蔡其华（2006）提出生态调度应在满足坝下游生态、库区水环境保护要求基础上，充分发挥水库社会经济功能，使水库对河流生态环境的负面影响控制在可承受范围内并逐步修复生态环境系统；董哲仁（2007）认为生态调度是在实现防洪、发电、供水、灌溉、航运等社会经济多目标的前提下兼顾河流生态需水的水库调度方法；胡和平（2008）认为水库生态调度就是要在实现基本的生态环境目标的前提下，发挥水库的社会经济效益，但是其大前提是保证人民群众的生命财产安全和正常的生活；梅亚东（2009）给出了生态与环境调度的概念，认为在研究调整水库的调度方式减轻筑坝对生态环境的负面影响的过程中，应该把环境和生态区分开来进行，环境调度以改善水质为主要目标，生态调度以水库工程建设运行的生态补偿为主要目标，两者相互联系并各有侧重。各方认识虽不一致，但其核心是在水库运行和管理过程中考虑生态因素，通过调整水库现有的调度与运行方式最大程度地满足河流生态环境需水。 2 调研背景概述 20世纪70年代以来，国外学者针对水库引起的生态环境问题就已开展全面系统的研究，生
水电站群联合优化调度系统
水电站群联合优化调度系统 技术简介 1.技术原理 用数学模型及方法解决水电站群优化调度应用问题，从科学问题出发，在技术系统的支撑下展开研究。对流域实测径流资料进行水文分析，对各电站基本参数进行拟合及整理；建立流域水电站群梯级优化调度模型，分析水电站群发电优化调度结果及进行调度规则研究，开发流域水电站群联合优化调度系统。 2.技术特点 首次在水库调度系统中引入大规模非线性优化求解软件GAMS，首次提出基于可行空间搜索的改进遗传算法；不仅在算法上解决了水库群优化调度“高维”问题，还开发了水库任意选择、灵活组合的复杂水电站群梯级联合优化调度系统。 3.解决的具体问题 ①以梯级水库群发电优化为主建立多目标数学模型，在兼顾多方利益条件下实现整体发电效益最大化。②开发“基于可行空间搜寻遗传算法”，实现对传统遗传算法的改进和创新。③采用“基于GAMS非线性规划法”，首次将GAMS软件应用于求解梯级水库群优化调度模型，实现了梯级水库群的多目标寻优。④实现了调度系统中水库的勾选，有效解决了水电站群水量利用效益最大化和流域不同投资主体水电站效益最大化的矛盾。⑤软件系统开发了常规、优化调度6个核心算法，提供多种调度依据。 技术指标 （1）以水库群发电量最大为主构建多目标决策数学模型。 （2）将GAMS软件首次应用于求解梯级水库群优化调度模型，应用可行空间搜索技术对遗传算法进行改进，有效解决梯级水库群的多目标求解问题。 （3）技术研究算法和系统软件开发分别在相关查新机构进行科技成果查新3次。（4）研发了基于非线性模型算法的水库群优化调度系统，取得计算机软件著作权3项。 （5）在重点期刊发表论文5篇，相关专利申请4项。 （6）经鉴定会专家鉴定，项目创新性突出，研究成果整体达到国际先进水平，其中，基于可行空间的优化搜索技术国际领先。 （7）该系统技术可平均提高流域水电站群总发电量2%～20%，对流域集控中心和各电站而言增加发电收益，对于电网公司可减少购电成本。 技术持有单位介绍 中国水利水电科学研究院隶属中华人民共和国水利部，是从事水利水电科学研究的公益性研究机构。历经50余年的发展，已建设成为学科门类齐全、人才优势明显的国家级综合性水利水电科学研究和技术开发的中心。 主要研究领域覆盖了水文学与水资源、水环境与生态、防洪抗旱与减灾、水土保持与江湖治理、农村与牧区水利、水利史、水力学、岩土工程、水工结构与材料、工程抗震、机电、自动化、工程监测与检测、风能等可再生能源、信息化技术等多个学科方向。 多年来，主持承担了一大批国家级重大科技攻关项目和省部级重点科研项目，承担了国内几乎所有重大水利水电工程关键技术问题的研究任务，取得了一大批原创性、突破性科研成果。