基于中期径流预报的水电站调度综述

基于中期径流预报的水电站调度综述
发布时间：2022-09-05T01:24:45.654Z 来源：《中国建设信息化》2022年第9期第5月作者：陈思
[导读] 随着中国水电建设的崛起，大型水电站建设已经放缓，剩下的小流域的小型水电站的建设重点更多地转向了管理方面陈思
重庆交通大学河海学院，重庆 400074
摘要：随着中国水电建设的崛起，大型水电站建设已经放缓，剩下的小流域的小型水电站的建设重点更多地转向了管理方面，径流预报对于水电站的管理的作用愈加明显。

本文主要基于水电站的中长期径流预报，得出了提高中期径流预报的可靠性和可利用性对水电站的运行和管理将有重要作用的结论。

关键词：水电站；中期径流预报；运行；管理
引言
随着水电站建设的增多，其调度规则以及需要考虑的因素也越来越多。

水电站具有蓄水和放水的功能，可以利用水电站库容对水资源进行再次分配，因此其安全变得尤为重要，万一塌坝效果将严重设想；在汛期时，由于降雨量增多，形成径流量大，上游来水加大，各水电站为了保证水电站在相对安全的情况下运行，需要进行相应的弃水；由于电网的约束和电力电量的平衡要求，必须根据电网所确定的最大负荷进行发电；而这也使得水电站在某些时段由于预测未来水量差过大，而不得不及时弃水，也因为对径流速度预测存在偏差的因素；在整个水电站调度流程中以及弃水决策上面临着不确定性；不同弃水系统还将面临各种问题，但就水电资源而言，弃水也无疑是一次资源的巨大损失。

水电站在实际运营中，预测来水量是不确定的，要尽量减少弃水，需要分析预测来水的不确定性对水电站运营决策的影响。

当水库水位较高时，如果预测径流量偏小，因为引水过度而导致弃水，弃水风险随着预测不确定性的增加而上升；当可用水量较少时，如预报来水量又偏大，就会由于引水不足导致缺水，缺水风险随预报不确定性的增大而增大。

为此，首先分析预报信息不确定性对调度决策的影响，然后从弃水风险与缺水风险入手，给出预报信息的可利用准则，探究短期、中长期径流预报对水电站调度的影响。

1 研究方法
径流预报的可利用性和精确性对水电站调度有很重要的意义。

水电站的径流预报有短期径流预报和中长期径流预报，短期的径流预报研究得比较多，精确度和可利用性都比较高；而中期径流预报的精确度相较于短期径流预报来说不算高，其过程是相对比较复杂的，虽然研究成果很多但在工程实践中却很少得到应用，所以其可利用性就较低。

但是王峰等对中期降水预测数据的初步分析显示，中期降雨预报数据虽精度低，但仍存在比较大的利用价值，就此在中期径流预报中利用数值气象预报技术是提高径流预报水平的重要手段。

中期径流预报一般可分常规预报技术与现代预报技术。

常规的预测方法主要是基于遗传分析和数理统计的结合。

首先应用因子分析法分析对降水径流生成过程的主要影响因素，并选取影响最大的各种因素作为预测因子。

然后运用数理的统计方法，寻找预测因子和估计对象之间的统计规律，并进行统计。

近年来，随着现代科学技术的快速发展，中期径流预报耦合了血多行动理论和研究方法。

陈守煜在分析了复杂的水文过程后，提出并发展了模糊水文学。

王国利考虑到水文预测涉及较多随机因素，将灰色系统概念带入中期径流预测。

人工神经网络具有很强大的非线性映射，自适应学习机制和鲁棒容错机制等功能，因此通过人工神经网络为复杂的水文系统建模，完善了检验和预测中的不足。

周惠成将向量机方法等技术引入中期径流预报。

Patarccicc等耦合四种不同的径流模型进行中期径流预报，结果表明，组合模型比单个模型更有效。

油芳芳等利用多目标模糊优化方法，结合各类预测模型的优点，在特定条件选择具有预期精度的模型进行分类和组合预测；然后按照交通水平隶属程度对各项预测结果加以综合。

Vrugt等人利用贝叶斯均衡组合预报模式来克服日常径流预测的不确定性。

和传统的预报方法相似，现代预报方法也通过筛选因子来筛选对径流变化影响很大的预报变量；之后再利用数理统计方式来发现中期径流变化趋势和预报因子之间的关系。

近年来，由于计算机领域的迅速发展，数值天气预报技术与方法也得到的迅速地发展，数值天气预报的准确度随着计算机的提升日益增强。

Tang等把数值天气预报信息运用于中期径流预测当中的准确度已经到达相当可靠的水准。

随着可预见的时期延长，预测不确定性增加，可用性降低。

在中期径流预报信息削弱这种不确定性的技术主要有两种：缩短预测期和将贝叶斯理论用于预测径流。

尽管随机优化能够明确考虑径流的不确定性，但建模也是一项繁琐的过程，同时运算复杂性相对很大，难以实现。

目前，很多研究都是采用参数模拟优化，但现在的科研趋势是将优化算法和调度函数以及调度图像结合后再进行优化，方案合理却无法解决根本的调度问题，重点应该注重研发合理的调度规则，从而提高水电站的防洪能力和调度效益。

2 发展现状及存在的问题
已有的研究成果在水电站调度方面的模式尚不能明确建立，如何建立中期径流预测信息水电站优化调节模式才是解决重要的问题。

海洋环流﹑降水、下垫层影响及工程控制等诸多自然环境和人为因素的交织都增加了长期径流预测的风险和困难。

所以怎样提升长期径流预测准确率始终是水文水资源方面的工作重点和难题。

3 小结
以GFS发布的未来8-15d的降雨预报信息输入到径流预报模型当中，最好使用12d的降雨预报信息，按照100×100km的分辨率划分网格，以间隔6小时发布的数值预报，对水电站的信息进行预报。

之后将水电站的调度过程分成四个阶段进行，通过数学运算方法，研究水电站的库水位、水电站的入库流量、水电站的下泄流量以及尾水位对总发电量的影响，以及四阶段总发电量的一个变化趋势，以总发电量最大为目标，研究水电站调度最优决策的制定。

分析过程中先不考虑库容约束，让水电站在最大坝高以下运行，只仅考虑在水电站出库流量约束下得到的库容发电量，之后再把库容约束对调度的影响考虑进来，然后对结果进行修正，这样就可以得出水电站的最优调度图。

最后基于已有的研究成果，建立水电站四阶段的优化规则，并将调度规则和水电站调度图相结合，从而建立中期径流预报信息水电站优化调度模型。

参考文献：
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[ 3 ] 李伶杰；王银堂；胡庆芳；刘勇；刘定忠；崔婷婷。

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