梯级水库防洪库容分配策略研究
梯级水库防洪标准选择的方法体系分析研究
关键词 ： ； 水库 梯级水库 ； 梯级水库群 ； 防洪标 准
中 图分 类 号 ： Ｖ ９ ． ３ Ｔ ６ ７ １ 文献标识 码： Ａ
ｓ ｎ ｍ ｋ ｇｍ ｘｄ ｓｓ ｍ） Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ａ ｚｓ ｈ ｔ ｓ ｎａ ｄｒｑ ｉ ｍ ｎ ｅａｏ ｅ ｅｈｄ ｌ ｉｓ ａ ｄｄｓｕｓｓ ｏ ｏｌ ｉ － ａ ｉ ｉｅ ｔ ． ｈｓ ａｅ ｌ ｅ ｅ ｎｅ ｉ ｎ ｕｒ ｅ ｓ ｔ ｂ ｖ ｍ ｔｏ ｏ ｇ ， ｉ ｓ ｗ ｔ ｃａ－ ｏ ｎ ｙｅ ｎ ａ ｙ ｔ ｉ ｎｏ ｅ ｅ ｔ ｏ ｈ ｆ ３ ｏｅ ｎ ｃ ｅｈ ｏ
１ ０
王 正发 ， 百银． 级水 库 防洪标 准 选择 的方 法体 系分析研 究 杨 梯
文 章 编 号 ：０ ６ ２ １ ３ ｏ０ ６
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王正发 ， 杨百银ｌ ２
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７０６ ； １ ０ ５
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ｐ ｅ ｅ ｓｖ ｌ ｏ ｓｄ ｒｔ ｅ ｄ ｓｇ ｏ ｄ ｓａ ｄ ｄ ｆｔｅ ｒｖ ｒ ｃ ｃ ｄ ｅ ｅ ｖ ｉ ｇ ｏ ｐ ８ ｏ ｅ ｓｒ ｈ ｏ ｄ ｃ ｎ ｒｌｓｆ ｔ ｆｉ ｒ ｈ ｎ ｉｅｙ ｃ ｎ ｉｅ ｅ ｉ ｆ ｏ ｔ ａ ｓｏ ｅ ａ ａ ｅ ｒ ｓ ｒ ｏｒ ｒ ｕ ０ ａ ｔ ｎ ｕ ｅ ｔ ｅｆ ｏ ｏ ｔ ａｅｙ ｏ ． ｈ ｎ ｌ ｎ ｒ ｈ ｉ ｓ ｓ ｌ ｏ ｔ Ｋｅ ｒ ｓ ｒ ｓ ｒ ｏ ｒ ａ ｃ ｄ ｅ ｅ ｖ ｉ ；ｃ ｓ ａ ｅ ｒｓ ｒ ｏｒｇ ｏ ｐ；ｆ ｏ ｏ ｔ ｌｓａ ｄ ｄ ｙ ｗｏ ｄ ：ｅ ｅ ｖ ｉ ；ｃ ａ ｅ ｒ ｓ ｒ ｏ ｒ ａ ｃ ｄ ｅ ｅ ｉ ｒ ｕ ｌ ｄ ｃ ｎ ｒ ｔｎ ａ ｓ ｖ ｏ ｏ ｒ
金沙江下游洪水规律及梯级水库群防洪库容分配方案研究
参考文献2
张志彤, 王红霞, 王丽. 洪水预报模型 在金沙江下游的应用研究[J]. 水电能 源科学, 2019, 37(4): 14-18.
参考文献3
李明, 胡启月, 王建平. 基于数据挖掘 的金沙江下游洪水预测模型研究[J]. 水利水电科技进展, 2020, 40(1): 3540.
THANKS
梯级水库群的挑战
梯级水库群的建设和管理面临诸多挑战，如投资巨大、建设周期长、移民搬迁难度大、生 态环境影响复杂等。
防洪库容分配方案设计
防洪库容定义
防洪库容是指水库在汛期为了保障下游防洪安全而预留的库容。
防洪库容分配方案设计原则
在设计防洪库容分配方案时，应遵循“保障重点，兼顾全面”的原则，根据水库的地理位置、下游防洪任务的重要程度、 洪水发生的概率和可能造成的洪水规律研究
洪水概述
洪水定义
洪水是由强降水、冰雪融化、堤坝溃决等原因引 起的江河水量迅速增加，水位急剧上升的现象。
洪水危害
洪水可能导致淹没农田、房屋，冲毁交通设施， 造成人员伤亡和经济损失。
洪水周期
洪水通常具有周期性，与气候变化、季节更替等 因素有关。
洪水类型
暴雨洪水
01
由局地暴雨引起的洪水，具有历时短、峰值高、危害大的特点
同时，本研究将为梯级水库群防洪库容的合理分 配提供科学依据，有助于提高水库的防洪效率和 保障下游地区的防洪安全。
通过研究，可以更加准确地认识和把握金沙江下 游洪水规律，为洪水预报、防洪调度和风险管理 提供技术支持。
本研究还将为其他类似河流的洪水规律研究和防 洪减灾提供参考和借鉴，推动中国水利科学的进 步和发展。
。
融雪洪水
02
由冰雪融化引起的洪水，主要发生在春季，与气温升高和雪量
试论水库汛期防洪运用及其水库群的调度
试论水库汛期防洪运用及其水库群的调度水利工程作为我国重要的基础工程项目其在应用中具备了防洪泄洪的能力，而在汛期中对水库的合理运用可以有效的达到防洪的目的。
为此，在实际中必须要针对汛期的水量特点来分析水库的应用需求，并从多角度研究在实际中如何对水库群进行合理的调度，以此来达到预期的防洪效果。
以下从多角度对水库汛期的防洪运用进行了深入分析，并以防洪排险为目的提出了对水库群进行调度的方法。
标签：汛期；防洪运用；水库群；调度在汛期由于降水量大会使得河流水位不断的上涨，若是未对其加以控制可能会带来洪涝灾害，因此为了降低汛期所带来的影响，必须要采取适当的措施来对水位进行控制，以此来达到防洪的目的。
目前在实际中对水库进行科学的运用是防洪的主要手段之一，因此必须要针对水库群的特征及分布状况等来对其进行合理的调度，以此来保证水库群的布置可以符合汛期的要求，从而降低汛期对河流周边环境所产生的影响，降低洪涝灾害的发生几率。
一、在汛期防洪中水库的运用方向分析1、与下游防洪进行配合在汛期应用水库进行防洪必须要注重与下游防洪工作进行配合，根据实际情况来看在汛期水库的应用与下游防洪之间存有一定的矛盾，而这在实际中对防洪安全产生了影响，引起二者之间矛盾的因素主要表现在以下方面。
首先，在下游防洪中其考虑下游安全因素则要求水库尽可能地多蓄水、少泄洪，以此来保证下游防洪工作可以顺利展开；其次，在水库防洪中其为了保证水库的安全，在汛期则需要尽早的泄洪、泄水，以此来避免水库因水容量过大而带来安全问题。
因此，这两种截然不同的运用要求也使得二者之间存在的矛盾凸显了出来，针对此种情况则必须要结合汛期的实际特点来制定合理的水库调度方案，以此来对水库群进行合理的调控，使其可以配合下游防洪工作的进行，并且需要密切注意天气预报、掌握未来降雨的趋势，根据水情预报来分析上下游洪峰遭遇的可能性，并做出科学判断，对水库群调度运用的方案进行确定，并报请防汛部门同意。
都柳江寨比梯级水库防洪库容初探
摘
要： 根 据 柳 江 流域 防 洪 工程 的 总 体规 划 ， 寨 比和 红 岩 水 库 共 同 承担 下 游榕 江县 城 的 防 洪任 务 。根 据榕 江 县 的 地理
位 置及 寨 比水 库 设 置 防 洪 库 容 的 特 点 ， 确 定 满足 河段 防 洪 目标 相 应 的 河 道 安 全 泄 量 ， 拟 定 合 适 的 防 洪调 度 原 则 ， 并 对
城 区的排涝 问题 。 考 虑到榕 江 县城 的洪 水特性 、 洪 水
建设 ， 进一步提高沿江市 、 县的防洪标准。 都柳 江 为珠 江 流 域 西江 水 系 柳 江干 流 上 游 （ 古 宜河 口以上 ） ， 都柳江干流沿岸涉及独山、 三都、 榕江 和从江 ４ 个县城区， 其中独山、 三都和从江县城区防 洪采 用堤 防工 程 ， 并得 到部 分实施 ； 榕 江县 城远 期 防
平年 （ ２ ０ ３ ０年 ） 榕 江 县 城人 口可 达 ２ Ｏ万 人 ， 且 榕 江 县是 贵 州省 “ 两高 ” （ 贵广 快 速 铁路 、 夏蓉 高 速 公 路 ）
沿线 重要 节点 城市 ， 为黔 东南 州南 部 副 中心 城 市 ， 是
重要 的产业集 中区 ， 按Ｇ Ｂ ５ ０ ２ ０ １ — ９ ４ 《 防洪标准》 ， 根
都 柳 江 为西 江一 级 支 流柳 江 的上游 段 ， 都柳 江
洪标 准为 ５ Ｏ年 一遇 洪水 ， 近期 为 ３ Ｏ年 一遇 洪水 ， 其
中堤 防设计 防洪标 准为 ２ ０年 一遇 洪水 。
寨 比航 电枢纽工程位于都柳江上游榕江县境 内， 是 都柳江干流（ 三都一洋溪河段 ） ｌ ２ 级开发方案的第 ４
按 可抵 御 ２ ０年一 遇洪 水标 准设计 ， 现状堤 防地基 为
梯级水库的防洪风险及防洪规划研究
梯级水库的防洪风险及防洪规划研究作者：杨升中来源：《科学家》2015年第11期摘要近年来，随着洪涝灾害的频繁发生，我国有关部门加大了对梯级水库进行防洪规划的力度，并针对防洪工作中较易出现的风险，对其提出了相应的预防及控制措施，以在最大限度之内，提高我国梯级水库工程的防洪效果，而本文针对梯级水库，对其的防洪风险及防洪规划进行深入的分析和探究。
关键词防洪风险：洪涝灾害；梯级水库；规划中图分类号TV6文献标识码A文章编号2095-6363（2015）11-0109-011 梯级水库防洪风险分析为了更为直观的反映出梯级水库的防洪风险及防洪规划，现以某一梯级水库工程为例，对其加以详细说明。
1.1 工程概要本梯级水库工程位于韶关南雄市西南部，其中上游一级水库初建时期为1987年12月，防洪等级为三级，建设投资资金高达309万元，工程竣工验收合格之后，于1989年2月正式投入运行。
据国家相关部门的调查数据显示：本工程投入运行后的10年之内，其防洪效果是比较好的，但由于1999年本省频发泥石流、滑坡等自然灾害，所以上游一级水库工程在这一次自然灾害当中，受到了重创，同时也严重影响了下游的两个小型梯级水库。
因此，为了进一步提高本工程的防洪效果及其稳定性，本省政府特意下拨了20万元，对本梯级水库工程进行了二次防洪规划，并针对防洪工作中极有可能出现的风险，对其进行了深入的剖析，以降低风险出现的概率，提高本工程的防洪效果。
1.2 防洪风险分析经过对本工程现场的实际勘察，技术团队总结出了本工程较易出现的一个防洪风险，即：应急调度风险。
究其原因，主要是因为：本工程应急调度系统的结构是比较复杂的，主要包括：水位控制方案、综合安全保护措施、应急泄洪设施以及调度方案等，再加上进行应急调度的整个过程当中，还会受到多方面因素的影响，比如：人为因素、设备因素以及自然因素等，这就在很大程度上提高了应急调度的困难程度，假若，在这个过程当中，不能够对这些影响因素进行严格控制的话，那么就极有可能会引发水库的安全事故，从而给人们的生命及财产安全造成威胁，与此同时，还会给本省政府和人民带来更大的经济损失。
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。
211189553_考虑分级防洪目标的梯级水库汛控水位调度模型及应用
２０２３年４月水 利 学 报ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ第５４卷 第４期文章编号：０５５９－９３５０（２０２３）０４－０４１４－１２收稿日期：２０２２－０５－０９；网络首发日期：２０２３－０４－０７网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０４０６．１１１１．００１．ｈｔｍｌ基金项目：国家重点研发计划项目（２０２１ＹＦＣ３２００３０３）作者简介：朱迪（１９９５－），博士生，主要从事水库防洪调度研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｕｄｉ５５５＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ通讯作者：周研来（１９８５－），教授，主要从事水库群调度研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｌａｉ．ｚｈｏｕ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ考虑分级防洪目标的梯级水库汛控水位调度模型及应用朱 迪，周研来，陈 华，郭生练，王 俊（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 ４３００７２）摘要：围绕中小洪水减压、大洪水保安和特大洪水降损等防洪目标，构建了面向分级防洪目标的梯级水库汛控水位优化调度模型，针对不同频率设计洪水，基于“模拟－优化”框架，采用仿生进化算法对调度模型进行了高效求解，并利用熵权法对调度方案进行了多目标评价，比选了梯级水库汛控水位方案。
以金沙江中下游６个梯级水库和三峡水库组成的梯级水库为研究对象，研究结果表明：相比原汛限水位方案，在不降低原防洪标准的前提下，选定的方案可使梯级水库水位抬高０．３６～６．２２ｍ，发电量增加６．２８亿～１９．２６亿ｋＷ·ｈ，增幅为１．１８％～４．２７％，经济效益显著，可为梯级水库汛控水位的规划设计提供技术支撑。
关键词：汛控水位；模拟－优化框架；防洪调度；分级防洪目标；多目标优化 中图分类号：ＴＶ２１３．９文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０３６０１ 引言据水利部统计［１］，１９９０年至２０２０年期间，我国洪水灾害造成累计超过４．８万亿元的直接经济损失，数额巨大。
金沙江下游梯级水库防洪库容调整对川江防洪的影响分析
流量之差。因梯级水库拦洪是由上游水库先发挥拦洪 作用，故需依据 QXJB QLsafty QMR 中 QXJB 值反推上游 各水库泄流量。对于第 j 个水库的下泄流量计算过程 如下： 1) 当向家坝处第 i 时段总入流
i QRtotal Qin ij Q int ik 满足下式： k j i i i QRtotal QMR QLsafty i i V j VX j，j 1..4 N 1
(3)
式中： Qecoi 为下游川江处生态流量上限值，即在保 证防洪安全的前提下尽量满足川江的生态安全。
i 3) 当向家坝处总入流 QRtotal 满足下式：
i i i QRtotal Q MR QL safty
(4)
则各水库按照下式进行泄流：
i i Qout ij QL QMR Q int ik safty k j N 1
Abstract: In order to analyze the effect of cascade reservoir storages on flood control of the Chuan River, three flood control storage schemes, which are design flood control storage half of design flood control storage and none storage, are assumed. For the design flood with different frequencies, a flood control cascade operation model has been adopted to simulate the regulation of flood control operation. The results show that if inflow from the Min River and other tributaries are larger, the flood control effect of the lower Jinsha River cascade reservoirs on the Chuan River wouldn’t be significant. If inflow from the Jinsha River is larger, the effect of flood control on the Chuan River with each scheme will be different. The scheme of design flood control storage has the best flood control effect; while the scheme with none storage can’t guarantee flood control safety of the Chuan River. Keywords: Cascade Reservoirs; Flood Control; Joint Operation; Design Flood
浅谈白龙江流域梯级电站防洪调度
（上接第182页）摘要:实行梯级水库群的联合运用、统一调度，可以互济互补，充分发挥梯级水库的巨大调节能力，不仅可提高流域的防洪标准，还可提高水资源的综合利用率和整个电站的生产指挥以及处理各种突发事件的能力。
关键词:梯级水库防洪调度水文气象预报水电站1概述防洪调度(flood control operation)运用防洪工程或防洪系统中的设施，有计划地实时安排洪水以达到防洪最优效果。
防洪调度的主要目的是减免洪水为害，同时还要适当兼顾其他综合利用要求，对多沙或冰凌河流的防洪调度，还要考虑排沙、防凌要求。
碧口水电站是白龙江梯级开发中的第一座水电站，是一座以发电为主，兼有防洪、灌溉等功能的大型水库。
大坝为壤土心墙土石混合坝，最大坝高为715.3m。
水库设计正常蓄水位704m，总库容5.21亿m 3，属季调节水库。
碧口水库大坝的防洪标准为500年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核，万年一遇洪水保坝。
碧口水库兼有下游碧口镇的防洪任务，碧口镇的堤防允许碧口水库下泄流量不能超过4310m 3/s。
麒麟寺水电站上距碧口水电站13.5km，其水库蓄至正常水位后回水与碧口水电站尾水相接。
麒麟寺水电站枢纽工程以发电为主，工程主要由左岸泄水闸、河床式电站厂房及挡水混凝土坝组成。
电站总装机容量111MW，设计单机流量为185m 3/s，总库容2970万m 3，电站为日调节电站。
麒麟寺水电站永久性水工建筑物50年洪水设计，相应的洪峰流量为5630m 3/s；500年一遇洪水校核，相应的洪峰流量为7380m 3/s。
苗家坝水电站距下游碧口水电站31.5km，总装机容量3×80MW，水库设计总库容2.68亿m 3，电站设计正常蓄水位800m，设计洪水位800m，校核洪水位803.50m。
苗家坝水电站为500年一遇设计洪水，入库洪峰流量2930m 3/s，最大下泄流量2864m3/s，校核洪水位为5000年一遇洪水，最大入库流量3880m 3/s，最大下泄流量3425m 3/s。
水库的防洪管理和兴利控制 黑龙江大学
水库的防洪管理和兴利控制姓名：专业：学号：摘要：本文讲述水库的防洪管理和兴利控制的意义和水库调节的能力，水库调节的方式，以及水库群的调节，了解了水库的防汛抢险。
关键词：水库防洪管理兴利控制1.水库的防洪调度1.1水库调度的意义水库的作用是调节径流，兴利除害。
但水库在运用中存在很多矛盾，如防洪与兴利的矛盾，各兴利部门之间在用水上的矛盾等。
要发挥水库最的的综合效益，必须解决这些矛盾。
解决这些矛盾的基本原则是在确保水库安全的前提下，根据河川径流的特点和用水部门的需要，充分利用水库的调蓄能力，正确处理好防洪与兴利，蓄水与泄水，以及各用水部门之间的关系。
而根据径流预报和用水计划，结合工程的实际能力和上下游防洪要求，制定合理的水库运用方案的过程称为水库调度。
1.2水库防洪调度方案的编制1.2.1 防洪调度方案编制的依据水库的防洪调度方案是水库防洪调度的总计划和总安排，应根据水库的实际情况每隔若干年重新编制一次。
编制防洪调度方案的主要依据是：国家有关方针政策和各用水部门的要求，上级部门对防汛的要求，水库的防洪任务，水库枢纽的各设计参数，各建筑物的操作和管理规程，建筑物历年运用情况，工程质量及存在问题，水库有关的特性曲线，有关水文气象预报，水库的设计洪水和上下游有关的设计洪水资料，上下游防护对象的基本情况等。
1.2.2 防洪调度方案的主要内容防洪调度方案的内容主要取决于各水库的具体情况，通常包括：1.防洪调度方案编制的目的、原则及基本依据。
2.工程概况，如坝型、坝高、放水设备情况、泄洪设备情况、水库库容、水电站容量、正常高水位、设计洪水位、校核洪水位及各水位相应的库容。
3.水库运用的原则。
水库的防洪能力及防洪标准、水库上下游的防洪标准及水库下泄流量的要求、防洪调度的原则等。
4.有关的防洪指标。
各种频率洪水的最高调洪水位和经水库调节后的下泄流量，各种频率洪水的允许下泄量，考虑下游区间洪水时由错峰的规定。
5.在保证水库本身及下游防洪安全，充分发挥水库综合效益的前提下，制定水库的防洪调度规则，并使判别方式简单易行。
梯级水库的运行管理与调度策略研究
梯级水库的运行管理与调度策略研究梯级水库作为一种新型水库，具有灵活、高效、节能等优点，广泛用于水资源调节、发电等领域。
其运行管理与调度策略的研究对于保障水用安全、提高水电效益等具有重要意义。
一、梯级水库的特点及其运行管理梯级水库是指多个水库按照高度相对排列，形成一条由上游到下游坡度递减的河段。
在梯级水库的管理中，需要考虑多个湖泊之间的水量调度问题，同时还要兼顾水位调节和发电等目标，因此与单一水库相比，梯级水库的调度更加复杂。
1、水位控制与调节梯级水库的水位控制主要涉及到不同湖泊之间水位的协调。
一般情况下，上游水位较高的水库会向下游水位较低的水库补给水流，如此循环往复，实现了多个水库之间的水位协调。
同时，在水位的调节中，还需要考虑到降雨和干旱等天气条件的影响，采取相应的调度措施。
2、有序发电和弃水处理梯级水库的发电是根据自然落差来实现的，因此需要考虑多个水库之间的发电协调。
一般来说，发电量会随着水位的升高而增加，但是过高的水位也会导致水库的超负荷溢流，因此需要合理控制水位，实现有序发电。
同时，在干旱或水库装置维修等情况下，还需要进行弃水处理，保障水库的安全运行。
3、水质保障和生态监测在梯级水库的运行过程中，还需要兼顾水质和生态安全。
为此，需要对水库的水质进行监测，并采取相应的措施保障水质安全。
同时，在水库边缘还需要进行生态监测，确保水库周边的生态系统得到保护。
二、梯级水库的调度策略梯级水库的调度策略一般分为三种类型，即单利用型调度、多利用型调度和基于价值的调度。
1、单利用型调度单利用型调度主要注重水库的单一利用功能，如发电、水源等，以单一目标为依据进行调度。
这种调度策略简单、明确，但是可能影响到其它梯级水库的利用。
2、多利用型调度多利用型调度强调梯级水库的多功能利用，满足不同的用水需求和发电要求。
这种调度策略综合考虑各种用水需求和发电要求，优化问答调度策略，并更好地实现水库的多功能利用。
3、基于价值的调度基于价值的调度是指将梯级水库的调度目标转化为经济或社会价值，以达到最大化社会价值或最小化社会损失为目标进行调度。
金沙江下游梯级水库防洪与兴利方案探讨及其影响效益评估
屏山站
➢汛期，金沙江屏山站观测的洪水总量一 般占宜昌站的1/3。
金沙江中下 游区间
宜昌站
寸滩站 李庄站
3.梯级水库防洪库容调整方案研究
原《长江流域综合规划》（1990年版）拟定的开发方案
The Comprehensive Utilization Plan of the Yangtze River Basin (published in 1990)
规划设计参数下各计算方案的发电调度结果
方案 原规划报告所列发电量
乌东德 白鹤滩 溪洛渡 向家坝 310.1 584.8 649.8 330.6
合计 1875.4
与规划方 生态流量
案Z相比
满足率
与原规划报告中的发电量 相比增加1.46%
Z 规划方案 A（0%防洪库容） B1（50%防洪库容）
B2 B3 B4 B5 B6 C1 （XJB考虑生态调度） C2 C_A C_B4 C_B6
将改善轨迹代替初始轨迹
停止计算，输出结果
4. 发电增量效益复核分析
生态流量约束条件
按照大自然协会（TNC）长江项目组专家的建议，采用 7 日滑动平均法来确定向家坝处的生态流量约
束。以未经水库径流调节的天然逐日径流系列为基础，设 Qi 为前 7 日的平均流量，则有：Qi
i1
Qk
7
k i 7
以 0.8 Qi 为本日生态流量的下限，1.2 Qi 为生态流量的上限，
4. 发电增量效益复核分析
梯级水库联合优化调度模型
是以梯级总发电量最大，作为优化目标。
4. பைடு நூலகம்电增量效益复核分析
模型求解方法——POA
输入数据，给定初末状 态y(0)、y(n+1)，
清江梯级和三峡梯级防洪库容投入时机方案研究
第３１卷第２期２ ０ １ ３年２月水 电 能 源 科 学Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３１Ｎｏ．２Ｆｅｂ．２ ０ １ ３文章编号：１０００－７７０９（２０１３）０２－００８０－０４清江梯级和三峡梯级防洪库容投入时机方案研究陈炯宏，丁 毅，张先平（长江水利委员会长江勘测规划设计研究院，湖北武汉４３００１０）摘要：针对三峡和清江梯级水库群防洪库容投入时间问题，分别从各梯级投入时机、各水库投入次序展开讨论，并分析了不同时机方案对荆江河段的防洪补偿联合调度效果。
结果表明，在清江洪水与长江洪水遭遇前提下，采用清江梯级水库防洪库容首先投入运用、不足部分由三峡水库承担的联合运用方式。
选取１９５４年典型洪水，按清江梯级水库配合三峡水库的联合防洪调度方式计算得出，可将荆江河段的防洪标准由１００年一遇提高至１２４年一遇。
关键词：防洪库容；投入时机；清江梯级；三峡梯级中图分类号：ＴＶ６９７．１＋１文献标志码：Ａ收稿日期：２０１２－０６－３０，修回日期：２０１２－０８－０３基金项目：国家“十一五”科技支撑计划基金资助项目（２００９ＢＡＣ５６Ｂ０４－１）作者简介：陈炯宏（１９８４－），男，工程师，研究方向为水文水资源，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｊｈ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 三峡工程是开发和治理长江的关键性世纪工程，原设计使长江荆江河段的防洪标准由建库前的约１０年一遇提高至１００年一遇［１］。
在以三峡梯级水库为中心的长江防洪系统中，清江梯级和三峡水库有着相同的防洪目标。
清江与三峡区间（万县至宜昌）属于一个暴雨区，清江洪水与宜昌洪峰遭遇，常导致长江洪水“峰上加冠”，清江梯级和三峡梯级水库是控制长江中下游洪水的最后两道关口。
因此，研究清江梯级和三峡梯级水库联合防洪调度问题，对把握中下游洪水的组成规律、提出水库群的洪水调度原则和调度方式具有重要的现实意义。
李雨等［２］建立了三峡梯级和清江梯级群联合防洪优化调度模型，研讨三峡梯级和清江梯级水库群实施联合调度后荆江河段的设计防洪标准；陈炯宏等［３］针对三峡梯级和清江梯级的混联水库群，建立水电站群联合优化调度模型，分析梯级水库群的电能补偿效益；郭生练等［４］通过建立梯级水库汛限水位联合运用模型，确定各水库的主汛期设计汛限水位方案。
金沙江下游梯级水库防洪库容优化配置公式推导与应用
第34卷第4期2023年7月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCE Vol.34,No.4Jul.2023DOI:10.14042/ki.32.1309.2023.04.005金沙江下游梯级水库防洪库容优化配置公式推导与应用谢雨祚1,郭生练1,钟斯睿1,刘㊀攀1,王㊀俊1,李㊀帅2,胡㊀挺2(1.武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室,湖北武汉㊀430072;2.中国长江三峡集团有限公司流域枢纽运行管理中心,湖北宜昌㊀443133)摘要:金沙江下游乌东德-白鹤滩-溪洛渡-向家坝梯级水库共同承担下游防洪任务,规划设计阶段没有考虑水库防洪库容之间的互补等效关系㊂基于水量平衡原理及总防洪库容不变假设,对梯级水库的防洪库容进行聚合分解,以发电为主要目标推导了两库和多库情况下梯级水库防洪库容优化配置公式,并采用数值求解㊂结果表明:把库容较小的乌东德和向家坝水库的防洪库容分别优化配置11.80亿㊁2.16亿m 3给库容较大的白鹤滩和溪洛渡水库,乌东德-白鹤滩和溪洛渡-向家坝聚合系统7月和8月可分别增发电量4.45亿㊁0.32亿kW㊃h;金沙江下游四库防洪库容联合优化配置,年均发电量可增加10.37亿kW㊃h,经济效益十分显著㊂关键词:防洪库容;梯级水库;聚合分解;优化配置;公式推导;金沙江下游中图分类号:TV697.1㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2023)04-0520-10收稿日期:2023-03-24;网络出版日期:2023-07-10网络出版地址:https :ʊ /kcms2/detail /32.1309.P.20230707.1937.006.html基金项目:国家重点研发计划资助项目(2021YFC3200305);中国长江三峡集团有限公司资助项目(0799254)作者简介:谢雨祚(1998 ),男,湖北宜城人,博士研究生,主要从事水文水资源研究㊂E-mail:yuzuoxie@ 通信作者:郭生练,E-mail:slguo@ ‘长江流域综合规划(2012 2030年)“[1]明确了长江干支流水库相应的防洪任务㊂金沙江下游乌东德-白鹤滩-溪洛渡-向家坝梯级水库陆续建成与投入运行,在满足川渝河段防洪安全的同时,可配合三峡水库有效分担长江中下游流域的防洪压力,在长江流域防洪体系中占有极其重要的位置[1]㊂然而,这4个大型水利枢纽工程分别由不同的设计单位㊁在不同的时间依据‘水利水电工程设计洪水计算规范:SL44 2006“[2]采用单站的资料系列推求设计洪水,根据四库规划设计的防洪能力适当分配以确定各个水库的防洪库容[1],没有考虑梯级水库之间防洪库容的互补关系和上游水库调蓄对下游的影响㊂周新春等[3]和谢雨祚等[4]均认为,对具有共同防洪任务的水库群,梯级水库间防洪库容的互补关系受洪水地区组成的空间分布及洪水发生规律影响㊂若梯级水库属同一流域且区间的流域面积较小,下库回水几乎与上库坝下相连,则梯级水库的防洪库容具有近似等效作用[5-6]㊂康玲等[7]提出了水库群联合防洪调度系统非线性安全度策略,构建了水库群防洪库容优化分配模型,以长江上游梯级水库群为实例探讨了水库群系统非线性安全度策略的防洪效果㊂何志鹏等[8]基于6场典型年的洪水过程,建立了变权重剩余防洪库容最大㊁系统非线性安全度最大和梯级防洪风险率最小3种防洪库容优化分配模型,应用于金沙江下游梯级水库并采用逐次淘汰法对各个模型的计算结果进行综合评价㊂顿晓晗等[9]基于长系列历史实测径流资料,推算了防洪库容频率曲线方法,研究了溪洛渡㊁向家坝水库与三峡的防洪库容分配及互用性问题㊂然而,现有的防洪库容优化配置研究往往聚焦于梯级水库的防洪调度及风险分析,对梯级水库的发电效益研究较少㊂为顺应新时代水利高质量发展需求,在不改变同河段上梯级水库总预留防洪库容且不降低原设计阶段防洪标准的前提下,如何优化配置这些水库的防洪库容以提高梯级水库的发电效益,具有重要的理论研究价值和实际㊀第4期谢雨祚,等:金沙江下游梯级水库防洪库容优化配置公式推导与应用521㊀意义㊂本文基于防洪库容总量不变原则,采用数学公式推导法开展金沙江下游乌东德-白鹤滩-溪洛渡-向家坝梯级水库(以下简称金下梯级)防洪库容优化配置研究,以挖掘水资源高效利用的潜力,为水库调度决策提供科学依据㊂1㊀金沙下游梯级水库水力联系特点与调度要求四川省攀枝花市雅砻江口至宜宾市岷江口为金沙江下游河段,建有乌东德-白鹤滩-溪洛渡-向家坝4座水库(图1),预留的总防洪库容约155亿m3㊂根据‘长江流域综合规划(2012 2030年)“的总体要求与长江中下游总体防洪标准,确定金沙江河段所预留的防洪库容之后[1],再基于对保障川渝河段和宜宾㊁泸州㊁重庆等城市的防洪安全任务[10]以及金沙江流域水库规划设计的防洪能力,将聚合防洪库容具体分配至各个水库㊂金下梯级坝址以上集水面积分别为40.61万㊁43.03万㊁45.44万㊁45.88万km2,乌东德-白鹤滩㊁溪洛渡-向家坝梯级水库水力联系更紧密㊁区间流域面积很小且没有防洪任务,白鹤滩(向家坝)水库的回水几乎到达乌东德(溪洛渡)水库的坝下,两库预留的防洪库容互补等效,可以开展防洪库容优化配置研究㊂q in,1 q in,4为平均入库流量;q z,1 q z,3为区间流量图1㊀金沙江下游梯级水库和水文站以及川渝河段防洪任务概化Fig.1Sketch diagram of reservoirs,hydrological stations,and flood control tasks in downstream Jingsha River 乌东德-白鹤滩㊁溪洛渡-向家坝梯级水库分别在7月㊁7 8月要配合三峡水库承担长江中下游的防洪任务㊂根据还原后的华弹(巧家)站和屏山(向家坝)站1940 2020年(共81a)7 8月的天然日流量资料,采用水文比拟法计算金沙江下游梯级水库入库流量和区间流量㊂以梯级末位向家坝站作为控制节点,依据防洪区域分布情况及现有堤防的建设情况,金沙江段柏溪镇堤防的防洪标准为20年一遇,相应洪峰值以屏山站洪峰值代表,20年一遇洪水洪峰值为28000m3/s㊂本文控制向家坝水库出库流量不超过28000m3/s,以确保柏溪镇的防洪安全㊂根据各水库调度规程,当白鹤滩㊁溪洛渡㊁向家坝的坝上水位分别达到800㊁560㊁367m时,乌东德㊁白鹤滩㊁溪洛渡水库尾水位 出库流量关系分别需要考虑下游水库的顶托影响㊂2㊀研究方法2.1㊀梯级水库防洪库容聚合分解防洪库容是指防洪高水位与汛限水位之间的库容,其目的是保障水库大坝和下游防洪目标的防洪安全㊂由于梯级水库的防洪库容在初设阶段已经确定,需采用聚合分解理论在保证防洪库容总量不变的前提下对其进行优化配置㊂梯级水库防洪库容聚合的目的是确定总防洪库容大小以保证防洪安全,在维持防洪库容总量不变的基础上先聚合各水库的原设计防洪库容,梯级水库聚合防洪库容与所有子水库的优化配置后的防洪库522㊀水科学进展第34卷㊀容之和相等[11];而对聚合防洪库容进行分解的目的是增加发电效益㊂在满足水库系列约束的前提下,适当地对聚合防洪库容进行分解,即优化配置,可增加梯级水库的发电效益㊂梯级水库防洪库容聚合分解应满足2个条件:①梯级水库控制面积范围内的气候特征相似且区间流域之间没有较大支流汇入;②梯级水库共同承担对下游地区的防洪任务㊂前者保证了各水库的入库流量之间的相关性和同质性,后者则统一了各水库防洪库容的效用[3]㊂梯级水库之间的水力联系是防洪库容聚合分解的主要依据:V m (t +1)=V m (t )+[q in,m (t )-q out,m (t )]Δt q in,m+1(t )=f r (q out,m (t-))+q z,m (t ){(1)式中:t 为时间变量,s,t =1,2, ,T ,T 为研究时段长度;m 为梯级水库从上至下的水库序号,m =1,2, ,M ,M 为水库数量;V m (t )和V m (t +1)分别为m 水库在t 和t +1时刻的水库库容,m 3;q in,m (t )和q out,m (t )分别为m 水库在t 时刻平均入库㊁出库流量,m 3/s;q z,m (t )为第m 与m +1座水库区间流量,m 3/s;f r (㊃)为水库出库流量演算至下游防洪控制断面的计算函数;为滞时,s㊂2.2㊀梯级水库防洪库容优化配置公式推导梯级水库系统(水库数量ȡ2)防洪库容优化配置的水力发电表达式假设水库水位在涨水或退水过程中的波动影响可忽略不计,即相邻2个运行时段内m 水库的库容保持不变[12]:V m (t )=V m ,t =1,2, ,T ;m =1,2, ,M ㊂除了式(1)所示的水量平衡约束与梯级水库之间的水力联系约束外,梯级水库调度模型一般还包括水库库容约束㊁水库坝上水位变幅约束㊁水库出库流量约束和电站出力约束等[13]㊂数学表达式的推导可对上述约束条件进行如下简化:①由于各个水库在汛期都会预留一定的防洪库容,根据汛期水位波动影响忽略不计假定,水库库容限制和坝上水位变幅的约束能够满足;②为保证防洪安全,若梯级水库出库流量小于下游防洪断面安全流量,则基本满足水库出库流量约束;③而对电站出力限制约束,可使防洪库容优化配置后的运行水位低于电站基本达到满负荷运行状态(预想出力为装机容量)时的水位㊂m 水库在t 时段内的多年平均发电量计算公式如下:N m(t )=k m q out,m (t )h m (t )h m (t )=12[Z u,m (V m (t ))+Z u,m (V m (t +1))]-Z d,m (q out,m (t ))-h s,m E m (t )=ðT t =1N m (t )㊃Δt /n y ìîíïïïïï(2)式中:k m 为m 水库的综合出力系数;h m (t )㊁N m (t )和E m (t )分别为m 水库在t 时刻的净水头㊁出力和多年平均理论发电量,单位分别为m㊁W㊁kW㊃h;Z u,m (㊃)为m 水库上游水位 库容关系函数,当库容值较大时,可采用幂函数拟合[14],即Z u,m (V m )=a m V b m m (a m >0,b m >0),又因为随着库容增加,单位库容变化量对应的坝上水位变化量急剧减小,即∂2Z u,m (V m )/∂V 2m =a m b m (b m -1)V b m m <0,因此0<b m <1;Z d,m (㊃)表示m水库尾水位 出库流量关系函数;h s,m 表示水库m 的发电水头损失,m;n y 表示年数㊂2.2.1㊀两库聚合系统公式推导为满足下游防洪断面的安全需求㊁保证不降低原设计防洪标准,防洪库容优化配置维持两库汛期的总防洪库容(V ∗0)不变㊂设比例系数λ为龙头水库防洪库容(V 0,1)相对两库总防洪库容的占比,即V 0,1=λV ∗0㊂设m 水库的防洪高水位对应的库容为V nor,m ,则m 水库的防洪库容V 0,m =V nor,m -V x,m ,其中V x,m 为第m 个水库汛限水位对应的库容㊂此外,下游水库的出库流量可通过式(1)所示水力联系关系计算,再根据前述水位波动影响忽略不计假定推求两库聚合系统的多年平均总发电量为㊀第4期谢雨祚,等:金沙江下游梯级水库防洪库容优化配置公式推导与应用523㊀E =E 1+E 2=k 1Δt ðT t =1q out,1(t )Z u,1(V 1(t ))+Z u,1(V 1(t +1))2-Z d,1(q out,1(t ))-h s,1[]/n y +k 2Δt ðT t =1q out,2(t )Z u,2(V 2(t ))+Z u,2(V 2(t +1))2-Z d,2(q out,2(t ))-h s,2[]/n y =k 1Δt ðT t =1q out,1(t )[Z u,1(V nor,1-λV ∗0)-Z d,1(q out,1(t ))-h s,1]/n y +k 2Δt ðT t =1q out,2(t ){Z u,2[V nor,2-(1-λ)V ∗0]-Z d,2(q out,2(t ))-h s,2}/n y (3)优化配置改变了2座水库原设计防洪库容(图2)㊂如前所述,优化配置后的m 水库运行水位介于死水位和电站基本达到满负荷运行状态的水位之间,而优化配置后防洪库容等于防洪高水位与上述运行水位之间的库容,设λ∗为优化配置后龙头水库防洪库容相对两库总防洪库容的占比,即V ∗0,1=λ∗V ∗0㊂因此,各个水库防洪库容比例存在一个可变动的取值区间λ∗ɪ[λ∗low ,λ∗up ]㊂需要注意的是,末级水库泄流能力需达到下游防洪控制节点的安全流量,以保证梯级水库的防洪安全㊂图2㊀两库聚合系统防洪库容优化配置示意Fig.2Sketch diagram of optimal allocation of flood prevention storage for two-reservoir system由于两库区间流域面积较小,防洪库容优化配置后,若下游水库运行水位抬高,上游水库的尾水位可能会受到下游水库库区回水的顶托作用,上游水库尾水位 出库流量关系函数Z d,1(g )会发生改变㊂由于优化配置后水库运行水位限制在电站基本达到满负荷运行状态时的水位以下,上游水库尾水位受到的顶托作用影响较小,Z d,1(㊃)函数变化不大㊂为了简化计算,公式的推导忽略下游水库的顶托作用,则两库聚合系统总发电增量为ΔE =ξ1[Z u,1(V nor,1-λ∗V ∗0)-Z u,1(V nor,1-λV ∗0)]+ξ2{Z u,2[V nor,2-(1-λ∗)V ∗0]-Z u,2[V nor,2-(1-λ)V ∗0]}=ξ1[a 1(V nor,1-λ∗V ∗0)b 1-a 1(V nor,1-λV ∗0)b 1]+ξ2{a 2[V nor,2-(1-λ∗)V ∗0]b 2-a 2[V nor,2-(1-λ)V ∗0]b 2}(4)式中:ξm =k m ðTt =1q out,m (t )Δt /n y ,kW㊃h /m 3;V ∗m 表示聚合水库防洪库容优化配置后第m 座水库的库容,m 3㊂524㊀水科学进展第34卷㊀可进一步推导出:∂ΔE ∂λ∗=-V ∗0(ξ1a 1b 1V ∗b 1-11-ξ2a 2b 2V ∗b 2-12)∂2ΔE ∂λ∗2=V ∗20[ξ1a 1b 1(b 1-1)V ∗b 1-21+ξ2a 2b 2(b 2-1)V ∗b 2-22]<0ìîíïïïï(5)式中:V ∗1=V nor,1-λ∗V ∗0,V ∗2=V nor,2-(1-λ∗)V ∗0㊂从式(5)可以看出,∂ΔE /∂λ∗的符号需要进一步计算判别:若∂ΔE /∂λ∗<0,说明ΔE 随λ∗的增加而减小;∂ΔE /∂λ∗>0时,ΔE 随λ∗单调递增;而∂2ΔE /∂λ∗2<0说明∂ΔE /∂λ∗在λ∗的区间内单调减小㊂2.2.2㊀多库聚合系统公式推导与求解由两库聚合系统防洪库容优化配置公式可推导多库聚合系统多年平均总发电增量(ΔE ):ΔE =ðM m =1ξm [a m (V nor,m -λ∗m V ∗0)b m -a m (V nor,m -λm V ∗0)b m ](6)式中:λ∗m 为优化配置后第m 座水库防洪库容在梯级水库总防洪库容中的占比,满足ðM m =1λ∗m =1且λ∗m ɪ[λ∗m ,low ,λ∗m ,up ]㊂式(6)求极值问题可借用拉格朗日乘子(r λ)构造如式(7)所示的辅助函数:F (λ∗m ,r λ)=ΔE +r λ(ðM m =1λ∗m -1)Fᶄλ∗m = F (λ∗m ,r λ)/ λ∗m =0,㊀㊀m =1,2, ,M Fᶄr λ= F (λ∗m ,r λ)/ r λ=0λ∗m ɪ[λ∗m ,low ,λ∗m ,up]ìîíïïïïïï(7)式(7)可进一步推导出:ðMm =1r λξm V ∗0a m b m ()1b m -1=ðM m =1V nor,m -V ∗0(8)给定流量序列后,r λ是式(8)中唯一的变量,但由于各水库的地理特性差异,水位 库容幂函数关系曲线的参数b m 往往不同,难以得出r λ的解析表达式㊂因此,采用增广拉格朗日惩罚函数法对式(8)进行数值求解,增广拉格朗日惩罚函数法通过将限制条件转化为目标函数的惩罚项,使原问题转变为无约束目标函数优化问题,且额外添加一个增广量作为惩罚[15],可以利用有限的惩罚因子逼近最优解,且收敛速度较快㊂3㊀金沙江下游梯级水库实例研究乌东德㊁白鹤滩㊁溪洛渡和向家坝4座水库的防洪高水位与死水位之间的库容分别为30.20亿㊁104.36亿㊁64.62亿和9.03亿m 3,将其设定为各水库防洪库容变化范围上限㊂需要指出的是,向家坝水库死水位370m 对应的泄流能力大于柏溪镇堤防20年一遇防洪标准28000m 3/s,能够保证聚合系统的泄流能力㊂乌东德㊁白鹤滩㊁溪洛渡电站基本达到满负荷运行状态时的水位分别为964.0㊁803.0㊁571.0m,而向家坝水库在死水位370.0m 时仍可满发,可采用文献[16]推荐的372.5m 作为限制,既可以最大限度提高发电水头,又不违背调度规程㊂综上所述,四库防洪库容变化范围下限分别为12.61亿㊁44.09亿㊁35.08亿㊀第4期谢雨祚,等:金沙江下游梯级水库防洪库容优化配置公式推导与应用525㊀和6.87亿m3,水库相关特征参数与防洪库容变化范围详见表1㊂以屏山站1940 2020年流量为标准,7 8月流量均大于3000m3/s㊂根据尾水位 出库流量关系函数可知,下游水库坝上水位变化量一定时(防洪库容优化配置后的水库运行水位与原设计汛限水位之差不变),上游出库流量越大,受下游水库顶托作用的影响越小㊂以出库流量为3000m3/s计算上游水库受顶托影响的尾水位变化,当白鹤滩㊁溪洛渡和向家坝水库坝上水位分别位于803.0㊁571.0㊁372.5m时,相对于汛限水位(表1),根据各库尾水位 出库流量关系函数可计算乌东德㊁白鹤滩㊁溪洛渡水库尾水位最大变幅分别约为0.01㊁0.26㊁0.71m,与因防洪库容优化配置导致的水位变幅相比较小(式(4)),因此下游水库顶托作用可忽略不计㊂表1㊀梯级水库特征参数与防洪库容变化范围Table1Characteristic parameters and adjustable range of flood prevention storage of cascade reservoirs水库死水位/m(相应库容/亿m3)汛限水位/m(相应库容/亿m3)正常蓄水位/m(相应库容/亿m3)设计防洪库容/亿m3防洪库容变化范围/亿m3乌东德945(28.43)952(34.23)975(58.63)24.40[12.61,30.20]白鹤滩765(85.70)785(115.06)825(190.06)75.00[44.09,104.36]溪洛渡540(51.12)560(69.23)600(115.74)46.51[35.08,64.62]向家坝370(40.736)370(40.736)380(49.767)9.03[6.87,9.03]注:符号 () 表示水位相应的库容㊂3.1㊀金沙江下游梯级两库聚合系统优化配置公式采用幂函数分别拟合乌东德㊁白鹤滩㊁溪洛渡㊁向家坝4座水库坝上水位 库容关系曲线结果见图3,幂函数拟合公式R2均大于0.99,拟合效果好㊂此外,根据各水库的特征参数㊁7 8月天然入库流量与区间流量,汇总计算式(4)所需其他参数值如表2所示㊂图3㊀金沙江下游梯级水位 库容关系幂函数拟合结果Fig.3Relational fitting curves between reservoir water level and storage in the downstream Jingsha River526㊀水科学进展第34卷㊀表2㊀计算式(4)的参数Table2Calculation parameters for equation(4)乌东德-白鹤滩参数[k1,k2][V nor,1,V nor,2]/亿m3V∗0/亿m3λ1,2[ξ1,ξ2]/(kW㊃h㊃m-3) 3,k4][V nor,3,V nor,4]/亿m3V∗0/亿m3λ3,4[ξ3,ξ4]/(kW㊃h㊃m-3)参数值[9.2,9.4][115.738,49.767]55.540.8374[1.3025,1.3438]㊀㊀根据式(4)与表2可计算乌东德-白鹤滩和溪洛渡-向家坝聚合系统多年平均7 8月总发电增量表达式ΔE1,2和ΔE3,4如下:ΔE1,2=901.209[(58.626-99.4λ∗1)0.046-1.176]+592.848[(90.66+99.4λ∗1)0.099-1.599](9)ΔE3,4=408.366[(115.738-55.54λ∗3)0.137-1.787]+301.372[(-5.773+55.54λ∗3)0.135-1.649](10)式中:λ∗1ɪ[0.1269,0.3038],λ∗3ɪ[0.8374,0.8763],均可由表1所示防洪库容变化范围计算确定㊂分别将乌东德㊁溪洛渡的防洪库容比例λ∗1和λ∗3在取值区间内离散化,然后分别代入优化配置公式(9)和(10)中,绘于图4,由图可知:①当λ∗1ɪ[0.1269,0.3038]㊁λ∗3ɪ[0.8374,0.8763]时,可计算∂ΔE1,2/∂λ∗1<0而∂ΔE3,4/∂λ∗3>0,说明乌东德-白鹤滩(溪洛渡-向家坝)聚合系统发电增量ΔE1,2(ΔE3,4)随着乌东德(溪洛渡)防洪库容比例λ∗1(λ∗3)的增大而减小(增大);②在λ∗1=0.2455和λ∗3=0.8374处(分别对应四库原设计防洪库容)ΔE1,2=ΔE3,4=0,说明减少乌东德(向家坝)水库的防洪库容比例,有利于增加乌东德-白鹤滩(溪洛渡-向家坝)聚合系统的发电效益;③当λ∗1=0.1269且λ∗3=0.8763时,防洪库容优化配置增发电量最大,此时乌东德㊁向家坝水库分别配置约11.80亿㊁2.16亿m3防洪库容给白鹤滩㊁溪洛渡水库,乌东德-白鹤滩(溪洛渡-向家坝)聚合系统可增发4.45(0.32)亿kW㊃h电量,相对设计防洪库容方案的285.35(204.47)亿kW㊃h发电量增加了1.56%(0.16%)㊂图4㊀λ∗1 ΔE1,2关系和λ∗3 ΔE3,4关系Fig.4Relational curves ofλ∗1 ΔE1,2andλ∗3 ΔE3,4防洪库容优化配置能提高发电效益的原因分析如下:在区间来水不大的前提下,由式(2)及表2所示,水库的发电量受综合出力系数㊁发电流量和净水头的影响,而两库聚合系统中各个水库的综合出力系数和发电流量相近(因为入库流量相近);由图3可知,当水库库容值发生同等量级的变化时,在汛限水位附近,库容较小的水库水位变化量大于库容较大的水库;若把库容较小水库的部分防洪库容分配至库容较大的水库后,库容较小水库的净水头增加量大于库容较大水库的净水头减少量,因此两库聚合系统的总发电量会㊀第4期谢雨祚,等:金沙江下游梯级水库防洪库容优化配置公式推导与应用527㊀增加㊂应用防洪库容优化配置公式分别计算乌东德-白鹤滩㊁溪洛渡-向家坝聚合系统发电量可增加1.56%和0.16%,两者差距较大的原因分析如下:①由式(4)可知,两库发电增量等于两库发电量变化之和,聚合系统发电增量ΔE与式(4)所示的参数,即与两库的入库流量㊁水库特征参数和防洪库容可分配范围等有关㊂进行防洪库容优化配置时,同等防洪库容配置比例系数变化下,乌东德-白鹤滩聚合系统发电增量大于溪洛渡-向家坝,即∂ΔE1,2/∂λ∗1>∂ΔE3,4/∂λ∗3,这是由金下梯级的水库特征参数决定的㊂②由表1可知,乌东德-白鹤滩聚合系统的防洪库容变化范围较大,而溪洛渡-向家坝则较小㊂综上所述,乌东德-白鹤滩聚合系统发电增量ΔE1,2的变化范围大于ΔE3,4,因此,可能出现聚合系统增发电量相差较大的情况㊂3.2㊀金沙江下游梯级四库聚合系统优化配置公式由于金沙江下游四库相距较近,两库聚合系统的防洪库容优化配置公式可以拓展至四库聚合系统,根据各个水库的防洪库容变化范围(表1),求得乌东德㊁白鹤滩㊁溪洛渡和向家坝水库防洪库容比例系数的下限分别约为0.081㊁0.285㊁0.226和0.044㊂计算四库聚合系统发电增量的数学表达式ΔE1,2,3,4为ΔE1,2,3,4=901.209[(58.626-154.94λ∗1)0.046-1.176]+592.848[(190.060-154.94λ∗2)0.099-1.599]+408.366[(115.738-154.94λ∗3)0.137-1.787]+301.372[(49.767-154.94λ∗4)0.135-1.649](11)式中:λ∗1ɪ[0.081,0.195],λ∗2ɪ[0.285,0.674],λ∗3ɪ[0.226,0.417],λ∗4ɪ[0.044,0.058],且满足λ∗1+λ∗2+λ∗3+λ∗4=1㊂采用增广拉格朗日惩罚函数法求式(11)的极值,再探讨梯级水库防洪库容不同优化配置方案下多年平均7 8月总增发电量情况,结果汇总于表3,可以看出:①四库考虑两两聚合时,即以乌东德-白鹤滩与溪洛渡-向家坝聚合系统为例,采用防洪库容优化配置策略相对原设计防洪库容方案可以增发电量0.97%(式(9)㊁式(10));②聚合系统中的水库数量越多,梯级水库总发电增加量越大,相对原设计防洪库容方案乌东德-白鹤滩-溪洛渡-向家坝四库聚合系统进行联合优化配置可增发电量共计10.37亿kW㊃h (式(11))㊂表3㊀优化配置后的四库多年平均7—8月份发电量对比Table3Comparison of annual power generation of four reservoirs from July to August after optimal allocation方案方法梯级水库聚合情况∗防洪库容/亿m3汛期运行水位/m总发电量/亿kW㊃h 原设计设计技术报告乌㊁白㊁溪㊁向[24.40,75.00,46.51,9.03][952.0,785.0,560.0,370.0]489.83优化配置式(9)㊁式(10)乌-白㊁溪-向[12.61,86.79,48.67,6.87][964.0,777.4,557.7,372.5]494.60(+0.97%)式(11)乌-白-溪-向[12.61,100.37,35.09,6.87][964.0,768.0,571.0,372.5]500.20(+2.12%)∗注:符号 - 表聚合,聚合水库考虑防洪库容优化配置;符号 ㊁ 表非聚合,非聚合水库不考虑防洪库容优化配置;乌㊁白㊁溪㊁向分别为乌东德㊁白鹤滩㊁溪洛渡㊁向家坝水库的简称㊂4㊀结㊀㊀论本文基于水量平衡约束及总防洪库容不变假定,以汛期发电量最大为目标,推导了梯级水库防洪库容优化配置公式并应用于金沙江下游4座水库,主要结论如下:(1)对两库聚合系统,适当将库容较小的水库的部分防洪库容分配至库容较大的水库,有利于增加系统的总发电效益㊂以乌东德-白鹤滩聚合系统为例,适当减小乌东德的防洪库容,乌东德-白鹤滩聚合系统7 8月份总发电量可增加4.45亿kW㊃h(1.56%)㊂528㊀水科学进展第34卷㊀(2)根据梯级水库防洪库容优化配置公式,7 8月份金沙江下游四库聚合系统可增发电量10.37亿kW㊃h (2.12%),经济效益巨大㊂参考文献:[1]水利部长江水利委员会.长江流域综合规划(2012 2030年)[R].武汉:水利部长江水利委员会,2012.(Changjiang Water Resources Commission of the Ministry of Water Resources.The comprehensive planning of Yangtze River basin(2012 2030 year)[R].Wuhan:Changjiang Water Resources Commission of the Ministry of Water Resources,2012.(in Chinese)) [2]水利水电工程设计洪水计算规范:SL44 2006[S].北京:中国水利水电出版社,2006.(Regulation for calculating design flood of water resources and hydropower projects:SL44 2006[S].Beijing:China Water&Power Press,2006.(in Chinese)) [3]周新春,许银山,冯宝飞.长江上游干流梯级水库群防洪库容互用性初探[J].水科学进展,2017,28(3):421-428. 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清江梯级电站防洪库容分配对发电效益的影响
图２ 隔河岩主汛期防洪库容与水布垭调洪最高水位关系曲线
引自 文献［ ］ 该方案 １ ３日洪水地 区组成情况分别 １， 、
，
一
“ ≤
。
，
≤Ⅳ１ ．
水 电 与 新 能 源
２１ ０ ２年第 ３期
３ 防洪安全分析
３ １ 洪水 地 区组 成 ．
根据推荐防洪库容分配方案 ， 隔河岩预留的防洪 库容较小 ， 就可能出现区间来水无 防洪库容可用 的不 利情况。因此 ， 仅考虑对 防洪安全最不 利的洪水地 区 组成方案 ， 即以水 一 隔区间来水为设计洪水 ， 水布垭坝
Ｐ ｗ ｒＧｅ ｅａｉｎ Ｂ ｎ ｆ ｎ Ｊ ｎ ｓａ ｅＨｙ ｒｐ ｗｅ ｔｔ ｎ ｏ ｅ ｎ ｒ ｔ ｅ ｅ ｔｉ Ｑｉｇｉ ｇＣａｃ ｄ ｄ ｏ ｏ ｒＳａｉ ｓ ｏ ｉ ｎ ａ ｏ
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隔河 岩 防 洪 库 容／ 亿ｍ’
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图 １ 隔河岩 主汛期防洪库容与梯级 电站 多年 平均发 电量关系 曲线
梯级水库群水资源优化调度研究
梯级水库群水资源优化调度研究近年来，随着人口的不断增加和经济的快速发展，水资源的需求量越来越大，而水资源的供给量却在逐渐减少。
为了更好地保障人们的生活和工业生产的需要，关于水资源的优化调度成为了人们热议的话题。
梯级水库群的建立和水资源的优化调度，既可以消除洪涝灾害，又可以保护生态环境，还可以满足人们的生产和生活需求。
本文旨在探讨梯级水库群在水资源优化调度中的作用和应用。
1. 梯级水库群的建立梯级水库群是在一定的地理条件下，依基础水文和经济技术因素，将多个水库连成整体系统，按照水文规律和经济技术因素，建造不同高差、容积和形式的水库，形成一定的水文关系。
梯级水库群建设不仅可以保证水资源的储存和利用，还可以有效地防治洪涝灾害，促进生态环境的改善。
梯级水库群建设需要考虑多种因素，例如地理环境、经济情况、水文特征等。
通过合理的选址和布局，可以最大限度地发挥梯级水库群的效益。
2. 水资源的优化调度水资源的优化调度是针对水资源的供给量和需求量进行合理配置的一种调度方法。
通过对水资源的分析和利用，可以保证水资源的合理利用和最大限度地满足人们的需求。
水资源的优化调度需要考虑多种因素，例如水库群的地理位置、水文特征、水库的容积和水位等。
在对水资源进行调度的过程中，需要根据实际情况进行调整和改变，以达到最佳的水资源利用效果。
3. 梯级水库群在水资源优化调度中的作用梯级水库群在水资源优化调度中起着至关重要的作用。
首先，通过梯级水库群的建立和调度，可以充分利用水资源，避免水资源的浪费。
其次，梯级水库群的调度可以使水资源的供需状况得到平衡，避免供水不足或者供水过多的情况发生。
再次，通过梯级水库群的调度，可以有效地减少洪涝灾害的发生。
此外，梯级水库群的建立以及优化调度还能够保护生态环境，促进经济的发展。
4. 梯级水库群水资源优化调度技术梯级水库群水资源优化调度技术是一种重要的技术手段，它可以有效地对梯级水库群的水资源进行调度和管理。
酉水河梯级水库联合防洪调度的必要性和可行性研究
酉水河梯级水库联合防洪调度的必要性和可行性研究摘要为了科学调度酉水河流域洪水，最大限度地发挥流域水库群的整体防洪效益，提升流域综合防洪能力，开展酉水河流域梯级水库群联合防洪调度就显得十分必要。
搭建流域梯级水库群信息共享平台，提升流域雨洪信息传递的及时性和准确性，在上级部门、流域各政府、各水利部门、各防汛部门以及相关单位的大力支持和协调配合下，开展酉水河流域梯级水库联合防洪调度切实可行。
关键词酉水河；梯级水库；联合防洪调度；必要性；可行性1 酉水河流域梯级水库联合防洪调度的必要性分析酉水河流域是沅水的主要暴雨区域，洪水由暴雨形成，汛期（4～9月份）暴雨洪水频繁，大洪水多发生在5～9月份，尤以6～7月最集中。
酉水属山溪性河流，洪水具有陡涨陡落的特点。
一次洪水过程一般为2～3d，峰型多呈尖瘦的单峰，由于6～7月份暴雨频繁，可出现复峰洪水[1]。
2002年：7月20日-24日，龙潭镇降雨量达到185.3毫米，李溪镇305.1毫米钟多镇（县城）125.8毫米、大溪镇最大达331.5毫米。
雨量大，降雨时间长，分布集中，导致病险水库度汛压力陡增，交通中断时有发生，经济损失累计达到2182万元。
2008年：8月15日早晨7时至17日上午12时，我县大部分地区出现了一次持续53个小时的强降雨天气过程。
兴隆、李溪、县城等雨量超过100毫米，其中降雨量最高的兴隆达到242.1毫米，强降雨造成全县27个乡镇、133个行政村、808个组、18276户、72035人受灾，经济损失高达5574.65万元，其中大溪、酉酬、后溪（现改名为酉水河镇）、木叶等乡镇受灾最为严重，五福乡老寨村电信、移动通讯完全中断，大溪镇150余户个体工商户被淹，屋内财产多数被浸泡；因灾失踪1人，冲走机动船8艘，酉酬水电站、金家坝水电站、城镇建设项目等重点建设工程，都不同程度遭受灾害损失，折合经济损失1599.42万元。
2016年：受超强厄尔尼诺现象影响，酉水河流域普降大到暴雨，曾两次超警戒水位，形成重大洪灾。
梯级开发水电站的防洪调度---工程设计
梯级开发水电站的防洪调度—工程设计简介：濯田河是汀江上游主要支流，发源于四都镇禾园背武夷山支脉中，由河源始向东流至溪口圩纳入赖坑支流后转向南流，到陂下后折向东流,经四都水口桥纳入梅溪后南流,经圭田后纳入小金溪，至坪埔纳入兜坑支流后再向东流，在双溪口处有红山河汇入，流经濯田镇纳入大丰支流后经水口汇入汀江干流。
流域集水面积862km2，河道长63km，河道平均坡降7。
2‰。
属山区性河流,河道坡陡流急，洪水暴涨暴落，其历时一般为1~3天,洪水常常威胁着当地人民群众的生命财产和工农业生产。
关键字:梯级开发水电站防洪调度一、流域概况濯田河是汀江上游主要支流，发源于四都镇禾园背武夷山支脉中，由河源始向东流至溪口圩纳入赖坑支流后转向南流，到陂下后折向东流,经四都水口桥纳入梅溪后南流，经圭田后纳入小金溪，至坪埔纳入兜坑支流后再向东流，在双溪口处有红山河汇入,流经濯田镇纳入大丰支流后经水口汇入汀江干流.流域集水面积862km2，河道长63km，河道平均坡降7。
2‰。
属山区性河流，河道坡陡流急，洪水暴涨暴落,其历时一般为1~3天，洪水常常威胁着当地人民群众的生命财产和工农业生产.濯田河流域范围内有红山、四都、濯田三个乡镇及古城镇一部分,总人口7。
177万人，濯田河流域防洪排涝对策涉及乡镇土地面积115km2，占长汀面积的28％左右.2000年末工农业生产总值4.828亿元（当年价，下同），其中工业产值2.123亿元、农业产值2.705亿元。
二、防洪排涝问题:1、洪灾成因分析:由锋面雨和台风雨造成的暴雨直接形成洪水。
河流坡陡流急，一般在造峰后2~8h即峰现，两峰后雨渐小洪渐去，洪水暴涨暴落。
2、影响河道行洪的主要原因:水土流失严重，河道阻塞,沿河两岸河床组成的沙壤土，洪水期易冲刷，河岸崩塌；且在流域内开发梯级拦河坝，坝体抬高了河床坝上游河段因水的流速减缓造成砂石淤积等，都造成了河床提高；随着乡镇建设的不断发展，人为的往河道弃土和倾倒垃圾造成河道淤积，加之河道上游弯道天然地势狭窄，且河滩上灌木丛林，缩小了河道过洪宽度，增大了河道糙率.3、内涝区形成:在流域内各河段规划岸线的防洪堤建成后，堤后部分低洼处不能自排雨水，或当堤线与部分高程较低的已建道路交叉而破坏堤防的闭合性时,在汛期往往会形成进洪道而造成堤内涝灾等等。
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Figure 1. A set of Pareto non-inferior solutions of two goals 图 1. 两种目标的最优 Pareto 非劣解集
Figure 2. Relationship of the maximum water level and flood control storage by non-inferior solutions of one goal (Shuibuya reservoir flood control storage is unchanged) 图 2. 最优 Pareto 非劣解最高调洪水位与预留防洪库容关系(水布 垭不变)
2. 库容分配模型
模型的总体目标是在清江梯级水库为长江预留 不低于 10 亿 m 防洪库容的前提下，确定各水库的主 汛期预留防洪库容方案，在不增加梯级水库防洪风险 前提下，尽可能大的提高梯级水库的洪水资源利用 率。这里主要存在两个目标，一个为在调度期内使梯 级的发电效益最大，另一个是使清江梯级预留防洪库 容最大。这两个目标是一对矛盾的问题，若预留的防 洪库容越大，则水库的汛限水位就越低，越不利于水 库汛末蓄水；反之亦然。
Storage Allocation Strategy for Flood Control of Cascade Reservoirs*
Jionghong Chen1,2, Shenglian Guo2, Yi Ding1
1
Changjiang Institute of Survey, Planning, Design and Research, Changjiang Water Resources Commission, Wuhan 2 State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan Email: whucjh@ Received: Mar. 16th, 2012; revised: Apr. 3rd, 2012; accepted: Apr. 12th, 2012
梯级水库防洪库容分配策略研究*
陈炯宏 1,2，郭生练 2，丁
1 2
毅1
长江水利委员会，长江勘测规划设计研究院，武汉 武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室，武汉 Email: whucjh@
收稿日期：2012 年 3 月 16 日；修回日期：2012 年 4 月 3 日；录用日期：2012 年 4 月 12 日
2.1. 目标函数
目标函数 1：计算周期内梯级水库发电量最大
Max F1 E i, t
t 1 i 1 T M
(1)
由于发电量最大和防洪库容最大两个目标的量纲具 有“不可公度”性，因此无法求解出使两个目标同时 都最优的解，只能得到满足上述问题的非劣解集。因
目标函数 2：水布垭水库预留防洪库容最大
摘
要：针对梯级水库防洪任务和边界条件发生的变化，建立了一种确定梯级水库防洪库容分配的数
学模型，耦合水库电力调度优化、防洪效益优化等多种目标，把梯级水库预留的防洪库容最小作为约 束条件，采用逐次优化算法求解出使梯级水库发电效益最大的非劣解集。以清江干流梯级水库为例， 确定水布垭和隔河岩水库防洪库容的最优分配策略。 在水布垭预留 5 亿 m3 和隔河岩预留不小于 1.5 亿 m3 防洪库容的前提下，若发生 100 年一遇的洪水时，隔河岩水库的最高调洪水位不会超过 200 m，可 以满足防洪安全。该研究为梯级水库防洪库容分配提供了一种新的探讨思路。 关键词：梯级水库；防洪安全；库容分配；多目标优化
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最小防洪库容， VK 0,5 。
针对梯级水库预留的最小防洪库容约束问题，求 解出使梯级水库发电效益最大的非劣解集，可直接采 用求解单目标优化问题的逐次优化方法对该问题进 行求解。采用较为成熟的 POA 算法进行优化计算。 逐次优化方法 POA(Progressive Optimality Algorithm)
[3] 3
式中： Z min i, t ， Z max i, t ， Vmin i, t 和 Vmax i, t 分 别为 i 水库在 t 调度期内的水位下限和上限，蓄水量 下限和上限， Z min i, t 即为死水位， Z max i, t 为方案 中 i 水库的允许的最高起调水位。 3) 电站出力约束
263
(5)
梯级水库防洪库容分配策略研究
是一种求解多阶段决策问题的计算方法。由于篇幅所 限，详见参考文献[5]。
3. 计算结果
根据 1951~2009 年径流资料，采用 POA 算法进 行优化计算，得到清江梯级多目标联合优化调度的非 劣解集。 分别在保持隔河岩水库预留防洪库容不变(优 化目标 1)和保持水布垭水库预留防洪库容不变(优化 目标 2)这两种条件下，优化梯级水库预留防洪库容最 大和梯级水库发电量最大这两个目标， 图 1(a)和图 1(b) 为上述两种优化目标下的最优 Pareto 非劣解集。 为了分析比较最优非劣解中不同频率设计洪水 的最高调洪水位与预留防洪库容之间的关系，以水布 垭–隔河岩10%这四种频率的设计洪水过程，并 进行梯级水库调洪计算，得到的各水库的最优非劣解 最高调洪水位与预留防洪库容的变化关系，如图 2 和 图 3 所示。
(8) (9)
2.2. 约束条件
1) 水量平衡约束
V i, t V i, t 1 I i, t q i, t
式中：VS ,f i 为水布垭水库在 i 时段预留的防洪库容， (4)
VG ,f i 为水布垭水库在 i 时段预留的防洪库容，VP 为 VK 为梯级水库预留的 原设计条件下的预留防洪库容；
3
(7)
式中： qmax i, t 为 i 水库的调度期 t 内的泄流能力；
qmax ,F 为水库在满足防洪条件时的允许最大下泄流
量。此外，还有库容曲线约束，电站水头约束和下游 水位流量关系等约束。
2.3. 求解技术
目标优化问题中，往往存在多个既“不可公度” 又常常相互矛盾的目标，因此不存在对于所有目标都 达到最优的解，得到的往往是无法直接相互比较的一 组非劣解，因此多目标问题的优化求解十分困难[4]。
N min i, t N i, t N max i, t
(6)
式中： N min i, t 和 N max i, t 分别为 i 电站调度期 t 内 的最小和最大出力约束。 4) 水库泄流约束
q i, t qmax i, t q i, t qmax ,F
(2%) (1%)
(5%) (a) Relation of Hydropower generation and flood control storage (a) 梯级发电量–预留防洪库容
(10%) (b) Relation of water spilled and flood control storage (b) 梯级弃水量–预留防洪库容
式中： V i, t 和 V i, t 分别是第 i 个水库调度期 t 和 t-1 的库容； I i, t 和 q i, t 分别为水库 i 调度期 t 的入库 流量和出库流量。 2) 库水位(或库蓄水量)约束
Z min i, t Z i, t Z max i, t Vmin i, t V i, t Vmax i, t
1. 引言
自毗邻清江流域的三峡水库于 2008 年投入试验
*
性蓄水以来，清江流域干流梯级水库调度运用的边界 条件发生了很大改变。清江流域上游已规划和建成了 一批小水电站，有一定的滞洪库容；三峡水库的建成 和运行，大幅度提高了荆江河段的防洪标准，清江流
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基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目(2009BAC56B04-1； 2009BAC56B02)。
Max F2 Vs ,f i
(2)
此，为了便于计算，这里将多目标问题转化为单目标 问题进行优化求解，将预留防洪库容最大这个目标函 数转化为约束条件，即
目标函数 3：隔河岩水库预留防洪库容最大
Max F3 VG ,f i
(3)
VK VS , F i VP VK VG ,f i VP
Abstract: Due to the changes of flood control task and boundary condition of cascade reservoirs, a mathematical model was established to allocate cascade reservoir flood prevention storage. Coupled hydropower generation with flood control operation objections, progressive optimality algorithm was used to obtain Pareto non-inferior solutions of maximum hydropower generation under the minimum flood prevention storage constrains for cascade reservoirs. The Qingjiang basin was selected as case study, the optimal storage allocation strategy for the Shuibuya and Geheyan reservoirs was given. If the Shuibuya reservoir keeps 500 million m3 and Geheyan reservoir remains not less than 150 million m3 flood prevention storages, the maximum regulation water level of the Geheyan reservoir will not over 200 m when 100-year flood occurs, which can assurance flood control safety. The proposed method might provide a new approach for cascade reservoir storage allocation. Keywords: Cascade Reservoirs; Flood Prevention Safety; Storage Allocation; Multi-Objection Optimization