一种水库动态汛限水位制定方法技术

本发明专利技术公开了一种水库动态汛限水位制定方法。该方法首先运用聚类分析对水库汛期进行分期，然后把水库原设计汛限水位作为动态控制的极限下限值，按分期设计洪水确定的汛限水位作为动态控制的建议下限值，考虑预泄确定的汛限水位作为动态控制的极限上限值，考虑预泄和洪水预报不确定性确定的汛限水位作为动态控制的建议上限值，最后确定汛限水位动态控制范围。在确定动态汛限水位和预泄值时，通过引入整数变量把水库现有防洪调度规则表达为约束条件建立预泄优化模型。本发明专利技术提供的水库动态汛限水位制定方法提高了汛期水位动态控制的科学性和可操作性，可应用于水库防洪的精细化管理，提高水库的发电和综合利用效益。提高水库的发电和综合利用效益。提高水库的发电和综合利用效益。

【技术实现步骤摘要】
一种水库动态汛限水位制定方法


[0001]本专利技术涉及防洪调度
，具体为一种水库动态汛限水位制定方法。

技术介绍

[0002]对于兼有防洪和发电任务的水库，一般要求汛期水位不高于汛限水位，以预留足够的防洪库容，应对可能发生的洪水。单一的汛限水位控制方式，使水库水电站在汛期处于低水头运行，并且可能在汛后无法蓄水至正常蓄水位，影响发电效益。
[0003]随着流域和水库水情自动测报系统的建设与运行、降雨预报与流域洪水预报精度的提高，防洪调度的预见性和科学性也得到提高。洪水预报调度相关的信息，最早是气象部门的降雨预报信息，随后是遥测系统提供的实际降雨信息，接着是实际降雨的净雨信息、预报的入库洪峰信息，最后是调洪最高水位信息。前期信息作为判断水库遭遇洪水的量级、改变泄流量的判断指标，甚至是提前预泄，可减小所需的防洪库容，保证水库工程上下游安全的前提下，提高汛限水位，充分利用水能或洪水资源。
[0004]然而，现有的防洪优化调度方法或分期汛限水位动态控制方法往往没有考虑水库具体的调洪规则，且受预报不确定性的影响，在实际中难以应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术在解决水库防洪调度和动态汛限水位控制方面的不足，本专利技术提供了一种水库动态汛限水位制定方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种水库动态汛限水位制定方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
[0007]步骤S1：重新划分汛期分期为前汛期、前过渡期、主汛期、后过渡期和后汛期；
[0008]步骤S2：水库原分期对应的各设计汛限水位作为相对应的汛期动态控制的极限下限值Z
x0
，
[0009]步骤S3：按分期设计洪水确定的汛限水位作为动态控制的建议下限值Z
s0
；
[0010]步骤S4：考虑预泄确定的汛限水位作为动态控制的极限上限值Z
x1
；
[0011]步骤S5：考虑预泄和洪水预报不确定性确定的汛限水位作为动态控制的建议上限值Z
s1
；
[0012]步骤S6：确定各分期汛限水位动态控制范围。
[0013]进一步的方案是，所述步骤S1中重新划分汛期分期具体步骤为：
[0014]以旬为单位，基于旬最大日流量、旬平均日流量、旬最大日雨量和旬雨量，运用K
‑
means聚类方法重新划分汛期分期。
[0015]进一步的方案是，所述步骤S2中将水库原分期对应的各设计汛限水位作为相对应的汛期动态控制的极限下限值Z
x0
具体步骤为：
[0016]当重新划分的汛期分期与水库原汛期分期时间段完全重合，原汛期分期对应的汛限水位作为汛期动态控制的极限下限值Z
x0
，当重新划分的汛期分期与水库汛期分期时间段
不完全重合，前汛期和后汛期选取原汛限水位较大值，前过渡期、主汛期和后过渡期选取原汛限水位较小值。
[0017]进一步的方案是，所述步骤S3中按分期设计洪水确定的汛限水位作为动态控制的建议下限值Z
s0
具体步骤为：
[0018]S31：对每个汛期分期的设计洪水假定不同起调的水位，水位值不小于Z
x0
；
[0019]S32：以步骤S31的起调水位，依据水量平衡方程和蓄泄方程进行洪水调节计算，逐时段试算，公式如下
[0020][0021]其中是时段平均入库流量，是时段平均出库流量，Δt是洪水过程时段时间，ΔV是水库时段蓄水变化量；q＝f(V)是蓄泄方程，反应泄流量q与蓄水量V之间的关系；
[0022]S33：重复上述步骤，选取满足防洪要求的最高起调水位作为该分期汛限水位的建议下限值Z
s0
。
[0023]进一步的方案是，所述步骤S4中考虑预泄确定的汛限水位作为动态控制的极限上限值Z
x1
具体步骤为：
[0024]步骤S41：建立预泄优化模型，使预泄流量最小，避免不必要的预泄流量，以q0表示预泄流量，目标函数如下：
[0025]min q0；
[0026]步骤S42：构建约束条件，约束条件包括蓄水量限制、水量平衡和泄流量限制；
[0027]①
蓄水量限制
[0028]V
min
≤v
t
≤V
max
[0029]其中v
t
是水库在时段t初的蓄水量，V
min
和V
max
分别是水库蓄水的下限和上限，V
min
取调洪的初始库容值V0，V
max
取水库按现有调洪规则得到的最高库水位相应库容；
[0030]②
水量平衡
[0031](Q
t
‑
q
t
)
·
Δt＝v
t+1
‑
v
t
[0032]v
t
和v
t+1
分别是水库在时段t初末的蓄水量，Q
t
是时段入库流量，q
t
是时段出库流量，Δt是时段时间长；
[0033]③
泄流量限制
[0034]水库调洪规则表示为
[0035]q
t
＝q
i
[0036]V
i
≤v
t
≤V
i+1
[0037]其中q
i
是第i级控泄流量，V
i
是第i级控泄蓄水量，V
i+1
是第i+1级控泄蓄水量，对上式引入0
‑
1变量δ，可等价转化为：
[0038][0039][0040][0041]步骤S43：试算不同起调水位，起调水位从大到小依次取值，采用Gurobi解算器求解预泄优化模型，当求得预泄值q0不超过安全泄量，对应的起调水位作为汛限水位动态控制的极限上限值Z
x1
。
[0042]进一步的方案是，所述步骤S5中考虑预泄和洪水预报不确定性确定的汛限水位作为动态控制的建议上限值Z
s1
具体步骤为：
[0043]步骤S51：建立预泄优化模型，使预泄流量最小，避免不必要的预泄流量，以q0表示预泄流量，目标函数如下：
[0044]min q0；
[0045]步骤S52：构建约束条件，约束条件包括蓄水量限制、水量平衡和泄流量限制；
[0046]①
蓄水量限制
[0047]V
min
≤v
t
≤V
max
[0048]其中v
t
是水库在时段t初的蓄水量，V
min
和V
max
分别是水库蓄水的下限和上限，V
min
取调洪的初始库容值V0，V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水库动态汛限水位制定方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤S1：重新划分汛期分期为前汛期、前过渡期、主汛期、后过渡期和后汛期；步骤S2：水库原分期对应的各设计汛限水位作为相对应的汛期动态控制的极限下限值Z
x0
，步骤S3：按分期设计洪水确定的汛限水位作为动态控制的建议下限值Z
s0
；步骤S4：考虑预泄确定的汛限水位作为动态控制的极限上限值Z
x1
；步骤S5：考虑预泄和洪水预报不确定性确定的汛限水位作为动态控制的建议上限值Z
s1
；步骤S6：确定各分期汛限水位动态控制范围。2.根据权利要求1所述的一种水库动态汛限水位制定方法，其特征在于，所述步骤S1中重新划分汛期分期具体步骤为：以旬为单位，基于旬最大日流量、旬平均日流量、旬最大日雨量和旬雨量，运用K
‑
means聚类方法重新划分汛期分期。3.根据权利要求1所述的一种水库动态汛限水位制定方法，其特征在于，所述步骤S2中将水库原分期对应的各设计汛限水位作为相对应的汛期动态控制的极限下限值Z
x0
具体步骤为：当重新划分的汛期分期与水库原汛期分期时间段完全重合，原汛期分期对应的汛限水位作为汛期动态控制的极限下限值Z
x0
，当重新划分的汛期分期与水库汛期分期时间段不完全重合，前汛期和后汛期选取原汛限水位较大值，前过渡期、主汛期和后过渡期选取原汛限水位较小值。4.根据根据权利要求1所述的一种水库动态汛限水位制定方法，其特征在于，所述步骤S3中按分期设计洪水确定的汛限水位作为动态控制的建议下限值Z
s0
具体步骤为：S31：对每个汛期分期的设计洪水假定不同起调的水位，水位值不小于Z
x0
；S32：以步骤S31的起调水位，依据水量平衡方程和蓄泄方程进行洪水调节计算，逐时段试算，公式如下其中是时段平均入库流量，是时段平均出库流量，Δt是洪水过程时段时间，ΔV是水库时段蓄水变化量；q＝f(V)是蓄泄方程，反应泄流量q与蓄水量V之间的关系；S33：重复上述步骤，选取满足防洪要求的最高起调水位作为该分期汛限水位的建议下限值Z
s0
。5.根据权利要求1所述的一种水库动态汛限水位制定方法，其特征在于，所述步骤S4中考虑预泄确定的汛限水位作为动态控制的极限上限值Z
x1
具体步骤为：步骤S41：建立预泄优化模型，使预泄流量最小，避免不必要的预泄流量，以q0表示预泄流量，目标函数如下：min q0；步骤S42：构建约束条件，约束条件包括蓄水量限制、水量平衡和泄流量限制；
①
蓄水量限制V
min
≤v
t
≤V
max
其中v
t
是水库在时段t初的蓄水量，V
min
和V
max
分别是水库蓄水的下限和上限，V
min
取调洪
的初始库容值V0，V
max
取水库按现有调洪规则得到的最高库水位相应库容；
②
水量平衡(Q
t
‑
q
t
)
·
Δt＝v
t+1
‑
v
t
v
t
和v
t+1
分别是水库在时段t初末的蓄水量，Q
t
是时段入库流量，q

【专利技术属性】
技术研发人员：王永文，康传雄，李二辉，白桦，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：