一种面向生态-供水-发电互馈与协同的水库水资源调度方案的计算方法技术

一种面向生态

【技术实现步骤摘要】
一种面向生态
‑
供水
‑
发电互馈与协同的水库水资源调度方案的计算方法


[0001]本专利技术涉及水库水资源优化调度方案的计算方法。

技术介绍

[0002]水文过程是河流生态系统的关键驱动因素，其受水库运行影响的水文改变通常被认为是河流及其相关生态系统最严重的威胁之一。目前，世界上的河流大约存在58000座大型水库(超过15m)，预计仍将建设3700座。事实上，水库在防洪、供水和发电等许多方面使人类社会受益。然而，水库在发电和供水等运行规则的驱动下显著改变了河道生态水文过程，破坏了河流周期性的自然干扰，扰乱了河流水文情势的自然特征，继而严重影响水生生物的生境和河岸带植被的空间分布格局和物种多样性。因此，受水量和水文情势的约束，生态、供水与发电三者之间呈现显著的竞争关系。近些年，虽然已开展大量关于水库生态调度的研究，但是仅从生态调度角度进行水库调度，难以实现生态、供水与发电三者之间用水平衡。从逐日尺度精细化开展面向生态
‑
供水
‑
发电回馈与协同的水库调度方法研究仍有不足。

技术实现思路

[0003]本专利技术是要解决现有的水库调度方法难以实现生态、供水与发电三者之间用水平衡的技术问题，而提供一种面向生态
‑
供水
‑
发电互馈与协同的水库水资源调度方案的计算方法。
[0004]本专利技术的面向生态
‑
供水
‑
发电互馈与协同的水库水资源调度方案的计算方法，按以下步骤实现：
[0005]一、收集流域建坝后入库和出库每日径流量，将入库的径流量作为自然流量，出库的流量作为人工流量，以入库和出库每日径流量作为计算水文情势指标改变的输入数据，采用水文改变指数探明流域水文情势，分析建坝前、后河道水文情势的改变度；
[0006]二、采用主成分分析法，根据各主成分的因子负载率，识别出水文改变指数中关键的生态指标；
[0007]三、以生态、供水和发电为目标函数，以日为时间步长，构建水库水资源多目标优化调度模型，并采用ARNSGA
‑
III算法对模型求解，得到水库水资源调度方案。
[0008]更进一步地，步骤一中所述的水文改变指数包含33个水文情势指标，分为6组。
[0009]组1包括1～12各月的月均流量，流量单位用m3/s来表示。
[0010]组2包括1天最大流量、3天最大流量、7天最大流量、30天最大流量、90天最大流量；1天最小流量、3天最小流量、7天最小流量、30天最小流量、90天最小流量和基流系数；其中流量单位用m3/s来表示，基流系数是用7天最小流量除以年均流量求得的。
[0011]组3包括最大流量日期和最小流量日期，它们是指年内的极端流量事件发生的时间。
[0012]组4包括高流量脉冲次数、高流量脉冲持续时间、低流量脉冲次数和低流量脉冲持续时间；其中高流量脉冲是指流量高于75％分位数的流量事件；低流量脉冲是指流量低于 25％分位数的流量事件。
[0013]组5包括流量上升率、流量下降率和流量翻转次数；其中流量上升率表征流量由下降转为上升的情况，流量下降率表征流量由上升转为下降的情况。
[0014]组6为无流量事件，水库每天都会向下游泄水，无流量事件较少出现。
[0015]更进一步地，将33个水文情势指标全部通过方程显性表达，使之可以直接应用于水库调度优化模型中，使水文情势指标更好的为水库调度服务；见公式1
‑
31。
[0016]组1的月均流量事件，分别用M1‑
M
12
表示1月
‑
12月的月平均流量；
[0017][0018]式中：M
k
为月平均流量(k＝1，2，
…
，12)，kt为第k个月的总天数；WH
t
为第t天水力发电量；WA
t
为第t天的弃水量。
[0019]组2的极值流量事件。用M
13
‑
M
17
表示最大流量事件，即M
13
表示1天最大流量、 M
14
表示3天最大流量、M
15
表示7天最大流量、M
16
表示30天最大流量、M
17
表示90天最大流量；用M
18
‑
M
22
表示最小流量事件，即M
18
表示表示1天最小流量、M
19
表示3天最小流量、M
20
表示7天最小流量、M
21
表示30天最小流量、M
22
表示90天最小流量；用 M
23
表示基流系数；其中
[0020]M
13
≥WH
t
+WA
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0021][0022][0023]M
14
≥temp3
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0024][0025]式中：M
13
为1天最大流量；M
14
为3天最大流量；temp3
i
为中间变量，i表示天数； M
14
‑
M
17
的计算方法类似，在M
15
中M
16
中以此类推。
[0026]M
18
≤WH
t
+WA
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0027][0028][0029]M
18
≤temp3
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0030][0031]M
18
‑
M
22
的计算方法类似，在M
19
中M
20
中以此类推。
[0032][0033]式中：M
20
为7天最小流量；M
23
为基流系数。
[0034]组3表示极值出现时间，M
24
表示最大流量出现的时间，M
25
表示最小流量出现的时间；
[0035][0036][0037]式中：M
24
为最大流量出现的时间；R1为很小的参数，R1≤10
‑4；Maxdate
t
为中间变量；
[0038][0039][0040]式中：M
25
为最小流量出现的时间；Mindate
t
为中间变量。
[0041]组4表示流量脉冲次数和持续时间，M
26
表示高流量脉冲次数；M
27
表示高流量脉冲持续时间；M
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向生态
‑
供水
‑
发电互馈与协同的水库水资源调度方案的计算方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、收集流域建坝后入库和出库每日径流量，将入库的径流量作为自然流量，出库的流量作为人工流量，以入库和出库每日径流量作为计算水文情势指标改变的输入数据，采用水文改变指数探明流域水文情势，分析建坝前、后河道水文情势的改变度；二、采用主成分分析法，根据各主成分的因子负载率，识别出水文改变指数中关键的生态指标；三、以生态、供水和发电为目标函数，以日为时间步长，构建水库水资源多目标优化调度模型，并采用ARNSGA
‑
III算法对模型求解，得到水库水资源调度方案。2.根据权利要求1所述的一种面向生态
‑
供水
‑
发电互馈与协同的水库水资源调度方案的计算方法，其特征在于步骤一中所述的水文改变指数包含33个水文情势指标，分为6组；组1包括1～12各月的月均流量，流量单位用m3/s来表示；组2包括1天最大流量、3天最大流量、7天最大流量、30天最大流量、90天最大流量；1天最小流量、3天最小流量、7天最小流量、30天最小流量、90天最小流量和基流系数；组3包括最大流量日期和最小流量日期；组4包括高流量脉冲次数、高流量脉冲持续时间、低流量脉冲次数和低流量脉冲持续时间；组5包括流量上升率、流量下降率和流量翻转次数；组6为无流量事件。3.根据权利要求1或2所述的一种面向生态
‑
供水
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发电互馈与协同的水库水资源调度方案的计算方法，其特征在于基流系数是用7天最小流量除以年均流量求得的。4.根据权利要求1或2所述的一种面向生态
‑
供水
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发电互馈与协同的水库水资源调度方案的计算方法，其特征在于高流量脉冲是指流量高于75％分位数的流量事件。5.根据权利要求1或2所述的一种面向生态
‑
供水
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发电互馈与协同的水库水资源调度方案的计算方法，其特征在于低流量脉冲是指流量低于25％分位数的流量事件。6.根据权利要求1或2所述的一种面向生态
‑
供水
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发电互馈与协同的水库水资源调度方案的计算方法，其特征在于将33个水文情势指标通过方程显性表达，具体如下：组1的月均流量事件，分别用M1‑
M
12
表示1月
‑
12月的月平均流量；式中：M
k
为月平均流量(k＝1，2，
…
，12)，kt为第k个月的总天数；WH
t
为第t天水力发电量；WA
t
为第t天的弃水量；组2的极值流量事件，用M
13
‑
M
17
表示最大流量事件，即M
13
表示1天最大流量、M
14
表示3天最大流量、M
15
表示7天最大流量、M
16
表示30天最大流量、M
17
表示90天最大流量；用M
18
‑
M
22
表示最小流量事件，即M
18
表示表示1天最小流量、M
19
表示3天最小流量、M
20
表示7天最小流量、M
21
表示30天最小流量、M
22
表示90天最小流量；用M
23
表示基流系数；其中M
13
≥WH
t
+WA
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)(2)M
14
≥temp3
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
式中：M
13
为1天最大流量；M
14
为3天最大流量；temp3
i
为中间变量，i表示天数；M
14
‑
M
17
的计算方法类似，在M
15
中M
16
中以此类推；M
18
≤WH
t
+WA
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)(7)M
18
≤temp3
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)M
18
‑
M
22
的计算方法类似，在M
19
中M
20
中以此类推；式中：M
20
为7天最小流量；M
23
为基流系数。组3表示极值出现时间，M
24
表示最大流量出现的时间，M
25
表示最小流量出现的时间；表示最小流量出现的时间；式中：M
24
为最大流量出现的时间；R1≤10
‑4；Maxdate
t
为中间变量；为中间变量；式中：M
25
为最小流量出现的时间；Mindate
t
为中间变量；组4表示流量脉冲次数和持续时间，M
26
表示高流量脉冲次数；M
27
表示高流量脉冲持续时间；M
28
表示低流量脉冲次数；M
29
表示高流量脉冲持续时间；Xhigh
t
＝Dhigh
t
‑
Dhigh
t
‑1(t＝2，3...365...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐鹏，唐晓宇，章光新，姜明，
申请(专利权)人：中国科学院东北地理与农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：