【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水库生态调度，尤其是涉及一种兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法。
技术介绍
1、水库调度是实现水资源优化配置、满足人类多种需求的重要途径。近年来大型综合性水库比例逐渐上升，开始形成梯级水库等库群系统，这些水库规模日益复杂，运行目标从单一需求向防洪、供水、发电、航运、生态等多重需求兼顾的多元化开发运行转变。但是，水库系统建设运行后导致下游河道水文节律发生了较大变化，引发流量过程坦化、鱼类产卵所需洪水脉冲减弱等生态困境，从而造成产漂流性鱼类资源显著衰退，生态系统整体服务功能劣化。因此需要将促进产漂流性鱼类产卵需求整合在梯级水库调度管理中，协调处理好生态需求与发电效益之间的关系成为了水库生态调度的核心问题之一。
2、梯级水库生态需求和发电兴利需求之间存在极为复杂的非对称竞争关系，当前对梯级水库优化调度的研究主要集中于生态流量过程的确定及多目标优化建模，即构建生态目标并通过多目标优化和决策模型得到生态和发电之间的协调折中方案。但是多目标优化模型基于假设的单一决策主体的集中式决策模式，将促进产漂流性鱼类产卵这类生态需求和发电需求之间的竞争关系描述为帕累托前沿上的非劣关系，然而没有考虑到以下问题：①调度实践中，生态及发电等调度目标背后是相对应的利益主体，这些主体参与决策并实施调度策略，确保实现各自的调度目标，满足自身利益需求，而非存在一个集中式决策者进行统一决策；②水库调度管理中存在“兴利服从防洪，兴利服从生态”这类层级式管理结构特征，而多目标模型中调度目标仅有重要性差异，无法反映调度决策主体构成的二
3、因此，实有必要设计一种兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，以克服上述问题。
技术实现思路
1、为了避免上述问题，提供了一种兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，用以解决现有技术中无法考虑梯级水库生态调度中多利益相关主体之间层级式竞争关系对调度策略的影响，以实现构建更符合实际管理结构的促进产漂流性鱼类产卵的生态调度策略的目的。
2、本专利技术提供的一种兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，包括如下步骤：
3、步骤1，确定环保部门和发电部门在梯级水库调度中的权限以及二者之间的关系；
4、步骤2，基于生态水力学方法量化典型产漂流性鱼类产卵的适宜生态流量，构造环保部门的调度目标；
5、步骤3，基于二层规划理论构建兼顾发电效益和促进产漂流性鱼类产卵的梯级水库生态优化调度模型；
6、步骤4，结合二层嵌套算法与直接策略搜索方法对生态优化调度模型进行优化求解，得到梯级水库促进产漂流性鱼类产卵生态调度策略。
7、优选地，步骤1中，环保部门和发电部门在梯级水库调度中的权限以及二者之间的关系如下：
8、环保部门的目标是产漂流性鱼类产卵效果最优，负责组织、管理和监督梯级水库的生态调度，拥有确定并发布梯级水库生态调度策略的权限；发电部门的目标是尽可能提高梯级水库发电量以获取最大发电收益，负责协调各方需求来制定发电运行调度策略，来执行接收到的各类调度指令；二者之间存在具有二层竞争关系，为二层规划结构，在鱼类产卵期间，环保部门为上层，发电部门为下层。
9、优选地，步骤2中，典型产漂流性鱼类产卵适宜生态流量的量化方法如下：
10、2.1收集目标江段典型产漂流性鱼类的产卵地点、时间及产卵数量；
11、2.2采用mike 21fm建立典型产漂流性鱼类产卵栖息地的平面二维水动力模型，并以实际水文资料确定边界条件，使用mesh generator工具将模拟区域划分为u个局部加密的三角网格，模拟典型产漂流性鱼类产卵繁殖期间栖息地水动力分布特征；
12、2.3将水深、流速作为典型产漂流性鱼类产卵生境的水动力影响因子，河道地质作为典型产漂流性鱼类产卵生境的环境影响因子，与栖息地适宜性指标形成关联，制定适宜度标准量化典型产漂流性鱼类对栖息地各个因素的适宜程度，量化各个因素的栖息地适合度指数，计算得到组合适合度因子csf(combined suitability factor)，绘制出适用于典型产漂流性鱼类产卵繁殖的生境适宜性曲线；
13、2.4输入目标江段各个代表性断面的大断面资料、相对距离及对应的水位和流速，作为水动力学模型的边界条件，通过模型模拟得到断面各分区的水深与流速；
14、2.5耦合水动力学模型与典型产漂流性鱼类生境适宜性曲线，构建物理栖息地模型(phabsim模型)，通过结合水力学模型模拟的水深、流速及生境适宜性曲线给出的适宜度指数，进行物理栖息地模拟，计算目标江段不同流量下的加权可利用面积wua(weightedusable area)，计算方法如下：
15、
16、csf(vu,hu,cu)＝f(vu)×f(hu)×f(cu)
17、式中：
18、csf(vu,hu,cu)是第u个网格的组合适宜值，u为1到u；au是第u个网格的水平面积；f(vu)是第u个网格的流速；f(hu)是第u个网格的水深；f(cu)是第u个网格的底质。
19、优选地，步骤3中，梯级水库生态优化调度模型结构包括上层环保部门的追求最优产漂流性鱼类产卵效果模型和下层发电部门的追求最优发电效益模型，梯级水库生态优化调度模型的表达式为：
20、
21、式中：
22、上层目标函数f：re为梯级水库促进产漂流性鱼类产卵的生态效益，表示为下游河道目标鱼类所需的适宜生态流量契合度最优，即在按照优化的生态和发电调度规则进行调度时，统计调度期内梯级水库逐时段下泄流量与生态流量之间差值的绝对值，并求其均值；所述梯级水库下游河道鱼类产卵所需的适宜生态流量为所述梯级水库下泄流量为t为计算时段总数；δ为契合度惩罚系数，其取值方法如下：令和分别为适宜生态流量的下限及上限，当处于生态流量范围内时，即取δ＝1；当处于生态流量范围外时，即or取δ＝2；
23、下层目标函数f：eavg为梯级水库的发电效益，定义为多年平均发电量；ni,t为t时段水库i的出力；ηi为水库i的电站综合出力系数；hi,t为t时段水库i的发电净水头；qi,t为t时段水库i的发电流量；n为年数；m为梯级水库数量；
24、上层决策变量x＝(xi,1,xi,2,…,xi,k)为梯级水库促进产漂流性鱼类产卵的生态调度规则，xi,k表示水库i逐旬的生态流量控制水位，该水位位于水库死水位和正常蓄水位之间，其他各时段默认控制线均匀上升；
25、下层决策变量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1中所述的一种兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，其特征在于：步骤1中，环保部门和发电部门在梯级水库调度中的权限以及二者之间的关系如下：
3.如权利要求1中所述的兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，其特征在于：步骤2中，典型产漂流性鱼类产卵适宜生态流量的量化方法如下：
4.如权利要求1中所述的兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，其特征在于：步骤3中，梯级水库生态优化调度模型结构包括上层环保部门的追求最优产漂流性鱼类产卵效果模型和下层发电部门的追求最优发电效益模型，梯级水库生态优化调度模型的表达式为：
5.如权利要求4中所述的兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，其特征在于：步骤4中生态优化调度模型的优化求解方法如下：
6.如权利要求5中所述的兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，其特征在于：步骤4.1具体包括：
7.如权利要求5中所述的兼顾产漂流
...【技术特征摘要】
1.一种兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1中所述的一种兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，其特征在于：步骤1中，环保部门和发电部门在梯级水库调度中的权限以及二者之间的关系如下：
3.如权利要求1中所述的兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，其特征在于：步骤2中，典型产漂流性鱼类产卵适宜生态流量的量化方法如下：
4.如权利要求1中所述的兼顾产漂流性卵鱼类产卵水文需求的梯级水库决策方法，其特征在于：步骤3中，梯级...
【专利技术属性】
技术研发人员：张启凡，李妍清，戴凌全，姜伟，徐长江，张冬冬，李莎，苏巍，胡凡旭，党莹超，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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