專利名稱：：一種面向河流生態(tài)流量維持的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于流域水資源管理領(lǐng)域，涉及一種面向河流生態(tài)流量維持的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
：水庫(kù)在滿足人類需求的同時(shí)，通過(guò)它的調(diào)度滿足河流生態(tài)流量的需求，是水庫(kù)調(diào)度的一項(xiàng)基本工作，也是河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的一項(xiàng)基本需求?，F(xiàn)有的面向河流生態(tài)流量維持的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方法只能有效的滿足河流的最小生態(tài)需水，即在確定河流最小生態(tài)需水量后，把該值作為水庫(kù)下泄的最小流量，在此基礎(chǔ)上對(duì)水庫(kù)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使供水量或發(fā)電量最大化。然而這種調(diào)度方式必然會(huì)造成水庫(kù)下游河道流量的單一化，進(jìn)而使得河流中洪水和枯水的減小或缺失。洪水和枯水是重要的生態(tài)脈沖，具有多種生態(tài)功能，比如洪水是多種魚類洄游、產(chǎn)卵的生命信號(hào)，其淹沒(méi)洪泛區(qū)為多種魚類提供必需的繁殖地，洪泛區(qū)和河道之間的聯(lián)通，促進(jìn)了兩者之間的營(yíng)養(yǎng)、水份、沉積物和能量的交換；枯水可實(shí)現(xiàn)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的生物的數(shù)量的有效限制，為競(jìng)爭(zhēng)力弱的生物提供生存機(jī)會(huì)。因此，現(xiàn)有生態(tài)流量調(diào)度方法難以充分保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)。一方面，洪水會(huì)造成人類的傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，另一方面，洪水是重要的水資源，必須對(duì)其進(jìn)行控制與合理利用。如何在保障人類的生命、財(cái)產(chǎn)安全并滿足人類對(duì)水的基本需求的基礎(chǔ)上，將洪水生態(tài)脈沖、枯水生態(tài)脈沖和最小生態(tài)需水相結(jié)合，滿足河流生態(tài)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)流量的需求，實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)的最大保護(hù)是現(xiàn)有面向河流生態(tài)流量維持的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方法未解決的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有面向河流生態(tài)流量維持的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的不足，本發(fā)明擬建立一種新的調(diào)度方法，該方法可在保障人類的生命、財(cái)產(chǎn)安全和滿足人類對(duì)水的基本需求的同時(shí)，滿足河流生態(tài)系統(tǒng)所需的洪水和枯水等生態(tài)流量要素，實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)的最大程度的保護(hù)。本發(fā)明所采用的方案如下首先，根據(jù)流量大小將水庫(kù)的入流流量分為四個(gè)區(qū)間，即運(yùn)用上調(diào)度曲線、下調(diào)度曲線和死庫(kù)容曲線將水庫(kù)的庫(kù)容分為四個(gè)區(qū)；然后，按照入流流量區(qū)間的不同和水庫(kù)庫(kù)容區(qū)間的不同制定出不同的供水和下泄規(guī)則，其中，當(dāng)流量位于包含了平灘流量的區(qū)間時(shí)，該入流量主要用于下泄，以維持河流健康所需的關(guān)鍵洪水生態(tài)脈沖；當(dāng)入流量位于枯水區(qū)間時(shí)，水庫(kù)減小下泄，以維持河流所需的枯水生態(tài)脈沖；當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度曲線以上的區(qū)時(shí)，水庫(kù)加大下泄，以保證水庫(kù)的防洪功能；當(dāng)入流位于各個(gè)入流區(qū)間、水位位于各個(gè)庫(kù)容區(qū)間時(shí)，采用不同的供水限制，以保證人類所需的基本供水需求；最后，為實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)的最大保護(hù)，運(yùn)用遺傳算法，以滿足規(guī)劃的供水保證率為基本約束，以減小河流水文情勢(shì)的擾動(dòng)為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)調(diào)度規(guī)則中的參數(shù)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，從而得出最優(yōu)的參數(shù)值。其具體的步驟如下1.水庫(kù)入流流量區(qū)間分割及參數(shù)范圍確定運(yùn)用多年日徑流數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出歷史最高洪峰流量(F1)；通過(guò)水文學(xué)或水力學(xué)方法計(jì)算確定河流的平灘流量(F2)，當(dāng)僅有水文數(shù)據(jù)時(shí)，可運(yùn)用對(duì)數(shù)-皮爾遜III型概率分布函數(shù)得出重現(xiàn)期為1.5年的洪水的洪峰流量作為平灘流量的近似值；計(jì)算確定水庫(kù)斷面多年日徑流量的第75百位數(shù)(F3)；計(jì)算多年日徑流量的第5百分位數(shù)，將其作為極枯水文狀態(tài)上限值(F4)；運(yùn)用多年日徑流數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出歷史最小日流量(F5)；采用三個(gè)數(shù)值M1JjPM3,將水庫(kù)日入流(F)分為四個(gè)區(qū)間F彡M1(區(qū)間1);M2^F<M1(區(qū)間2);M3彡F<M2(區(qū)間3)；F<M3(區(qū)間4)；M1,M2和M3的范圍分別為:F2+Q<M1<F1；F3<M2<F2+Q;F5<M3<F4，其中Q為水庫(kù)各個(gè)月內(nèi)規(guī)劃的供水量的最大值。2.水庫(kù)空間分區(qū)及參數(shù)范圍確定運(yùn)用兩條水庫(kù)調(diào)度曲線(上調(diào)度曲線和下調(diào)度曲線)和死庫(kù)容線將水庫(kù)分為四個(gè)區(qū)(圖1)，分別稱為泄洪區(qū)、正常供水區(qū)、減縮供水區(qū)和禁止供水區(qū)。為了保持水庫(kù)的防洪功能，上調(diào)度曲線采用各個(gè)水庫(kù)已有的曲線，在本發(fā)明中保持不變。死庫(kù)容線與水庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)相關(guān)，在本發(fā)明中也保持不變。下調(diào)度曲線可以通過(guò)6個(gè)參數(shù)來(lái)表示，其中兩個(gè)參數(shù)用來(lái)表示曲線的上、下水位高度(X1和X2)，另外四個(gè)參數(shù)用來(lái)表示曲線轉(zhuǎn)折的時(shí)間0\，Τ2，Τ3和1\)。水位高度參數(shù)XpX2和時(shí)間參數(shù)Ti(i=1，2，...，4)的范圍為MAXlevel>X1>X2>MINlevel和1<T1<T2<T3<T4<36。式中，MAXlevel和MINlevel分別為水庫(kù)最高和最低允許水位。3.確定河流最小生態(tài)需水量通過(guò)水文學(xué)、水力學(xué)或生態(tài)模擬等方法確定河流的最小生態(tài)需水量，當(dāng)僅有水文數(shù)據(jù)時(shí)，可采用Termant法確定。4.水庫(kù)調(diào)度規(guī)則構(gòu)建將入流流量分區(qū)和水庫(kù)空間分區(qū)相結(jié)合，同時(shí)融合河流最小生態(tài)需水，制定以下利于滿足河流的洪水、枯水等各個(gè)生態(tài)流量要素需求并同時(shí)兼顧人類需求的水庫(kù)調(diào)度規(guī)則1)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間1，即F彡M1時(shí)，水庫(kù)調(diào)度的主要目標(biāo)是向水庫(kù)蓄水和向人類供水，具體的調(diào)度規(guī)則為·當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量；·當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水；此時(shí)水庫(kù)下泄流量等于該入流區(qū)間的下限值M1減去從水庫(kù)中的取水量；·當(dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄；2)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間2，即M2彡F<F<M1時(shí)，水庫(kù)調(diào)度的主要目標(biāo)是滿足河流洪水生態(tài)脈沖的需求和向人類供水，具體的調(diào)度規(guī)則為·當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量；·當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水，并把正常供水后剩余的當(dāng)日入流量全部下泄，用于滿足河流洪水生態(tài)脈沖的需求；·當(dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄；3)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間3，即M3<F<M2時(shí)，水庫(kù)調(diào)度的主要目標(biāo)是蓄水和向人類供水，具體的調(diào)度規(guī)則為·當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量；此時(shí)如果水庫(kù)的實(shí)際下泄流量不能滿足最小生態(tài)需水，需要加大下泄以滿足最小生態(tài)需水；·當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和下調(diào)度線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水；同樣，此時(shí)水庫(kù)下泄只需滿足最小生態(tài)需水；·當(dāng)水庫(kù)水位位于下調(diào)度線和死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)供水減小α%；同樣，水庫(kù)下泄需保證最小生態(tài)需水；·當(dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄；4)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間4，即F<M3時(shí)，水庫(kù)調(diào)度的主要目標(biāo)是滿足枯水生態(tài)脈沖需求和向人類供水，具體的調(diào)度規(guī)則為·當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量；·當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和下調(diào)度線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水，且水庫(kù)下泄流量等于當(dāng)日入流量與規(guī)劃的下游取水量之和；·當(dāng)水庫(kù)水位位于下調(diào)度線和死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)供水減小α%；同樣，將當(dāng)日入流量與規(guī)劃的下游取水量的(l-α)%之和作為下泄流量；·當(dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄；其中α為參數(shù)，并且0<α<100。5.水庫(kù)調(diào)度目標(biāo)量化本發(fā)明采用變化范圍法(RangeofVariabilityApproach，RVA)衡量河流水文情勢(shì)擾動(dòng)程度。該方法首先選取了32個(gè)具有重要生態(tài)意義的水文指標(biāo)(表1)，并運(yùn)用公式(1)確定各個(gè)指標(biāo)的水文擾動(dòng)程度Dm，然后運(yùn)用公式(2)求出這32個(gè)指標(biāo)的水文情勢(shì)擾動(dòng)程度的算術(shù)平均值D。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(2)式中Dm是第m個(gè)水文指標(biāo)的擾動(dòng)程度；Na,m是人為擾動(dòng)后第m個(gè)水文指標(biāo)的數(shù)值落在其目標(biāo)變化范圍的次數(shù)；Nb,m是人為擾動(dòng)前該水文擾動(dòng)指標(biāo)的數(shù)值落在其目標(biāo)變化范圍的次數(shù)；D為水文情勢(shì)的平均擾動(dòng)程度。同時(shí)，水庫(kù)的調(diào)度需滿足人類所需的供水保證率。水庫(kù)供水的供水保證率S可通過(guò)公式(3)計(jì)算。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中N表示水庫(kù)供水的年數(shù)，RRab表示第b年中第a天的實(shí)際供水量，PRab表示第b年中第a天的規(guī)劃供水量，T表示第b年的天數(shù)。水庫(kù)調(diào)度需要同時(shí)考慮人類的需求和河流生態(tài)保護(hù)的需求。本發(fā)明將水庫(kù)調(diào)度的目標(biāo)量化為在滿足規(guī)劃的供水保證率的前提下，使河流水文情勢(shì)擾動(dòng)值D最小，可用式(4)和(5)表示。根據(jù)河流生態(tài)需水理論，河流的水文情勢(shì)擾動(dòng)越小，生態(tài)流量維持的效果越好，河流生態(tài)系統(tǒng)越健康。L=Min(D)(4)s.t.R^R0(5)6.水庫(kù)調(diào)度參數(shù)優(yōu)化采用遺傳算法，以河流水文擾動(dòng)程度D最小化為目標(biāo)，對(duì)水庫(kù)的調(diào)度曲線參數(shù)Xi(i=1,2)和1^_(」=1，2，...，4)以及入流流量區(qū)間分割參數(shù)Mk(k=1，2，3)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，按照步驟4中建立的調(diào)度規(guī)則，對(duì)不同參數(shù)下的水庫(kù)運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，得出不同參數(shù)下的實(shí)際供水保證率R和水文情勢(shì)擾動(dòng)D值，進(jìn)而得出實(shí)際供水保證率不小于Rtl且能使D值最小的調(diào)度參數(shù)值。遺傳算法中個(gè)體的形式為I=[X1,X2,T1,T2,T3,T4,M1,M2,M3]。本發(fā)明具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)1)通過(guò)流量區(qū)間的分割，根據(jù)入流量所在的流量區(qū)間調(diào)整下泄規(guī)則，能夠維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康所需的關(guān)鍵洪水和枯水生態(tài)脈沖，可以更有效的保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)健康；2)將規(guī)劃的供水保證率作為約束，通過(guò)遺傳算法對(duì)調(diào)度方法進(jìn)行優(yōu)化，在滿足供水保證率的前提下，可以實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的最大保護(hù)。圖1為面向河流生態(tài)流量維持的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方法確定過(guò)程的流程圖；圖2為水庫(kù)庫(kù)容分區(qū)圖示例。具體實(shí)施例方式下面以某流域的一個(gè)水庫(kù)為實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。(1)水庫(kù)入流流量區(qū)間分割及參數(shù)范圍確定運(yùn)用多年日徑流數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出歷史最高洪峰流量F1為295.08m3/s,運(yùn)用對(duì)數(shù)_皮爾遜III型概率分布函數(shù)得出重現(xiàn)期為1.5年的洪水的洪峰流量為42.38m3/s作為平灘流量F2,水庫(kù)斷面多年日徑流量的第75百分位數(shù)F3為6.43m7s，多年日徑流量的第5百分位數(shù)F4為0.57m3/s,歷史最小日流量F5為0.27m3/s；采用三個(gè)數(shù)值M1J2和M3,將水庫(kù)日入流(F)分為四個(gè)區(qū)間=F^M1(區(qū)間1);M2^F<M1(區(qū)間2)；M3^F<M2(區(qū)間3);F<M3(區(qū)間4)；各個(gè)月的規(guī)劃的供水量Q相同都為5.79m3/s。M1,M2和M3的范圍分別為:F2+Q<M1<F1；F3<M2<F2+Q；F5<M3<F40(2)水庫(kù)空間分區(qū)及參數(shù)范圍確定運(yùn)用兩條水庫(kù)調(diào)度曲線(上調(diào)度曲線和下調(diào)度曲線)和死庫(kù)容曲線將水庫(kù)分為四個(gè)區(qū)。上調(diào)度曲線和死庫(kù)容曲線采用水庫(kù)原有值，在本實(shí)施例中不變，下調(diào)度曲線用6個(gè)參數(shù)來(lái)表示，其中兩個(gè)參數(shù)用來(lái)表示曲線的上、下水位高度(X1和X2)，另外四個(gè)參數(shù)用來(lái)表示曲線轉(zhuǎn)折的時(shí)間0\，Τ2，Τ3*Τ4)。水庫(kù)最高和最低允許水位分別為107.86m和85.26m。水位高度參數(shù)XpX2和時(shí)間參數(shù)Ti(i=1,2,...,4)需滿足的約束條件為107.86>X1>X2>85.26和1彡T1<T2<T3<T4彡36。(3)采用Termant法確定該水庫(kù)下游河道的最小生態(tài)需水量，結(jié)果見(jiàn)表2。(4)構(gòu)建調(diào)度規(guī)則1)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間1時(shí)，調(diào)度規(guī)則為·當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量；當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水。此時(shí)水庫(kù)下泄流量等于該入流區(qū)間的下限值M1減去從水庫(kù)中的取水量；·當(dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄；2)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間2時(shí)，調(diào)度規(guī)則為·當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量；·當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水，并把正常供水后剩余的當(dāng)日入流量全部下泄，用于滿足河流洪水生態(tài)脈沖的需求；·當(dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄。3)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間3時(shí)，調(diào)度規(guī)則為·當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量。此時(shí)如果水庫(kù)的實(shí)際下泄流量低于最小生態(tài)需水，需要加大下泄以滿足最小生態(tài)需水；·當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和下調(diào)度線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水。同樣，此時(shí)水庫(kù)下泄只需滿足最小生態(tài)需水；當(dāng)水庫(kù)水位位于下調(diào)度線和死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)供水減小20%。同樣，水庫(kù)下泄需保證最小生態(tài)需水；·當(dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄。4)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間4，調(diào)度規(guī)則為·當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量；·當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和下調(diào)度線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水，且水庫(kù)下泄流量等于當(dāng)日入流量與規(guī)劃的下游取水量之和；當(dāng)水庫(kù)水位位于下調(diào)度線與死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)供水減小20%。同樣，將當(dāng)日入流量與規(guī)劃的下游取水量的80%之和作為下泄流量?！ぎ?dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄。(5)調(diào)度目標(biāo)量化本實(shí)施例中的供水保證率設(shè)為70%，水庫(kù)調(diào)度的目標(biāo)量化為在實(shí)際的供水保證率不小于70%的前提下，使河流水文情勢(shì)擾動(dòng)值D最小，可用式(4)和(5)表示。(6)調(diào)度參數(shù)優(yōu)化調(diào)度規(guī)則中的參數(shù)為Xi(i=1,2),Tj(j=1,2,...,4)和Mk(k=1，2，3)，本發(fā)明采用遺傳算法對(duì)這些參數(shù)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，確定最優(yōu)的水庫(kù)調(diào)度方法，遺傳算法的種群個(gè)數(shù)設(shè)為500，進(jìn)化代數(shù)也為1000，具體的計(jì)算步驟為步驟1實(shí)數(shù)編碼。遺傳算法中個(gè)體的形式為I=[XijX2jTijT2jT3jT4jMijM2jM3],實(shí)數(shù)編碼采用線性變換將各個(gè)優(yōu)化變量對(duì)應(yīng)到W，l]區(qū)間上的隨機(jī)數(shù)；步驟2:生成初始父代個(gè)體。在可行域范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生η個(gè)初始父代群體；步驟3水庫(kù)運(yùn)行模擬及適應(yīng)度評(píng)價(jià)。分別按照上一步生成的η個(gè)初始父代個(gè)體代表的水庫(kù)入流流量分區(qū)和水庫(kù)庫(kù)容分區(qū)進(jìn)行水庫(kù)的運(yùn)行模擬，得出各個(gè)個(gè)體對(duì)應(yīng)的供水保證率R和實(shí)際水文情勢(shì)擾動(dòng)D。當(dāng)實(shí)際供水保證率R大于或等于70%時(shí)，將D的倒數(shù)作為適應(yīng)度值，而當(dāng)實(shí)際供水保證率R小于70%時(shí)，適應(yīng)度值設(shè)置為0，適應(yīng)度值越大說(shuō)明該個(gè)體的適應(yīng)能力越強(qiáng)；步驟4選擇操作。把已有父代個(gè)體按其對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度值從小到大排序，從這些父代個(gè)體中，用轉(zhuǎn)輪方法進(jìn)行個(gè)體選擇；步驟5交叉和變異操作；步驟6進(jìn)化迭代。由上步得到的子代個(gè)體作為新的父代個(gè)體，轉(zhuǎn)入遺傳算法的步驟3，進(jìn)入下一代進(jìn)化過(guò)程，重新評(píng)價(jià)、選擇、交叉和變異，如此循環(huán)，直到迭代次數(shù)達(dá)到1000次終止；遺傳算法在運(yùn)行450代后達(dá)到穩(wěn)定，可以得到各個(gè)參數(shù)的最優(yōu)值為X1=100.37，X2=99.24，T1=14，T2=20，T3=26，T4=30，M1=56.83，M2=22.45，M3=0.52，對(duì)應(yīng)的生態(tài)目標(biāo)值D為0.53。將這些優(yōu)化出來(lái)的參數(shù)值代入建立的調(diào)度規(guī)則中，即為最優(yōu)的水庫(kù)調(diào)度方法。表1變化范圍法的水文指標(biāo)表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2各月最小生態(tài)需水量(m3/s)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求一種面向河流生態(tài)流量維持的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方法，其確定步驟如下(1)水庫(kù)入流流量區(qū)間分割及參數(shù)范圍確定運(yùn)用多年日徑流數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出歷史最高洪峰流量(F1)；通過(guò)水文學(xué)或水力學(xué)方法確定出河流的平灘流量(F2)；計(jì)算出多年日徑流量的第75百分位數(shù)(F3)；計(jì)算出多年日徑流量的第5百分位數(shù)(F4)；統(tǒng)計(jì)出歷史最小日流量(F5)；采用三個(gè)數(shù)值M1、M2和M3，將水庫(kù)日入流(F)分為四個(gè)區(qū)間F≥M1(區(qū)間1)；M2≤F＜M1(區(qū)間2)；M3≤F＜M2(區(qū)間3)；F＜M3(區(qū)間4)；M1，M2和M3的范圍分別為F2+Q＜M1＜F1；F3＜M2＜F2+Q；F5＜M3＜F4，其中Q為水庫(kù)各個(gè)月內(nèi)規(guī)劃的供水量的最大值；(2)水庫(kù)空間分區(qū)及參數(shù)范圍確定運(yùn)用兩條水庫(kù)調(diào)度曲線(上調(diào)度曲線和下調(diào)度曲線)和死庫(kù)容曲線將水庫(kù)分為四個(gè)區(qū)；調(diào)度曲線用六個(gè)參數(shù)來(lái)表示，其中兩個(gè)參數(shù)用來(lái)表示曲線的上、下水位高度(X1和X2)，另外四個(gè)參數(shù)用來(lái)表示曲線轉(zhuǎn)折的時(shí)間(T1，T2，T3和T4)；水位高度參數(shù)Xi(i＝1，2)和時(shí)間參數(shù)Tj(j＝1，2，...，4)的范圍分別為MAXlevel＞X1＞X2＞MINlevel和1≤T1＜T2＜T3＜T4≤36；式中，MAXlevel和MINlevel分別為水庫(kù)最高和最低允許水位；(3)通過(guò)水文學(xué)、水力學(xué)、生態(tài)模擬等方法確定河流的最小生態(tài)需水量；(4)水庫(kù)調(diào)度規(guī)則構(gòu)建將入流流量分區(qū)和水庫(kù)空間分區(qū)相結(jié)合，同時(shí)融合河流最小生態(tài)需水，制定以下利于滿足河流的洪水、枯水等各個(gè)生態(tài)流量要素需求并同時(shí)兼顧人類需求的水庫(kù)調(diào)度規(guī)則1)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間1，即F≥M1時(shí)，水庫(kù)調(diào)度的主要目標(biāo)是向水庫(kù)蓄水和向人類供水，具體的調(diào)度規(guī)則為●當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量；●當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水；此時(shí)水庫(kù)下泄流量等于該入流區(qū)間的下限值M1減去從水庫(kù)中的取水量；●當(dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄；2)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間2，即M2≤F＜M1時(shí)，水庫(kù)調(diào)度的主要目標(biāo)是滿足河流洪水生態(tài)脈沖的需求和向人類供水，具體的調(diào)度規(guī)則為●當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量；●當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水，并把正常供水后剩余的當(dāng)日入流量全部下泄，用于滿足河流洪水生態(tài)脈沖的需求；●當(dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄；3)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間3，即M3≤F＜M2時(shí)，水庫(kù)調(diào)度的主要目標(biāo)是蓄水和向人類供水，具體的調(diào)度規(guī)則為●當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量；此時(shí)如果水庫(kù)的實(shí)際下泄流量不能滿足最小生態(tài)需水，需要加大下泄以滿足最小生態(tài)需水；●當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和下調(diào)度線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水；同樣，此時(shí)水庫(kù)下泄只需滿足最小生態(tài)需水；●當(dāng)水庫(kù)水位位于下調(diào)度線和死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)供水減小α％；同樣，水庫(kù)下泄需保證最小生態(tài)需水；●當(dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄；4)當(dāng)水庫(kù)的上一日入流流量位于區(qū)間4，即F＜M3時(shí)，水庫(kù)調(diào)度的主要目標(biāo)是滿足枯水生態(tài)脈沖需求和向人類供水，具體的調(diào)度規(guī)則為●當(dāng)水庫(kù)水位高于上調(diào)度線時(shí)，通過(guò)溢洪道泄流使水庫(kù)的水位降到上調(diào)度線水位，并向用水戶提供規(guī)劃的水量；●當(dāng)水庫(kù)水位位于上調(diào)度線和下調(diào)度線之間時(shí)，水庫(kù)正常供水，且水庫(kù)下泄流量等于當(dāng)日入流量與規(guī)劃的下游取水量之和；●當(dāng)水庫(kù)水位位于下調(diào)度線和死庫(kù)容線之間時(shí)，水庫(kù)供水減小α％；同樣，將當(dāng)日入流量與規(guī)劃的下游取水量的(1-α)％之和作為下泄流量；●當(dāng)水庫(kù)水位低于死庫(kù)容線時(shí)，水庫(kù)不供水也不下泄；其中α為參數(shù)，并且0＜α＜100；(5)水庫(kù)調(diào)度目標(biāo)量化采用變化范圍法(RangeofVariabilityApproach，RVA)量化河流水文情勢(shì)的擾動(dòng)(D)；將滿足規(guī)劃的供水保證率作為調(diào)度的主要約束；水庫(kù)調(diào)度的目標(biāo)量化為在滿足規(guī)劃的供水保證率的前提下，使水文情勢(shì)擾動(dòng)(D)最小化；(6)水庫(kù)調(diào)度參數(shù)優(yōu)化采用遺傳算法，以使水文情勢(shì)擾動(dòng)(D)最小化為目標(biāo)，對(duì)水庫(kù)的調(diào)度曲線參數(shù)Xi(i＝1，2)和Tj(j＝1，2，...，4)以及入流流量區(qū)間分割參數(shù)Mk(k＝1，2，3)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，按照步驟4中構(gòu)建的調(diào)度規(guī)則，對(duì)不同優(yōu)化參數(shù)下的水庫(kù)運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，得出不同參數(shù)下的實(shí)際供水保證率D和實(shí)際水文情勢(shì)擾動(dòng)，進(jìn)而得出實(shí)際供水保證率不小于規(guī)劃供水保證率且能使D值最小的調(diào)度參數(shù)值，即為滿足規(guī)劃供水保證率的最優(yōu)的水庫(kù)調(diào)度方法。全文摘要一種面向河流生態(tài)流量維持的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方法，根據(jù)流量大小將水庫(kù)的入流流量分為四個(gè)區(qū)間，運(yùn)用上調(diào)度曲線、下調(diào)度曲線和死庫(kù)容曲線將水庫(kù)的庫(kù)容分為四個(gè)區(qū)間，并制定出入流在不同流量區(qū)間、水位位于不同庫(kù)容區(qū)間的不同的供水和下泄規(guī)則。當(dāng)流量位于包含了平灘流量的區(qū)間時(shí)，對(duì)該入流量在滿足供水需求后全部用于滿足河流生態(tài)流量；當(dāng)入流位于最小流量區(qū)間時(shí)，水庫(kù)減小下泄，維持河流枯水生態(tài)脈沖；當(dāng)水位位于上調(diào)度曲線以上的區(qū)間時(shí)，水庫(kù)加大下泄，以保證防洪功能；其次，采用變化范圍法量化調(diào)度的目標(biāo)值，以滿足規(guī)劃的供水保證率為約束，運(yùn)用遺傳算法，對(duì)調(diào)度規(guī)則中的參數(shù)進(jìn)行同時(shí)優(yōu)化，得出滿足規(guī)劃保證率下的最優(yōu)的調(diào)度參數(shù)。文檔編號(hào)G06F19/00GK101833609SQ20101012711公開(kāi)日2010年9月15日申請(qǐng)日期2010年3月18日優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日發(fā)明者尹心安,楊志峰,楊薇,陳賀申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)