[发明专利]兼顾人类和生态需求的供水型水库调度图优化确定方法

说明书

技术领域

本发明属于水资源保护和水资源管理领域，涉及一种供水型水库调度图优化确定方法，尤其是兼顾人类和生态需求的供水型水库调度图的优化确定方法。

背景技术

水库调度图是指导水库运行调度的最常用工具，制定合理的水库调度图可以提高水库的社会经济效益并能有效的保护河流生态系统。制定水库调度图的方法可以分为两类：模拟法和优化法。模拟方法是从历史实测径流数据中选出若干与水库供水或发电设计保证率相应的水文过程，以水库特征水位为边界条件进行径流调节模拟，得出各水文过程的蓄水过程线，进而确定多条水库调度曲线。优化方法是以水库的运行效益最大化为目标，运用某种数学优化算法对调度图的参数进行调整，得到各个参数的最优值，从而确定出水库调度图（Chen Li. Real-coded genetic algorithm optimization of long-term reservoir operation [J]. Journal of the American Water Resources Association, 2003, 39(5): 1157-1165; 尹正杰，胡铁松，吴运卿. 基于多目标遗传算法的综合利用水库优化调度图求解[J]. 武汉大学学报(工学版), 2005, 38(6): 40-44; Chang Fi-John, Chen Li, Chang Li-Chiu. Optimizing the reservoir operating rule curves by genetic algorithms [J]. Hydrological Processes, 2005, 19: 2277-2289）。现行的水库调度图优化方法是以提高水库的供水和发电效益为目标，可有效的提高水库的社会经济效益，但并没有考虑河流生态系统保护的需求，会造成河流生态系统的退化，同时难以保证社会经济和生态的综合效益最大化。有必要建立一种新的水库调度图优化确定方法，基于此方法制定的水库调度图能保证水库的运行不会造成河流生态系统的剧烈退化，并使水库运行带来的社会经济和生态的综合效益最大化。

发明内容

针对现有水库调度图的优化确定方法难以实现河流生态系统保护并难以保证社会经济和生态的综合效益最大化的问题，本发明要解决的技术问题是建立一种新的水库调度图优化确定方法，基于此方法制定的调度图能保证水库的运行不会造成河流生态系统的剧烈退化，并使水库运行带来的社会经济和生态的综合效益最大化。

本发明解决这些技术问题所采用的技术方案如下：在确定了河流最小生态需水并确定了合适的河流水文情势扰动指数及其阈值的基础上，将河流最小生态需水和水库调度曲线相结合制定水库的调度规则，然后分别确定水库调度的生态效益目标和社会经济效益目标度量方法，并采用折衷规划法将社会经济效益目标和生态效益目标转化为一个生态社会经济总效益目标，采用遗传算法对调度图的参数进行优化，得出水文情势扰动程度在阈值范围内的能使生态社会经济总效益最大的参数组合。该参数组合对应的调度图，即为能使人类和生态的综合效益最大化且保证河流生态系统健康的最优调度图。其具体的步骤如下：

1. 采用Tennant法确定河流最小生态需水量

采用Tennant法确定河流最小生态需水量，即河流最小生态需水量等于河流年平均径流量的10%。

2. 选取河流水文情势扰动指数并确定其阈值

采用AAPFD（amended annual proportional flow deviation）指数衡量河流水文情势扰动程度，将AAPFD指数小于5作为保证河流生态系统健康的河流水文情势扰动阈值。AAPFD指数的定义如下：

                                              （1）

式中，M表示时间序列的年数，C_kj表示第j年第k月的实际流量; N_kj表示第j年第k月的天然流量;表示第j年的平均天然月径流量。

3. 建立水库调度规则