[发明专利]一种面向河流生态流量维持的水库优化调度方法

权利要求书

1.一种面向河流生态流量维持的水库优化调度方法，其确定步骤如下：

(1)水库入流流量区间分割及参数范围确定

运用多年日径流数据，统计出历史最高洪峰流量(F₁)；通过水文学或水力学方法确定出河流的平滩流量(F₂)；计算出多年日径流量的第75百分位数(F₃)；计算出多年日径流量的第5百分位数(F₄)；统计出历史最小日流量(F₅)；采用三个数值M₁、M₂和M₃，将水库日入流(F)分为四个区间：F≥M₁(区间1)；M₂≤F＜M₁(区间2)；M₃≤F＜M₂(区间3)；F＜M₃(区间4)；M₁，M₂和M₃的范围分别为：F₂+Q＜M₁＜F₁；F₃＜M₂＜F₂+Q；F₅＜M₃＜F₄，其中Q为水库各个月内规划的供水量的最大值；

(2)水库空间分区及参数范围确定

运用两条水库调度曲线(上调度曲线和下调度曲线)和死库容曲线将水库分为四个区；调度曲线用六个参数来表示，其中两个参数用来表示曲线的上、下水位高度(X₁和X₂)，另外四个参数用来表示曲线转折的时间(T₁，T₂，T₃和T₄)；水位高度参数X_i(i＝1，2)和时间参数T_j(j＝1，2，...，4)的范围分别为MAXlevel＞X₁＞X₂＞MINlevel和1≤T₁＜T₂＜T₃＜T₄≤36；式中，MAXlevel和MINlevel分别为水库最高和最低允许水位；

(3)通过水文学、水力学、生态模拟等方法确定河流的最小生态需水量；

(4)水库调度规则构建

将入流流量分区和水库空间分区相结合，同时融合河流最小生态需水，制定以下利于满足河流的洪水、枯水等各个生态流量要素需求并同时兼顾人类需求的水库调度规则：

1)当水库的上一日入流流量位于区间1，即F≥M₁时，水库调度的主要目标是向水库蓄水和向人类供水，具体的调度规则为：

●当水库水位高于上调度线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度线水位，并向用水户提供规划的水量；

●当水库水位位于上调度线和死库容线之间时，水库正常供水；此时水库下泄流量等于该入流区间的下限值M₁减去从水库中的取水量；

●当水库水位低于死库容线时，水库不供水也不下泄；

2)当水库的上一日入流流量位于区间2，即M₂≤F＜M₁时，水库调度的主要目标是满足河流洪水生态脉冲的需求和向人类供水，具体的调度规则为：

●当水库水位高于上调度线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度线水位，并向用水户提供规划的水量；

●当水库水位位于上调度线和死库容线之间时，水库正常供水，并把正常供水后剩余的当日入流量全部下泄，用于满足河流洪水生态脉冲的需求；

●当水库水位低于死库容线时，水库不供水也不下泄；

3)当水库的上一日入流流量位于区间3，即M₃≤F＜M₂时，水库调度的主要目标是蓄水和向人类供水，具体的调度规则为：

●当水库水位高于上调度线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度线水位，并向用水户提供规划的水量；此时如果水库的实际下泄流量不能满足最小生态需水，需要加大下泄以满足最小生态需水；

●当水库水位位于上调度线和下调度线之间时，水库正常供水；同样，此时水库下泄只需满足最小生态需水；

●当水库水位位于下调度线和死库容线之间时，水库供水减小α％；同样，水库下泄需保证最小生态需水；

●当水库水位低于死库容线时，水库不供水也不下泄；

4)当水库的上一日入流流量位于区间4，即F＜M₃时，水库调度的主要目标是满足枯水生态脉冲需求和向人类供水，具体的调度规则为：

●当水库水位高于上调度线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度线水位，并向用水户提供规划的水量；

●当水库水位位于上调度线和下调度线之间时，水库正常供水，且水库下泄流量等于当日入流量与规划的下游取水量之和；

●当水库水位位于下调度线和死库容线之间时，水库供水减小α％；同样，将当日入流量与规划的下游取水量的(1-α)％之和作为下泄流量；

●当水库水位低于死库容线时，水库不供水也不下泄；

其中α为参数，并且0＜α＜100；

(5)水库调度目标量化

采用变化范围法(Range of Variability Approach，RVA)量化河流水文情势的扰动(D)；将满足规划的供水保证率作为调度的主要约束；水库调度的目标量化为：在满足规划的供水保证率的前提下，使水文情势扰动(D)最小化；

(6)水库调度参数优化

采用遗传算法，以使水文情势扰动(D)最小化为目标，对水库的调度曲线参数X_i(i＝1，2)和T_j(j＝1，2，...，4)以及入流流量区间分割参数M_k(k＝1，2，3)同时进行优化，按照步骤4中构建的调度规则，对不同优化参数下的水库运行情况进行模拟，得出不同参数下的实际供水保证率D和实际水文情势扰动，进而得出实际供水保证率不小于规划供水保证率且能使D值最小的调度参数值，即为满足规划供水保证率的最优的水库调度方法。