[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

说明书

技术领域

本发明属于流域水资源管理领域，涉及一种面向河流生态流量维持的水库优化调度方法。

背景技术

水库在满足人类需求的同时，通过它的调度满足河流生态流量的需求，是水库调度的一项基本工作，也是河流生态系统保护的一项基本需求。现有的面向河流生态流量维持的水库优化调度方法只能有效的满足河流的最小生态需水，即在确定河流最小生态需水量后，把该值作为水库下泄的最小流量，在此基础上对水库的运行参数进行调整，使供水量或发电量最大化。然而这种调度方式必然会造成水库下游河道流量的单一化，进而使得河流中洪水和枯水的减小或缺失。洪水和枯水是重要的生态脉冲，具有多种生态功能，比如：洪水是多种鱼类洄游、产卵的生命信号，其淹没洪泛区为多种鱼类提供必需的繁殖地，洪泛区和河道之间的联通，促进了两者之间的营养、水份、沉积物和能量的交换；枯水可实现对竞争力强的生物的数量的有效限制，为竞争力弱的生物提供生存机会。因此，现有生态流量调度方法难以充分保护河流生态系统。一方面，洪水会造成人类的伤亡和财产损失，另一方面，洪水是重要的水资源，必须对其进行控制与合理利用。如何在保障人类的生命、财产安全并满足人类对水的基本需求的基础上，将洪水生态脉冲、枯水生态脉冲和最小生态需水相结合，满足河流生态系统对生态流量的需求，实现河流生态系统的最大保护是现有面向河流生态流量维持的水库优化调度方法未解决的问题。

发明内容

针对现有面向河流生态流量维持的水库优化调度的不足，本发明拟建立一种新的调度方法，该方法可在保障人类的生命、财产安全和满足人类对水的基本需求的同时，满足河流生态系统所需的洪水和枯水等生态流量要素，实现河流生态系统的最大程度的保护。本发明所采用的方案如下：首先，根据流量大小将水库的入流流量分为四个区间，即运用上调度曲线、下调度曲线和死库容曲线将水库的库容分为四个区；然后，按照入流流量区间的不同和水库库容区间的不同制定出不同的供水和下泄规则，其中，当流量位于包含了平滩流量的区间时，该入流量主要用于下泄，以维持河流健康所需的关键洪水生态脉冲；当入流量位于枯水区间时，水库减小下泄，以维持河流所需的枯水生态脉冲；当水库水位位于上调度曲线以上的区时，水库加大下泄，以保证水库的防洪功能；当入流位于各个入流区间、水位位于各个库容区间时，采用不同的供水限制，以保证人类所需的基本供水需求；最后，为实现河流生态系统的最大保护，运用遗传算法，以满足规划的供水保证率为基本约束，以减小河流水文情势的扰动为优化目标，对调度规则中的参数同时进行优化，从而得出最优的参数值。其具体的步骤如下：

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计算确定河流的平滩流量(F₂)，当仅有水文数据时，可运用对数-皮尔逊III型概率分布函数得出重现期为1.5年的洪水的洪峰流量作为平滩流量的近似值；计算确定水库断面多年日径流量的第75百位数(F₃)；计算多年日径流量的第5百分位数，将其作为极枯水文状态上限值(F₄)；运用多年日径流数据，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