[发明专利]串联水库联合防凌补偿调度方法及其专用系统

权利要求书

1.一种串联水库联合防凌补偿调度方法，其特征在于：包括下述步骤：

S1、采集串联水库及其下游河道涉及范围内的流量、输沙率、水位及断面数据、水库的特征参数和水库运行相关数据，以及流凌、封河、开河日期及冰厚、冰塞、冰坝的凌情特征数据；

S2、分析计算河道凌情影响因素：

从动力、热力和河道边界条件方面计算分析凌情影响因素；根据凌情特征日期和凌汛期河道流量计算分析河道槽蓄水增量；

S3、河道凌汛期各阶段防凌安全控制流量指标：

通过对下游河道凌情影响因素、凌汛演变特点和凌汛变化成因分析，确定下游河道流凌封河期、稳封期、开河期各阶段的时间范围和相应的防凌控制流量；所述流凌封河期主要控制适宜封河流量、避免冰塞发生，所述稳封期控制水位和槽蓄水增量、避免流量忽大忽小，所述开河期由于槽蓄水增量释放，应减小河道流量、避免冰坝发生；

S4、建立并存储下水库至防凌河道区间流量过程，即：根据下游河道流凌、封河、开河的凌情特征时间和区间各断面流量过程，考虑畅流期、封冻期水流演进特性和支流来水、灌区引水与退水，计算由于河道封冻、形成槽蓄水增量对区间流量过程的影响；气温下降河道从流凌到封河，逐渐形成槽蓄水增量，区间流量为负值；河道全部封冻后，进入稳封期，区间流量稳定；气温升高后，进入开河期，河道槽蓄水增量释放，区间流量与上游来水共同形成凌洪过程；

S5、建立并存储凌汛期各阶段下水库控泄流量指标，即：基于下游河道凌汛各阶段防凌要求的控制流量指标和相应控制时间，考虑串联水库下水库出库断面至下游河道典型断面之间相应的区间流量变化过程，河道生态流量和社会经济用水要求，稳封期水库下泄流量与河道冰下过流量的关系，确定串联水库下水库出库控制断面的控制流量指标和相应控制时间；模型主要原理如下：

（1）水量平衡

式中：为第个水库第时段入库流量；为第个水库第时段出库流量；为第个水库第时段初水库库容；

（2）串联水库间的水力联系

式中：为上游水库在第时段的出库流量；为第个水库在第时段的区间入流；

（3）库容约束

式中：为第个水库第时段最小库容限制；为第个水库第时段最大库容约束；

（4）水位约束

式中，、分别代表第个水库第时段防凌控制计算最高水位及凌汛期末水库蓄水位；、分别代表第i个水库防凌允许的最高水位及凌汛期末蓄水的最高水位；

（5）流量约束

对于串联水库下水库：

流凌封河期：

稳封期：

开河关键期：

式中，为第个水库第时段水库下泄流量最大限制，由下游防凌要求的控制泄量给定或水库泄洪能力、库容条件的限制；为第个水库第时段水库下泄流量最小限制，由下游防凌要求的控制泄量给定或其他综合利用要求给定；

代表串联水库最下游的水库在第时段出库流量，代表下游河道典型断面控制流量要求；代表串联水库至下游河道典型断面区间考虑传播时间影响后的流量；

此外，在模型求解计算过程中还涉及到下泄流量变幅控制约束和河道安全控制流量约束：

式中，为第个水库第时段水库下泄流量，为第个水库第-1时段水库下泄流量，为该水库允许的下泄流量变幅；为串联水库至下游河道断面区间流量，为下游河道断面安全过流量；

（6）边界条件

式中：为第个水库的起调库容；为第个水库调节末时段的库容；

（7）槽蓄水增量

式中，为计算河段的槽蓄水增量，、为计算河段上、下断面单位时段的平均流量，为计算时段；河段的槽蓄水增量应不大于该河段允许的槽蓄水增量最大值，即；

（8）梯级水库发电量

式中，为凌汛期总发电量为第个水库电站的综合出力系数；为第个水库发电流量函数；为第个水库发电水头函数；为凌汛期总时段数；为梯级水库总数；为计算时段长；

S6、建立并储存串联水库联合防凌补偿调度模型，即：基于水量平衡原理，按照上、下串联水库联合控制防凌库容、下水库根据区间流量防凌补偿控制河道流量的调度原则，以下游河道凌汛期流量、槽蓄水增量安全可控为目标，以水库下泄流量、库水位、防凌库容条件为约束，分析河道畅流、封冻时不同流量演进特点，在考虑供水、灌溉、生态流量要求和水库发电效益的基础上，依据串联水库联合防凌补偿调度规则，构建串联水库联合防凌补偿调度模型；

S7、拟定串联水库联合防凌调度方案，求解串联水库联合防凌调度模型，建立并存储各方案串联水库联合防凌补偿调度结果；即：采用典型年和长系列分别计算，输入天然来水、社会经济及生态用水，流凌、封河、开河凌情特征日期，根据河道及主槽过流能力，以及不同方案的水库起调水位、控泄流量指标、预留防凌库容指标基础资料；并根据串联水库的防凌调度运行规则、约束条件、防凌目标，进行水库联合防凌补偿调度计算；输出串联水库水位、库容、下泄流量、河道各控制断面流量、槽蓄水增量、水库群发电量；分析各方案结果，对于不满足约束条件和计算要求的方案，重新分析拟定计算方案，直至计算结果满足设计要求；

S8、串联水库联合防凌调度方案比选与推荐:

分析各方案典型年和长系列计算结果，以防凌安全和综合利用效益为目标，对各计算方案结果进行分析比较，比选推荐出串联水库联合防凌补偿调度方案。

2.实现权利要求1所述串联水库联合防凌补偿调度方法的专用系统，包括下述模块：

数据采集模块，用于采集所述串联水库的特征参数及水库运行相关数据，以及采集水库下游河道涉及范围内流量、输沙率、水位及断面数据，并采集流凌、封河、开河日期及冰厚、冰塞、冰坝的凌情特征数据；

凌情影响因素分析计算模块，用于接收所述数据采集模块发送的数据，从动力和河道边界条件方面计算分析凌情影响因素，根据凌情特征日期和凌汛期河道流量计算分析河道槽蓄水增量；

河道防凌安全控制流量指标计算模块，用于通过对下游河道凌情影响因素、凌汛演变特点和凌汛变化成因进行分析，确定下游河道流凌封河期、稳封期、开河期各阶段的时间范围和相应的防凌控制流量；

下水库至防凌河道区间流量过程计算模块，用于根据下游河道流凌、封河、开河的凌情特征时间、区间各断面流量过程，并根据畅流期、封冻期水流演进特性和支流来水、灌区引水与退水，计算由于河道封冻、形成槽蓄水增量对区间流量过程的影响；

凌汛期各阶段下水库控泄流量指标计算模块，用于基于下游河道凌汛各阶段防凌要求的控制流量指标和相应控制时间，并结合串联水库下水库出库断面至下游河道典型断面之间相应的区间流量变化过程、河道生态流量和社会经济用水要求、稳封期水库下泄流量与河道冰下过流量的关系，确定串联水库下水库出库控制断面的控制流量指标和相应控制时间；

串联水库联合防凌补偿调度模型构建模块，用于基于水量平衡原理，按照上下串联水库联合控制防凌库容、下水库区间流量防凌补偿控制河道流量的调度原则，以下游河道凌汛期流量、槽蓄水增量安全可控为目标，以水库下泄流量、库水位、防凌库容条件为约束，分析河道畅流、封冻时不同流量演进特点，在结合供水、灌溉、生态流量要求和水库发电效益的基础上，依据串联水库联合防凌补偿调度规则，构建串联水库联合防凌补偿调度模型；

串联水库联合防凌补偿调度方案计算及结果输出模块，用于采用典型年和长系列分别计算，输入天然来水、社会经济及生态用水，流凌、封河、开河的凌情特征日期、河道及主槽过流能力、各方案的水库起调水位、控泄流量指标，预留防凌库容指标基础资料；并根据串联水库的防凌调度运行规则、约束条件、防凌目标，求解串联水库联合防凌调度模型；并输出串联水库水位、库容、下泄流量、河道各控制断面流量、槽蓄水增量、水库群发电量；

串联水库联合防凌调度方案分析与比选推荐模块，用于以防凌安全和综合利用效益为目标，对各计算方案结果进行分析比较，比选推荐出串联水库联合防凌补偿调度方案。