[发明专利]面向温室气体净通量管控的梯级水库提前蓄水调度方法及系统

说明书

本发明提供面向温室气体净通量管控的梯级水库提前蓄水调度方法及系统，构建与高效求解梯级水库提前蓄水调度的通用模型，提出了可协同优化防洪、兴利和温室气体净通量调度目标的梯级水库提前蓄水调度技术。梯级水库提前蓄水调度方法包括：步骤1，调度模型构建：构建面向防洪调度、兴利调度和温室气体净通量调度需求的多目标函数，以水库出库流量为决策变量的梯级水库提前蓄水调度模型；步骤2，温室气体净通量确定：模拟水库变动回水区河滩地植被生态和土壤的碳源与碳汇过程，用于确定蓄水期的温室气体净通量；步骤3，调度方案生成：求解调度模型，推求梯级水库提前蓄水调度方案，以实现最小化防洪风险和温室气体净通量、最大化蓄水率和发电量调度目标。

技术领域

本发明属于水库调度技术领域，具体涉及面向温室气体净通量管控的梯级水库提前蓄水调度方法及系统。

背景技术

水库提前蓄水调度是在确保防洪安全前提下，通过管控水库起蓄时间和分阶段蓄水进程两个关键抓手，以提高水库防洪、发电、供水、航运及生态等综合效益。从研究对象角度考虑，已从单个水库向梯级水库群发展，水库蓄水调度的理论方法和应用模式有了长足进步。从调度技术层面考虑，侧重考虑防洪、兴利、生态流量调度需求，关于水库蓄水调度中温室气体净通量管控调度技术鲜有报道。面向高质量发展引领下水资源、双碳目标新需求，梯级水库提前蓄水调度的技术难点和挑战包括：①评估水库蓄水调度的起蓄时间和蓄水进程对变动回水区河滩地温室气体(如CH₄和CO₂)的源、汇影响难度大；②如何耦合温室气体净通量评估，构建面向碳中和目标的梯级水库提前蓄水调度模型，以实现防洪、兴利和温室气体管控的协同调度难度大。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供面向温室气体净通量管控的梯级水库提前蓄水调度方法及系统，运用水文学、生物学、热运动方程、仿生进化算法等理论方法，构建与高效求解梯级水库提前蓄水调度的通用模型，提出了可协同优化防洪、兴利和温室气体净通量调度目标的梯级水库提前蓄水调度技术，可为流域水库群协同蓄水调度方案的科学制定提供理论依据与技术支撑。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

方法

本发明提供一种面向温室气体净通量管控的梯级水库提前蓄水调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，调度模型构建：构建面向防洪调度、兴利调度和温室气体净通量调度需求的多目标函数，以水库出库流量为决策变量的梯级水库提前蓄水调度模型；

其中，最小化温室气体净通量的调度目标函数如下：

式中，φi(CH₄(t))为第i个水库t时刻变动回水区河滩地土壤厌氧环境下甲烷的排放量函数，与变动回水区河滩地的土壤质地、土壤温度、土壤氧化还原电位及水库运行水位密切相关；和ψi(CO₂(t))分别为第i个水库t时刻变动回水区河滩地植被生态系统进行自氧呼吸的二氧化碳排放量函数和进行光合作用的二氧化碳吸收量函数，两个函数均与变动回水区河滩地的地面植被、光照、空气温度、土壤湿度及水库运行水位密切相关；

步骤2，温室气体净通量确定：模拟水库变动回水区河滩地植被生态和土壤的碳源与碳汇过程，用于确定蓄水期的温室气体净通量；

水库变动回水区河滩地土壤厌氧环境下CH₄的排放量计算式如下：

式中，和分别为t时刻土壤质地s(t)、氧化还原电位e(t)和土壤温度T_soil(t)与土壤厌氧环境的关系函数；Z_i(t)为第i个水库t时刻的运行水位；

水库变动回水区河滩地植被生态系统进行自氧呼吸的CO₂排放量计算式如下：