[发明专利]一种基于水库调度的河流生态流量管理方法

摘要

一种基于水库调度的河流生态流量管理方法，首先，建立生态流量管理的基本方案、折衷方案和理想方案，以分别适合高、中和低供水保证率需求，并维持基本、良好和理想的河流生态系统健康状态，同时将水库库容空间进行分区，自下而上依次对应上述生态流量管理方案；然后，采用水库调度曲线指导向人类供水，并与生态流量管理方案结合构成完整的水库生态调度方案；进而运用遗传算法，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，对水库库容分区、调度曲线等参数进行优化，得到基于水库调度的河流生态流量管理方案。该方法能适合不同的供水保证率要求，同时能提供尽可能优化的生态流量过程，有效的保护河流生态系统。

主权项

一种基于水库调度的河流生态流量管理方法，其确定步骤如下：(1)水库入流流量区间分割采用参数I1，I2和I3将水库入流(R)分为四个区间：R≥I1，I1＞R≥I2，I2＞R＞I3，R≤I3；I1设为河流平滩流量和水库规划供水量之和；I2设为水库断面多年日径流量的第75百位数；I3设为河流最小生态需水量；(2)河流生态流量管理基本方案建立河流生态流量管理基本方案只提供河流最小生态需水和低于该需水的流量，具体的方案如下：a)当水库的入流流量R大于I3时，河流的生态流量设为河流最小生态需水量；b)当水库的入流流量R小于或等于I3时，河流的生态流量设为水库入流量；(3)河流生态流量管理折衷方案建立河流生态流量管理折衷方案对每个月规定可以下泄的高流量水文事件(包括洪水和高脉冲事件)最大数目[Ma(a＝1，2，...，12)]；该方案提供河流最小生态需水、低于该需水的流量以及限定数量的高流量水文事件，具体的方案如下：a)当水库的入流流量R大于或等于I2时，若已经下泄高流量水文事件数目小于规划的最大数目Ma，河流生态流量设为河流入流和规划供水量之差，同时该生态流量要不大于河流平滩流量；若已经下泄的高流量水文事件数目等于或大于规划的最大数目Ma，河流生态流量设为河流最小生态需水量；b)当水库的入流流量R位于I2和I3之间时，河流的生态流量设为河流最小生态需水量；c)当水库的入流流量R小于或等于I3时，河流的生态流量设为水库入流量；(4)河流生态流量管理理想方案建立河流生态流量管理基本方案提供河流最小生态需水、低于该需水的流量以及所有的高流量水文事件，具体的方案如下：a)当水库的入流流量R大于或等于I1时，河流的生态流量设为河流平滩流量；b)当水库的入流流量R位于I1和I2之间时，河流的生态流量设为河流入流和规划的供水量之差；c)当水库的入流流量R位于I2和I3之间时，河流的生态流量设为河流最小生态需水量；d)当水库的入流流量R小于等于I3时，河流的生态流量设为水库入流量；(5)河流生态流量管理耦合方案建立采用两个水库水位H1和H2将水库库容分为三个区，这三个区从上到下依次称为理想生态库容区、折衷生态库容区和基本生态库容区，当水库水位位于不同生态库容区时，采取不同的生态流量管理方案，具体如下：a)当水库水位位于理想生态库容区时，采取河流生态流量管理理想方案；b)当水库水位位于折衷生态库容区时，采取河流生态流量管理折衷方案；c)当水库水位位于基本生态库容区时，采取河流生态流量管理基本方案；(6)人类用水供给方案建立采用水库入流和水库调度曲线相结合的方法，指导水库向人类供水；水库的下调度曲线和关键调度曲线分别用6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，X2：下调度曲线；X3，X4：关键调度曲线)，另外四个参数用来表示曲线转折的时间(T1，T2，T3，T4：下调度曲线；T5，T6，T7，T8：关键调度曲线)；具体的人类用水供给方案如下：a)当水库入流流量R大于或等于I2时，如果水库水位位于理想生态库容区，或者水库水位位于折衷生态库容区且已经下泄的高流量水文事件数目小于规划的最大数目Ma，此时向人类供给规划的供水量；如果水库水位位于基本生态库容区，或者水库水位位于折衷生态库容区且已经下泄的高流量水文事件数目大于或等于规划的最大数目Ma，此时水库按照以下规则向人类供给供水量：●当水库水位高于上调度曲线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度曲线水位，并向用水户提供规划的水量；●当水库水位位于上调度曲线和下调度曲线之间时，水库正常供水；●当水库水位位于下调度曲线和关键调度曲线之间时，水库供水减小α％；●当水库水位位于关键调度曲线和死库容线之间时，水库供水减小β％；●当水库水位低于死库容线时，水库不供水；其中α和β为参数，并且0＜α＜β＜100；b)当水库入流流量R小于I2时，水库按照以下规则向人类供水：●当水库水位高于上调度曲线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度曲线水位，并向用水户提供规划的水量；●当水库水位位于上调度曲线和下调度曲线之间时，水库正常供水；●当水库水位位于下调度曲线和关键调度曲线之间时，水库供水减小α％；●当水库水位位于关键调度曲线和死库容线之间时，水库供水减小β％；●当水库水位低于死库容线时，水库不供水；(7)水库调度目标量化及优化参数范围确定本发明采用变化范围法(Range of Variability Approach，RVA)衡量河流水文情势的平均扰动程度(D)，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，使河流水文情势扰动值D最小；Ma的最大值设为多年自然日径流水文序列中各个月历史最大的高流量水文事件发生次数，最小值设为0；Hk(k＝1，2)、Xi(i＝1，2，3，4)和Tj(j＝1，2，...，8)的约束条件为式(1)‑(7)；MAXlevel≥H1≥H2≥MINlevel                                            (1)MAXlevel＞X1＞X2                                                      (2)MAXlevel＞X1＞X3                                                      (3)X2＞X4＞MINlevel                                                      (4)X3＞X4＞MINlevel                                                      (5)1≤T1＜T2＜T3＜T4≤36                                                 (6)1≤T5＜T6＜T7＜T8≤36                                                 (7)式中，MAXlevel和MINlevel分别为水库最高和最低允许水位；(8)水库调度参数优化采用遗传算法，以水文情势扰动值D最小为目标，对Ma，Hk，Xi和Tj同时优化，按照建立的生态流量管理耦合方案和人类用水供给方案对不同参数下的水库进行运行模拟，得出实际供水保证率不小于规划值且能使D最小的调度参数值，即为满足供水保证率要求的基于水库调度的河流生态流量管理最优方案。