考慮生態(tài)目標(biāo)的水庫(kù)引水與供水聯(lián)合調(diào)度研究.pdf

1、隨著水利工程的修建對(duì)河道生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的影響越來(lái)越突出，生態(tài)目標(biāo)開(kāi)始逐漸受到人們的重視，并被考慮到水庫(kù)的調(diào)度決策當(dāng)中。跨流域引水條件下，為了節(jié)約高額的長(zhǎng)距離引水成本，調(diào)度中不僅需要考慮引水規(guī)則問(wèn)題，還需要考慮對(duì)受水區(qū)各用水戶的供水規(guī)則以及受水區(qū)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。在綜合考慮引水、供水、生態(tài)等問(wèn)題的條件下，水庫(kù)的調(diào)度情景變得更加復(fù)雜，不但會(huì)遇到求解多目標(biāo)Pareto解集的困難，而且面對(duì)眾多的調(diào)度方案也難于作出滿意決策。因此，對(duì)于考慮生態(tài)目標(biāo)的水

2、庫(kù)引水與供水聯(lián)合調(diào)度研究，建立一套基于生態(tài)目標(biāo)及調(diào)度方案的確定、多目標(biāo)調(diào)度模型的求解技術(shù)、多目標(biāo)調(diào)度方案的優(yōu)選決策方法等問(wèn)題的研究體系，具有重要意義。
　　本文以碧流河水庫(kù)為研究對(duì)象，系統(tǒng)地研究了跨流域引水條件下，生態(tài)環(huán)境目標(biāo)的確定、計(jì)算方法以及生態(tài)調(diào)度方案的設(shè)計(jì)等問(wèn)題，在構(gòu)建考慮生態(tài)目標(biāo)的水庫(kù)引水與供水聯(lián)合調(diào)度模型的基礎(chǔ)上，對(duì)模型的優(yōu)化求解以及多目標(biāo)方案的優(yōu)選決策方法等進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　(1)首先對(duì)

3、研究區(qū)概況、入庫(kù)資料、供水任務(wù)等進(jìn)行介紹與復(fù)核。然后利用水文情勢(shì)變化分析法-RVA法分析了水庫(kù)現(xiàn)狀條件下的河流生態(tài)水文情勢(shì)，發(fā)現(xiàn)33個(gè)生態(tài)水文指標(biāo)中，嚴(yán)重改變的有19個(gè)，中度改變的有11個(gè)，輕度改變的只有3個(gè)，水文整體改變程度達(dá)83.71％。最后依據(jù)上述情勢(shì)變化，分析了水庫(kù)實(shí)施跨流域引水，并考慮生態(tài)目標(biāo)的必要性。
　　(2)建立了最大引水能力條件下，以壩下最小生態(tài)徑流為生態(tài)目標(biāo)的調(diào)度模型。根據(jù)水庫(kù)各時(shí)段的來(lái)水、用水及引水工程管道輸

4、水能力，制定了最大引水能力條件下的引水分配規(guī)則?；谝鄢龎蜗伦钚∩鷳B(tài)徑流外，其它全部用于增加工業(yè)與生活供水的原則求解調(diào)度模型，發(fā)現(xiàn)實(shí)施壩下最小生態(tài)徑流后，33個(gè)生態(tài)水文指標(biāo)中，重度改變的仍然高達(dá)17個(gè)，中度改變的為9個(gè)，輕度改變的7個(gè)，水文整體改變程度為79.95％，變化程度仍然很高。得出壩下最小生態(tài)徑流法對(duì)水庫(kù)下游河道生態(tài)水文情勢(shì)改善不顯著的結(jié)論。
　　(3)根據(jù)水文指標(biāo)與生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)關(guān)系，結(jié)合碧流河水庫(kù)下游河道魚(yú)類(lèi)多樣性

5、減少等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，利用主成分分析法，確定了水庫(kù)調(diào)度的生態(tài)目標(biāo)。并針對(duì)傳統(tǒng)RVA法對(duì)落在閾值范圍外的水文指標(biāo)無(wú)法進(jìn)行描述，導(dǎo)致對(duì)徑流系列評(píng)價(jià)不準(zhǔn)確的缺陷，提出了高斯隸屬度函數(shù)的生態(tài)目標(biāo)計(jì)算法，使調(diào)度后徑流系列能夠在量值、延時(shí)、頻率等各個(gè)方面，最大程度地接近于天然徑流系列。另外，通過(guò)不同用水戶供水量分配情景下，生態(tài)徑流約束法與生態(tài)調(diào)度線法兩種不同生態(tài)調(diào)度方案的調(diào)度結(jié)果對(duì)比，從水庫(kù)整體效益最優(yōu)角度，確定了跨流域引水條件下，水庫(kù)對(duì)工業(yè)與生活、

6、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境的供水量分別為3.4×108m3、0.4×108m3和1.6×108m3。
　　(4)為了進(jìn)一步減少引水成本，提出了根據(jù)水庫(kù)時(shí)段來(lái)水及用水，按照引水上、下限制線控制引水量的調(diào)度方法，并建立了考慮生態(tài)目標(biāo)的水庫(kù)引水與供水聯(lián)合調(diào)度模型。模型考慮工業(yè)與生活、農(nóng)業(yè)、生態(tài)、引水等問(wèn)題，以工業(yè)與生活缺水指數(shù)、農(nóng)業(yè)缺水指數(shù)、生態(tài)整體滿足度、引水量為調(diào)度目標(biāo)，決策變量包括工業(yè)與生活、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等供水調(diào)度線上的時(shí)段水位參數(shù)，以及引

7、水上、下線上的水位參數(shù)，共計(jì)36+16+36×3=160個(gè)。
　　(5)針對(duì)引水與供水聯(lián)合調(diào)度模型維數(shù)高，求解困難的問(wèn)題，提出了利用sobol'敏感性分析對(duì)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行預(yù)處理的方法，以提高優(yōu)化搜索的效率與質(zhì)量。首先，通過(guò)sobol'法分析確定不同調(diào)度線上對(duì)不同調(diào)度目標(biāo)敏感的時(shí)段水位參數(shù)。然后，利用敏感參數(shù)局部?jī)?yōu)化得到的可行解作為初始解，進(jìn)行全局參數(shù)優(yōu)化。該種優(yōu)化方法與未對(duì)初始解作任何預(yù)處理的全局優(yōu)化方法相比，在優(yōu)化搜索效率、最終可

8、行解質(zhì)量以及搜索運(yùn)行時(shí)間等方面，都有顯著提高。
　　(6)利用可視化工具、邊際效益分析以及模糊優(yōu)選等方法，提出了將圖形展示與數(shù)學(xué)分析相結(jié)合的多目標(biāo)方案逐步優(yōu)選決策方法。首先，通過(guò)AeroVis可視化分析工具，對(duì)Pareto前沿解作形象、直觀地可視化展示，通過(guò)兩兩目標(biāo)間的非支配排序比較，并結(jié)合決策者對(duì)不同目標(biāo)的決策偏好信息，得到初步?jīng)Q策可行解集。然后，利用邊際效益分析以及模糊優(yōu)選兩種方法，對(duì)初步?jīng)Q策的可行解集進(jìn)行再次優(yōu)選，得到考慮目