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【荐读】清江梯级水库提前蓄水多目标联合优化调度

汉斯出版社

2021-05-08

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清江梯级水库提前蓄水多目标联合优化调度

Multiobject Early Impound Operation for Cascade Reservoirs in Qing River

作者：

郭生练*, 熊丰, 李娜：武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉；涂圣勤, 张文选, 温岩：清江水电开发公司，湖北宜昌

关键词:

梯级水库；提前蓄水；多目标调度；优化求解；Cascade Reservoirs；Early Impound；Multi-Objective Operation；Optimization Algorithm

项目基金：

国家自然科学基金(51879192)和清江水电开发有限责任公司(ENQJ-TD1-FW-2019185)项目资助。

原文链接：

https://doi.org/10.12677/JWRR.2021.102013

清江梯级水库提前蓄水多目标联合优化调度

(节选)

水库在汛末期，入库流量逐渐减少，水库则需要为供水期供水及自身兴利等方面考虑，将库水位逐渐蓄至正常高水位。针对水库汛末期提前蓄水优化调度问题，我们持续开展研究并取得了一系列成果。有研究结果表明：在不降低原设计防洪标准前提下，乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝和三峡水库的优化起蓄水时间可分别提前。

清江梯级水库由于上下游蓄水时间相差不大，因此容易发生水库在汛末期集中蓄水，导致河道内水量减少、可能无法满足生态流量要求、水库无法正常蓄满等问题。

因此，在汉斯出版社《水资源研究》期刊中，有学者提出合理地判断和选择水库的起蓄时间以及蓄水方式，制定各水库汛末蓄水方案，对指导梯级水库科学、有序、高效蓄水具有重大的经济、社会效益。

根据1951~2020年的实测资料，分析长江中下游梅雨与清江长阳年最大洪峰流量的关系。5月25日入梅前，年最大洪峰出现了5次，占总次数的7.14%，且流量相对较小；整个梅雨期内，洪峰共出现了53次，占总次数的75.71%；出梅以后，洪峰发生的频次和量级明显减少，8月7日~8月21日出现一个空档期，9月中旬，受秋汛影响，又出现少量洪峰。

采用均值变点分期方法对清江隔河岩历年汛期的7日最大洪量序列进行分期，进一步分析长江中下游梅雨与清江汛期分期洪水的关系。5月初，清江进入前汛期，梅雨尚未出现；6月中上旬，长江中下游入梅，清江流域的降雨增多，洪量逐渐增大；6月20日~7月20日为清江的主汛期，洪水峰高量大，此时段恰为梅雨的中后期，中下游降雨频繁，雨量集中，雨洪易发生明显的遭遇；7月21日起，清江进入后汛期，洪量迅速减小，中下游梅雨也接近尾声，雨量不大。

长江中下游入梅主要发生在6月，出梅主要发生在7月，梅雨的年际变化较大。入梅和出梅的早晚决定了梅雨期的长短，入梅后，暴雨频发，降水量大，梅雨量随梅雨历时的延长而增大。清江洪水主要发生在6~7月，主汛期与长江中下游梅雨的中后期相重合。

清江流域7月20日以后洪量明显减小，根据长江中下游出梅时间和长江上游洪水的预测预报结果，可以考虑在出梅后提前蓄水，这时长江中游来水大幅度减少，长江上游来水由上游水库群和三峡水库调蓄，清江梯级水库防洪任务大大缓解。

清江梯级水库最大蓄满率可达89%，发电量最大可达19.6亿kW·h。当清江梯级水库采用原设计蓄水方案进行蓄水调度时，蓄水期多年平均发电量为19.22亿kW·h，梯级水库蓄满率为82%，年均弃水量13.81亿m³。对于梯级水库联合蓄水调度来说，提前蓄水节点，抬高关键时间节点水库水位，可以使水库蓄水期发电效益和汛末蓄满率大幅提高。

针对清江梯级水库汛末蓄水蓄满率不高、综合效益无法充分发挥等问题，本文构建了梯级水库联合蓄水调度模型，主要结论如下：

1)根据长江中下游梅雨出梅时间预报结果确定提前蓄水时机，逐步抬高清江梯级水库运行水位。与原蓄水方案相比，提前蓄水提高了梯级水库在特定时间节点的蓄水位，在保证防洪安全的前提下既提高了蓄满率，也使梯级水库蓄水期发电量有所提升。

2)多目标智能优化算法能够较好地求解梯级水库联合蓄水调度模型，其得到的一系列Pareto解集可以为决策者在不同情景下的调度决策提供技术支撑。采取蓄满率最大方案，梯级水库蓄水期年均发电量为19.28亿kW·h，蓄满率89%；发电量最大方案，年均发电量为19.63亿kW·h，蓄满率83%；与原设计方案相比均有所提升。

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