生态友好型水库调度模型研究与应用

摘要

水库调度是关系到全流域,尤其是坝下生态的重大事件。以往的水库调度,主要考虑协调除害与兴利的矛盾,注重发挥水库在防洪、发电、供水、灌溉、航运等方面的作用,对其下游河流生态环境的保护考虑较少。伴随着社会进步和治水思路的转变,为达到人与自然可持续发展的目的,应将保护和改善河流生态环境放在重要地位,根据水库水利任务调整和社会经济发展要求,积极探索促进人水和谐的水库综合调度方式。
　　本文首先系统总结了国内外关于水库优化调度方法及生态调度的研究现状,阐述了目前我国水库调度存在的问题,提出了全文的研究思路与内容。
　　其次,从四个方面分析了水利工程对河流生态的影响。
　　第三,探讨了生态友好型水库调度的内涵、任务和准则,通过水量指标来量化水库调度的效益函数,并建立了多目标数学模型,在处理多目标函数时,采用权重系数法进行了转化,在方案优选时,引入了变化范围法(RVA),以水文改变度量化了生态效益,来评估河流受水库建设运营的影响程度。
　　第四,对燕山水库下游河道生态需水量,采用了国内外多种方法进行了计算及结果分析,在生态需水量合理范围内提出了9种生态流量方案。
　　第五,以燕山水库为例,建立了生态友好型水库调度模型,采用动态规划逆时序递推算法对上述9种方案进行了优化调度计算,得到了各方案下的放水过程。
　　通过对这些方案的兴利效益和生态效益的评价优选,最终确定出最优方案,接着以燕山水库最优方案长系列优化调度结果为样本,利用人工神经网络(ANN)误差反向传播(BP)模型提取了以日为时段的优化调度函数,以指导实际工作。最后,对全文的研究成果进行了总结,提出了下一步的研究重点。

目录

摘要

ABSTRACT

引言

第一章 绪论

1.1 生态友好型水库调度模型的研究背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 水库优化调度方法研究现状

1.2.2 水库生态调度研究现状

1.2.3 目前存在的问题

1.3 本文的研究内容与技术路线

第二章 水库对河流生态的影响分析

2.1 水库对河流水文特性的影响

2.2 水库对河流物理、化学特性的影响

2.3 水库对河道地形的影响

2.4 水库对河流沿岸生态的影响

2.5 本章小结

第三章 生态友好型水库调度模型研究

3.1 生态友好型水库调度的内涵

3.2 生态友好型水库调度的任务

3.2.1 维持下游自然水文周期，重塑天然流态

3.2.2 维持下游河道的生态用水

3.2.3 防止水库过度淤积和库区水污染

3.2.4 提供应急用水

3.3 生态友好型水库调度的准则

3.4 模型建立

3.4.1 目标函数

3.4.2 阶段、状态、决策变量

3.4.3 系统方程

3.4.4 递推方程

3.4.5 约束条件

3.5 模型求解

3.6 方案优选方法

3.6.1 兴利指标评价

3.6.2 生态效果评价

3.7 本章小结

第四章 下游河道生态需水量计算

4.1 计算方法的确定

4.1.1 Tennant法

4.1.2 水文序列法

4.1.3 最小月平均流量法

4.1.4 改进的7Q10法

4.1.5 经验估算法

4.2 计算结果及分析

4.2.1 计算结果

4.2.2 结果分析

4.3 本章小结

第五章 生态友好型水库调度实例应用及效果评价

5.1 燕山水库概况

5.2 生态友好型水库调度

5.2.1 研究资料整理

5.2.2 水库调度准则

5.2.3 数学模型建立及计算

5.2.4 方案优选

5.3 本章小结

第六章 水库优化调度函数

6.1 网络结构

6.2 样本系列组成

6.3 网络训练与检验

6.4 成果使用方法

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 主要结论

7.2 研究展望

参考文献

附:硕士研究生期间发表论文及研究成果

后记