长江上游干支流水库群联合防洪调度研究

摘要

长江流域是我国重要的战略水源地，属亚热带季风气候，流域内暴雨活动频繁，洪涝灾害分布十分广泛，特别是长江中下游平原地区最为频繁严重。全面建成小康社会和长江经济带建设对长江流域防洪安全的要求越来越高，随着《长江流域综合规划（2012~2030）》（以下简称《规划》）的实施，促成了长江上游一批控制性水库相继建成投运，为实现长江上游干支流水库群联合防洪调度创造了有利条件；同时长江上游水库群规模日趋庞大、拓扑结构日渐复杂，也给水库群联合防洪调度带来了极大的挑战。流域水库群联合防洪调度是一个具有多目标、高维度和强耦合等特性的复杂优化调度问题，现阶段对于长江上游干支流水库群联合防洪调度还有巨大的研究空间。为此，本文针对长江上游支流众多，洪水组成复杂，长江中下游地区防洪压力大，而控制性水库防洪目标多元化的防洪特性，以流域整体防洪安全为目标，对长江上游干支流水库群联合防洪调度进行了深入研究。研究工作的主要内容和创新性成果如下：
　　（1）全面考虑川江河段各防洪保护对象的防洪需求，建立了溪洛渡和向家坝梯级（以下简称“溪-向梯级”）配合三峡水库联合防洪调度模型，探究了长江干流水库群联合防洪调度对三峡水库入库洪水的调节作用，以及对长江中下游地区的防洪效益。针对联合防洪调度模型求解中动态规划算法不能进行马斯京根河道演进，而其改进算法易陷入局部最优解的问题，本文提出了基于改进动态规划的两阶段优化算法对模型进行求解，能够较好的克服上述问题。研究结果表明，溪-向梯级配合三峡水库联合调度在保证川江河段防洪安全的前提下，对三峡水库入库洪水的滞洪削峰效果显著，能释放三峡水库防洪库容，大大提升其调洪能力与灵活性，有效减少长江中下游地区分洪量，减轻其防洪压力。
　　（2）为充分利用三峡水库防洪库容，提高长江中下游地区防洪安全，建立了三峡水库多目标防洪优化调度模型。综合考虑荆江河段与城陵矶地区防洪需求，该模型以荆江河段分洪量最小为第一目标、以城陵矶地区分洪量最小为第二目标、以三峡水库下泄流量平方和最小为第三目标，模型求解时依次寻优。经过对多个典型年设计洪水的计算分析，表明该模型能够在不降低三峡水库对荆江河段防洪作用的前提下，充分发挥三峡水库调洪能力兼顾城陵矶地区防洪，大幅度减少城陵矶地区分洪量，对城陵矶地区的防洪效益显著。
　　（3）针对长江上游干支流水库群规模庞大、拓扑结构复杂，而现阶段对其联合防洪调度研究较少的问题，本文全面考虑流域内各防洪保护对象的防洪需求，建立了长江上游干支流水库群联合防洪调度模型，探究了上游干支流水库群联合调度对三峡水库以及长江中下游地区的影响。针对其复杂的模型求解问题，本文引入大系统分解思想，提出了基于两阶段优化算法的交替循环迭代法对模型进行降维求解，能有效避免动态规划算法易产生维数灾，而其改进算法与智能优化算法易陷入局部最优解的问题。研究结果表明，相较于溪-向梯级配合三峡水库联合调度，上游干支流水库群联合调度能进一步削减三峡水库入库洪峰洪量，减轻长江中下游地区防洪压力，特别是对于以支流来水为主的洪水防洪效果突出。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景及目标

1.2 水库群联合防洪调度国内外研究现状

1.3 长江上游水库群防洪调度研究现状

1.4 主要研究内容和章节安排

2 长江上游水文特性与研究区域防洪需求分析

2.1 长江上游主要干支流水系

2.2 长江上游洪水特性

2.3 设计洪水推求

2.4 研究区域重要防护对象防洪需求分析

2.5 本章小结

3 溪-向梯级配合三峡水库联合防洪调度研究

3.1 研究对象概述

3.2 溪-向梯级配合三峡水库联合防洪调度模型构建

3.3 基于两阶段优化算法的模型求解

3.4 调度结果与分析

3.5 本章小结

4 长江上游干支流水库群联合防洪调度研究

4.1 研究对象概述

4.2 长江上游干支流水库群联合防洪调度模型构建

4.3 基于交替循环迭代法的模型求解

4.4 调度结果对比分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间参与的科研项目

附录2 攻读学位期间拟发表的论文