基于用水总量控制的王英水库水量调度模型研究

摘要

2011年，中央1号文件明确要求实行最严格水资源管理制度，其中用水总量控制制度是中国水资源科学管理的重要举措之一。但目前国内的用水总量控制指标一般为多年平均值或某一规划期内平均值，其静态性与水文要素的流动性、时空变异性和不确定性之间有着天然的矛盾。水库水量调度作为改变水资源天然时空分布不均的有效途径，能够起到实现水资源合理配置的作用，是落实用水总量控制的重要抓手。针对用水总量控制制度如何在调度层面落实的问题，本文作了如下研究: (1)不同水文年计划用水指标确定研究。在用水总量控制及水库水量调度相关研究和实践总结的基础上，通过对不同用水行业用水特性的分析，建立了供水区域降水量与合理用水量的相关关系，提出了基于“合理用水曲线”的年计划用水指标确定模型，将用水总量控制指标与年度用水计划衔接起来，并与“同比例丰增枯减”规则进行了对比。将模型得到的年计划用水指标按年内需水分布过程进一步分解至时段。模型应用于王英水库供水区域，求解了不同水文年下的计划用水方案，为实施最严格水资源管理提供了支撑。 (2)基于用水总量控制的水量调度模型研究。提出了用水总量控制下的水库水量调度模型框架，模型主要由径流预测模块、年计划用水方案确定模块、年度水量调度计划制定模块和月调度方案编制模块等嵌套构成，通过宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动更新的模型运行方式于水库调度中实现用水总量控制。并分别以粒子群算法和KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件法对年度水量调度计划制定模块及月调度方案编制模块的两时段模型进行求解。王英水库水量调度实例表明，长系列调度中可以落实用水总量控制制度，且相较于“同比例丰增枯减”规则，基于“合理用水曲线”的年度计划用水指标确定方式下供水过程更稳定、农业供水保证程度更高、更能发挥水库供水效益。 (3)用水总量控制调度实现中的风险研究。分析了用水总量控制调度实现中可能存在的风险及风险主要影响因子。给出了受预报误差影响所导致的用水总量控制调度实现中的风险的定义及计算模型。以王英水库及其供水区域为实例，通过蒙特卡罗风险分析方法(Monte CarIo Method)定量分析了预报误差对风险产生的影响。实例表明，基于“合理用水曲线”的年计划用水指标确定方式下的水库水量调度一定程度上能够克服径流预报误差的不利影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1研究背景和意义

1．2国内外研究现状

1．2．1用水总量控制研究现状

1．2．2水库水量调度模型研究现状

1．2．3用水总量控制及水量调度相关实践

1．3研究内容与方法

1．3．1主要研究内容

1．3．2技术路线

2王英水库现行调度运行方式分析

2．1 王英水库及其供水区域概况

2．1．1王英水库工程概况

2．1．2王英水库供水区域概况

2．1．3王英水库入库径流情况

2．2王英水库调度运行方式

2．2．1 王英水库水资源配置方案

2．2．2王英水库优化调度运行规则

2．3王英水库调度中存在问题及用水总量控制的必要性

2．4本章小结

3 用水总量控制指标及年度计划用水指标确定方法

3．1 用水总量控制相关概念及内涵

3．1．1用水总量控制相关概念

3．1．2用水总量控制的内涵

3．1．3用水总量控制与水量分配

3．2用水总量控制指标确定

3．3年度计划用水指标确定

3．3．1年度计划用水指标确定框架

3．3．2不同水文年计划用水指标的确定方法

3．3．3 月计划用水指标的确定方法

3．4王英水库供水区域实例分析

3．4．1 王英水库供水区域用水总量控制指标

3．4．2王英水库供水区域GIa～Pa曲线建立

3．4．3不同水文年计划用水指标

3．4．4月计划用水指标

3．5本章小结

4基于用水总量控制的水量调度模型

4．1 基于用水总量控制的水量调度框架

4．1．1模型框架

4．1．2年度水量调度计划与月调度方案的动态嵌套

4．2径流预测模块

4．2．1 时段径流量预测

4．2．2年度径流量预测

4．3年度水量调度计划制定模块

4．3．1 年度水量调度计划制定模型

4．3．2年度水量调度计划模型求解

4．4月调度方案编制模块

4．4．1 水库月调度方案编制的两时段模型

4．4．2 月调度方案的两时段调度模型求解

4．5王英水库用水总量控制管理的调度实现

4．5．1入库径流预测

4．5．2调度情景设置

4．5．3不同调度情景下的水库水量调度计算结果

4．6本章小结

5 用水总量控制调度实现中的风险分析

5．1 用水总量控制调度实现中的风险分析基本程序

5．2 用水总量控制调度实现中的风险辨识

5．2．1风险基本概念

5．2．2风险辨识方法

5．2．3 用水总量控制调度实现中可能存在的风险

5．2．4 用水总量控制调度实现中的风险因子识别

5．3 用水总量控制调度实现中的风险估计

5．3．1 风险估计方法及估计流程

5．3．2用水总量控制调度实现中的风险估计指标

5．4王英水库供水区用水总量控制调度实现中的风险分析

5．4．1 不同水文年计划用水指标确定方式下的风险

5．4．2预报误差对风险指标的影响

5．5本章小结

6结论及展望

6．1结论

6．2论文主要创新点

6．3展望

参考文献

附录

致谢