一种针对下游防洪控制点的水库防洪预报优化调度方法

摘要

本发明公开了一种针对下游防洪控制点的水库防洪预报优化调度方法，通过以最大洪峰流量最小和洪水过程流量平方最小为目标，构建水库防洪优化调度模型，并结合河道洪水演算模型，建立针对下游防洪控制点的水库防洪优化调度模型；然后通过获取有效预见期内的洪水预报信息，在水库安全运行约束条件下，采用逐次优化算法对当前时段到有效预见期内的水库防洪优化调度模型进行优化，得到预报优化调度方案的最优决策序列，进而指导水库当前时段的防洪调度。本发明方法拦洪削峰表现突出，无需依赖大量历史数据生成调度图或调度规则，易于调度人员实践和操作，可以充分利用预报信息，有效拦蓄洪水并针对下游防洪控制点洪水过程进行削峰。

说明书

技术领域

本发明涉及水库防洪调度技术领域，具体涉及一种针对下游防洪控制点的水库防洪预报优化调度方法。

背景技术

水库是流域防洪重要的工程措施，水库防洪调度是流域防洪重要的非工程措施。目前，水库防洪调度运行主要依赖常规调度和优化调度技术。常规调度主要根据调度图或调度规则完成防洪决策，方法简单且易于操作，但过于依赖于历史信息，对于实时信息和预报信息的接受能力较差。优化调度则主要依据设计洪水或历史洪水过程求解优化调度方案，方法在实际水库调度中无法适应实时水情，可操作性较差。现阶段我国短期洪水预报精度和有效预见期能够初步满足实际调度需求，亟待探寻一种能够有效利用预报信息且易于操作的水库防洪预报优化调度方法。

发明内容

本发明的目的是为了针对上述技术问题，提出一种针对下游防洪控制点的水库防洪预报优化调度方法，建立以下游防洪控制点洪峰流量最小和洪水过程流量平方最小为目标的防洪优化调度模型，结合短期洪水预报信息开展水库短期防洪优化调度模型求解，并依据求解得到的短期防洪预报优化调度方案，执行面临时段的水库调度运行，从而通过滚动实施“预报-优化-决策”过程，以有效拦蓄洪水并针对下游防洪控制点洪水过程进行削峰。

为实现上述目的，本发明提供了一种针对下游防洪控制点的水库防洪预报优化调度方法，根据有效预见期内的洪水预报信息开展预报优化调度调节计算，根据优化调度方案指导面临时段实际防洪调度，通过滚动实施“预报-优化-决策”过程，以有效拦蓄洪水并针对下游防洪控制点洪水过程进行削峰，具体包括以下步骤：

步骤1、以防洪控制点最大洪峰流量最小和洪水过程流量平方最小为目标，建立针对下游防洪控制点最大削峰准则的水库防洪优化调度模型；

步骤2、根据马斯京根方法建立水库到下游防洪控制点的河道洪水演算模型，并将其与步骤1中所得到的水库防洪优化调度模型联立，得到针对下游防洪控制点的水库防洪优化调度模型；

步骤3、标记当前时段编号为t,获取当前时段水库的初始库容为V

步骤4、采用短期洪水预报技术获取有效预见期为T

步骤5、在水库安全运行约束条件下，根据步骤4中所得到的预报信息

步骤6、依据步骤5中所得到的预报优化调度方案的最优决策序列

步骤7、重复步骤3-6，进行下一时段水库的防洪调度，直至调度结束。

具体地，步骤1中以防洪控制点最大洪峰流量最小和洪水过程流量平方最小为目标，建立针对下游防洪控制点最大削峰准则的水库防洪优化调度模型，所述水库防洪优化调度模型表示为：

上式中：Obj

T——水库防洪调度期或场次洪水历时；

Obj

具体地，步骤S2中根据马斯京根方法建立水库到下游防洪控制点的河道洪水演算模型，所述洪水演算模型的建立方法如下：

确定水库到下游防洪控制点的流量演算时滞为τ，演算时段长度为Δt，则演算模型为：

其中：

上式中：K——蓄量流量关系曲线的坡度；

C

具体地，步骤5中所述预报优化调度方案的最优决策序列，决策序列中不同决策过程的优先级通过以下方法确定：

由于防洪控制点的最大洪峰流量最小的Obj

当两个决策过程A和B对应的目标

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

现有水库防洪调度方法主要分为常规调度和优化调度；常规调度主要根据调度图或调度规则完成防洪决策，需要大量历史运行数据或长序列优化计算结果来生成调度图或调度规则，且对于实时信息和预报信息的接受能力较差；优化调度则主要依据设计洪水或历史洪水过程求解优化调度方案，方法在实际水库调度中无法适应实时水情，可操作性较差。

而本发明方法根据有效预见期内的洪水预报信息，开展优化调节计算，然后根据预报优化调度方案执行水库面临时段调度决策，通过滚动实施“预报-优化-决策”过程，辅助指导水库开展防洪调度运行。既不需要大量数据生成调度规则，易于调度人员实践和操作；也可以充分利用预报信息，针对下游防洪控制点开展水库防洪预报优化调度，有效拦蓄洪水并针对下游防洪控制点洪水过程进行削峰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种针对下游防洪控制点的水库防洪预报优化调度方法的流程图；

图2为本发明实施例中某水库的水位变化示意图；

图3为本发明实施例中某水库的流量变化示意图；

图4为本发明实施例中某水库下游防洪站的流程变化示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：参见图1-图4。

如图1所示，一种针对下游防洪控制点的水库防洪预报优化调度方法，包括以下步骤：

步骤1、以防洪控制点最大洪峰流量最小和洪水过程流量平方最小为目标，建立针对下游防洪控制点最大削峰准则的水库防洪优化调度模型；

步骤2、根据马斯京根方法建立水库到下游防洪控制点的河道洪水演算模型，并将其与步骤1中所得到的水库防洪优化调度模型联立，得到针对下游防洪控制点的水库防洪优化调度模型；

步骤3、标记当前时段编号为t,获取当前时段水库的初始库容为V

步骤4、采用短期洪水预报技术获取有效预见期T

步骤5、在水库安全运行约束条件下，根据步骤4中所得到的预报信息

步骤6、依据步骤5中所得到的预报优化调度方案的最优决策序列

步骤7、重复步骤3-6，进行下一时段水库的防洪调度，直至调度结束。

具体地，步骤1中以防洪控制点最大洪峰流量最小和洪水过程流量平方最小为目标，建立针对下游防洪控制点最大削峰准则的水库防洪优化调度模型，所述水库防洪优化调度模型表示为：

上式中：Obj

T——水库防洪调度期或场次洪水历时；

Obj

具体地，步骤S2中根据马斯京根方法建立水库到下游防洪控制点的河道洪水演算模型，所述洪水演算模型的建立方法如下：

确定水库到下游防洪控制点的流量演算时滞为τ，演算时段长度为Δt，则演算模型为：

其中：

上式中：K——蓄量流量关系曲线的坡度；

C

具体地，步骤5中所述预报优化调度方案的最优决策序列，决策序列中不同决策过程的优先级通过以下方法确定：

由于防洪控制点的最大洪峰流量最小的Obj

当两个决策过程A和B对应的目标

实施例1

以赣江中游某大型水库作为研究对象，建立该水库对其下游防洪站的防洪预报优化调度模型，并选用该地区1992年7月和2019年7月两场50年一遇的典型洪水过程，进行分析。

模型参数设定：调度时段长度设定为6h，洪水由水库到防洪站的时间设定为18h，本实施例中水库防洪预报优化调度主要依赖于预报信息，分别输入24h、30h、36h、48h、60h、72h有效预见期，分析不同预见期条件下的本技术方法效果。

如图2-4所示给出了洪水过程条件下该水库防洪调度过程和该水库下游防洪站的流量过程，为了检验本发明所提出的方法的有效性，本实施例中还加入了该水库后汛期预泄调度规则模拟结果，以及在确定性来水条件下采用POA求解防洪优化调度结果进行对比分析，分析结果如下表1所示：

表1不同方案调度运行对下游防洪站拦洪削峰结果统计表

上述分析结果表明：

1)依据现行调度规程，该水库对下游防洪站的拦洪削峰作用较弱，削峰率分别为0.15％、0.64％，仅仅实现了不加大下游防洪压力的任务；

2)依照本发明方法指导该水库针对下游防洪站进行拦洪削峰，效果较为显著：针对1992年7月洪水过程，当采用36h有效预报信息时，削峰率为11.48％，而确定性优化调度结果削峰率为13.56％；针对2019年7月洪水过程，当采用48h有效预报信息时，削峰率为13.84％，而确定性优化调度结果削峰率为14.62％。

3)水库利用预报信息对下游防洪控制点进行防洪调度时，预报信息至少要比洪水传播时滞多2个时段，即T

综上，采用本发明方法的预报优化调度策略其削峰效果和确定性优化调度结果较为接近；相比现行调度规则，本发明方法拦洪削峰表现突出，既不需要依赖大量历史数据生成调度图或调度规则，易于调度人员实践和操作；也可以充分利用预报信息，针对下游防洪控制点开展水库防洪预报优化调度，有效拦蓄洪水并针对下游防洪控制点洪水过程进行削峰。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。