考慮生態(tài)目標的水庫引水與供水聯(lián)合調(diào)度研究.pdf

1、隨著水利工程的修建對河道生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的影響越來越突出，生態(tài)目標開始逐漸受到人們的重視，并被考慮到水庫的調(diào)度決策當中?？缌饔蛞畻l件下，為了節(jié)約高額的長距離引水成本，調(diào)度中不僅需要考慮引水規(guī)則問題，還需要考慮對受水區(qū)各用水戶的供水規(guī)則以及受水區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題。在綜合考慮引水、供水、生態(tài)等問題的條件下，水庫的調(diào)度情景變得更加復雜，不但會遇到求解多目標Pareto解集的困難，而且面對眾多的調(diào)度方案也難于作出滿意決策。因此，對于考慮生態(tài)目標的水

2、庫引水與供水聯(lián)合調(diào)度研究，建立一套基于生態(tài)目標及調(diào)度方案的確定、多目標調(diào)度模型的求解技術(shù)、多目標調(diào)度方案的優(yōu)選決策方法等問題的研究體系，具有重要意義。
　　本文以碧流河水庫為研究對象，系統(tǒng)地研究了跨流域引水條件下，生態(tài)環(huán)境目標的確定、計算方法以及生態(tài)調(diào)度方案的設(shè)計等問題，在構(gòu)建考慮生態(tài)目標的水庫引水與供水聯(lián)合調(diào)度模型的基礎(chǔ)上，對模型的優(yōu)化求解以及多目標方案的優(yōu)選決策方法等進行了研究。主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)首先對

3、研究區(qū)概況、入庫資料、供水任務(wù)等進行介紹與復核。然后利用水文情勢變化分析法-RVA法分析了水庫現(xiàn)狀條件下的河流生態(tài)水文情勢，發(fā)現(xiàn)33個生態(tài)水文指標中，嚴重改變的有19個，中度改變的有11個，輕度改變的只有3個，水文整體改變程度達83.71％。最后依據(jù)上述情勢變化，分析了水庫實施跨流域引水，并考慮生態(tài)目標的必要性。
　　(2)建立了最大引水能力條件下，以壩下最小生態(tài)徑流為生態(tài)目標的調(diào)度模型。根據(jù)水庫各時段的來水、用水及引水工程管道輸

4、水能力，制定了最大引水能力條件下的引水分配規(guī)則?；谝鄢龎蜗伦钚∩鷳B(tài)徑流外，其它全部用于增加工業(yè)與生活供水的原則求解調(diào)度模型，發(fā)現(xiàn)實施壩下最小生態(tài)徑流后，33個生態(tài)水文指標中，重度改變的仍然高達17個，中度改變的為9個，輕度改變的7個，水文整體改變程度為79.95％，變化程度仍然很高。得出壩下最小生態(tài)徑流法對水庫下游河道生態(tài)水文情勢改善不顯著的結(jié)論。
　　(3)根據(jù)水文指標與生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)關(guān)系，結(jié)合碧流河水庫下游河道魚類多樣性

5、減少等生態(tài)環(huán)境問題，利用主成分分析法，確定了水庫調(diào)度的生態(tài)目標。并針對傳統(tǒng)RVA法對落在閾值范圍外的水文指標無法進行描述，導致對徑流系列評價不準確的缺陷，提出了高斯隸屬度函數(shù)的生態(tài)目標計算法，使調(diào)度后徑流系列能夠在量值、延時、頻率等各個方面，最大程度地接近于天然徑流系列。另外，通過不同用水戶供水量分配情景下，生態(tài)徑流約束法與生態(tài)調(diào)度線法兩種不同生態(tài)調(diào)度方案的調(diào)度結(jié)果對比，從水庫整體效益最優(yōu)角度，確定了跨流域引水條件下，水庫對工業(yè)與生活、

6、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境的供水量分別為3.4×108m3、0.4×108m3和1.6×108m3。
　　(4)為了進一步減少引水成本，提出了根據(jù)水庫時段來水及用水，按照引水上、下限制線控制引水量的調(diào)度方法，并建立了考慮生態(tài)目標的水庫引水與供水聯(lián)合調(diào)度模型。模型考慮工業(yè)與生活、農(nóng)業(yè)、生態(tài)、引水等問題，以工業(yè)與生活缺水指數(shù)、農(nóng)業(yè)缺水指數(shù)、生態(tài)整體滿足度、引水量為調(diào)度目標，決策變量包括工業(yè)與生活、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等供水調(diào)度線上的時段水位參數(shù)，以及引

7、水上、下線上的水位參數(shù)，共計36+16+36×3=160個。
　　(5)針對引水與供水聯(lián)合調(diào)度模型維數(shù)高，求解困難的問題，提出了利用sobol'敏感性分析對優(yōu)化問題進行預(yù)處理的方法，以提高優(yōu)化搜索的效率與質(zhì)量。首先，通過sobol'法分析確定不同調(diào)度線上對不同調(diào)度目標敏感的時段水位參數(shù)。然后，利用敏感參數(shù)局部優(yōu)化得到的可行解作為初始解，進行全局參數(shù)優(yōu)化。該種優(yōu)化方法與未對初始解作任何預(yù)處理的全局優(yōu)化方法相比，在優(yōu)化搜索效率、最終可

8、行解質(zhì)量以及搜索運行時間等方面，都有顯著提高。
　　(6)利用可視化工具、邊際效益分析以及模糊優(yōu)選等方法，提出了將圖形展示與數(shù)學分析相結(jié)合的多目標方案逐步優(yōu)選決策方法。首先，通過AeroVis可視化分析工具，對Pareto前沿解作形象、直觀地可視化展示，通過兩兩目標間的非支配排序比較，并結(jié)合決策者對不同目標的決策偏好信息，得到初步?jīng)Q策可行解集。然后，利用邊際效益分析以及模糊優(yōu)選兩種方法，對初步?jīng)Q策的可行解集進行再次優(yōu)選，得到考慮目