基于风险传递的水库群优化调度研究

This project studies the reservoir risk optimization scheduling, which takes the reservoirs system in the West River basin as the research object. Firstly, given the uncertainty of the inflow, outflow and operation of the reservoir, etc.,main risk factors of reservoir optimization scheduling are identified using the mathematical statistics methods including the multiple regression and information entropy. Secondly, the game theory, the stochastic process and transfer functions are utilized to analyze the interactive relationship between main risk factors and the risk transmission mechanism. Thirdly, the reservoir risk transfer probabilities in the cascade reservoir system are computed by means of maximum entropy-Copula-Bayesian network method. Fourthly, the reservoir risk optimization model is formulated, in which the relevant risk and stochastic process are expressed as chance constraints, and is joint solved by the stochastic dynamical programming and the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II). Finally, the dispatching modes are put forward, and risk dispatching rules and schemes are worked out in the form of scheduling diagrams and functions. This study can provide scientific basis for risk dispatching of cascade reservoir system and have important implications for improving the research level of the reservoir risk dispatching.

本项目以珠江支流西江流域水库群为研究对象，针对水库风险优化调度问题，考虑水库来水、用水和运行等不确定性，采用多元回归和信息熵等方法，识别主要风险因子；在分析主要风险因子互动关系的基础上，运用随机过程、博弈、贝叶斯理论和传递函数，揭示风险在水库间的传递机理及其规律；采用最大熵-Copula-贝叶斯网络方法，推求水库群的风险传递概率；利用机会约束法处理随机或风险约束，采用风险建模方法建立基于风险传递的水库群优化调度模型，将随机动态规划原理与快速非支配遗传算法（NSGA-II）相结合求解模型；采用稳态和非稳态过程，提出水库的风险调度模式，并运用调度图和调度函数等形式，制定水库风险调度规则和调度方案。最终，提出基于风险传递的水库群优化调度方法。研究成果可为流域水库群风险调度提供科学依据，对提升水库风险调度的研究水平具有重要理论意义。

在流域水资源综合管理中，水库群的综合调度策略需要解决不确定性风险调度问题，调度的合理性决定了整个流域水资源利用的可持续性。本课题基于风险传递理论进行水库群优化与风险调度研究，取得了以下研究成果：（1）阐明了西江流域水库群历史水文气象特征，建立了西江流域HBV水文模型，预测了不同RCP情景下的西江流域未来径流。（2）分析了西江流域径流随着水库群建设的变化特征，建立了水库群网络模型并挖掘了水库群调度新模式。（3）基于多目标直接策略搜索算法，挖掘了水库群历史调度规则，将历史调度规则在西江流域未来径流集合下重新评估，结果表明：西江流域水库群的风险主要来源于径流不确定性，缺水风险及出力不足风险均与不同径流特征指标之间存在显著相关关系；梧州站在未来径流情景下的缺水风险（0.3~0.45）显著增加，相比历史缺水风险率（0.22），梧州站未来的缺水风险平均增加了70%；西江流域水库群在未来可能面临着更加严峻的低流量过程，导致水库群发生较高的出力不足风险。（4）考虑风险节点、节点之间的水力联系和风险传递概率矩阵三部分，建立了西江流域水库群风险传递模型，该风险传递模型可以综合考虑流域上发生的风险，定量化描述不同性质（出力和压咸）节点之间的风险相互作用，以及风险在流域上的传递特征。（5）建立了水库群风险稳健性调度模型，提出了稳健性调度规则及安全调度模式，构建的水库群风险稳健性调度模型，在所有调度目标上的适应性提高了75%。本课题在国内外学术期刊上共发表论文29篇，其中，EI收录论文6篇、SCI收录论文13篇，资助出版专著1部。研究成果为解决流域水资源综合利用中的风险问题提供一种开创性思路，具有重要的学术价值。同时，研究成果对实现流域整体的帕累托（权衡）最优解决方案具有重要应用价值。