径流不确定条件下混联水库群优化调度理论与方法研究

Multireservoirs optimal operation can take advantages of their regulation and compensation abilities, which significantly increase the efficiencies without increasing construction investment. However, traditional operating rules relying on statistics and prediction models seldom consider actual operation background, leading to operation decisions conflict with operation mechanisms, which is difficult to fully exert reservoirs potential benefit. In this project, operating rules for mixed multireservoirs under inflows uncertainty is analysed, with the criterion of "minimum overall error transmission and propogation". Based on improved Support Vector Machine theory and optimal utility theory, collaborative method system with decision boundaries from statistical characteristics and guidelines of reservoir operation mechanisms is formed. Considering uncertain factors involved in multireservoirs operation model, global sensitivity analysis is performed based on extended Fourier amplitude. The reliability of the operating rules system is then validated, and the influence mechanism of each uncertain factor and their comprehension are quantatively revealed. The research results have significant theoretical and practical meanings in improving reservoirs actual operation level as well as water resources development efficiency in China.

水库群联合优化调度能够充分利用水库的调节性能和补偿效应，在不增加工程投入的前提下显著提高水库群运行效益。然而，过于依赖统计预测模型的传统调度规则研究较少考虑调度的实际物理背景，易致调度决策不符合优化调度机理，难以充分发挥水库群综合效益。本项目以径流不确定条件下的混联水库群为研究对象，以“系统误差传递和累积效应最小”为准则，构建混联水库群调度规则提取模型；基于改进支持向量机理论和最大效用理论研究模型求解方法，形成以统计特征为边界、水库优化调度机理为指导的混联水库群协同调度规则体系。针对水库群调度模型涉及的不确定性因素，开展基于扩展傅立叶幅度的全局灵敏度分析研究，验证调度规则体系的可靠性，定量揭示各不确定性因素及综合效应对模型稳定性的影响机理。研究结果对于提高我国水库群实际调度水平、实现水资源高效利用具有重要的理论意义和实际价值。

本项目以大别山区混联水库群为研究对象，分析了水库群的径流不确定特性及其对水库群调度的影响和优化方法。梳理了水库群调度运行参数及长系列运行过程数据资料，针对水库群旱涝交替频发、防洪与兴利矛盾难以调和、汛期调度风险突出等科学问题，建立了基于小波分解支持向量机模型的中长期水库入库径流数据驱动预报模型，对水库群径流不确定性进行了定量分析及预测，并在梅山水库、响洪甸水库应用，预报精度分别达到85%和93%，均达到水文预报甲级标准，高于同类其他方法预测模型精度；针对水库群汛期旱涝交替急转、洪水过程差异性强的特征，分析常规单因素洪水频率方法的缺点，构建了基于copula的双因素峰量联合分布模型，对洪水频率分布函数进行模拟并仿真，进而构建“洪水频率-水库调洪-风险分析”效应传导链，定量揭示了洪水频率计算方法、水库防洪调度方式对流域上下游洪水风险的影响方式。在兴利调度方面，构建了基于效用均衡理论的混联水库群分解耦合优化调度算法，并就算法的优劣性进行了归因分析。实例研究证明，梅山水库采用两组双变量频率分析模型水库洪水风险率为0.64（Or情景）和0.31（And情景），单变量分析洪水风险率为0.64（峰比）和0.80（量比放大），可见不同洪水频率分析方法所构建的洪水过程对水库防洪风险有显著影响，并且单因素方法的洪水风险方差更大，而多因素方法的风险方差较小，洪水风险评估更为可靠。项目研究成果可为大别山区六大水库防洪、兴利调度提供可靠的基础数据支撑、调度技术支撑和决策支撑，也可推广至其他流域非平稳性径流过程预测、复杂结构水库群优化调度以及水库洪水调度风险分析中。