水库水沙联合优化调度目标函数研究

"Storing clear and releasing muddy" is an effective regulating method to achieve the long-term use of reservoirs. But the contradictions between the efficient utilization of water resources and this method are becoming clearer and clearer. In order to improve the utilization efficiency of water, many researchers have made a lot of explorations and practices of dynamical flood control level and also have achieved great benefits. However, as to the question whether the reservoir can use for long after the adjustment of flood control level, both the actual operating experience and the theory study are deficient. As for the issue how to improve the utilization efficiency of water through regulating modes on the basis of the long-term use of reservoirs, it is urgent to undertake the studies on the optimal regulation of water and sediment. Due to the complex impact of sediment movement on the reservoir benefits as well as the tremendous differences between sediment computation time and runoff regulation, establishing objective function for water and sediment regulation is crucial to reflect the impact of sediment on the reservoir benefits and improve the optimization efficiency for water-sediment regulating modes. Based on the existing researches on reservoir sedimentation rules, this project aims to build a relationship between reservoir balance longitudinal river slope and runoff-sediment condition and seasonal flood control water level, and then establish an objective function for water and sediment regulation. Furthermore, it is expected to provide a theoretical basis and technical support for the long-term efficient operation of reservoirs and the improvement of the utilization efficiency of water.

"蓄清排浑"是水库实现长期使用的有效调度方法，但与水资源高效利用的矛盾日趋突出。为了提高水资源利用效率，许多研究工作者对动态汛限水位进行了大量的探索与实践，并取得了巨大的效益，但汛限水位调整后，水库能否保持长期使用，既缺乏实际运行经验，理论探索也十分有限。如何在保持水库长期使用的基础上，通过优化调度方式提高水资源的利用效率，迫切需要开展水沙联合优化调度研究。由于泥沙运动对水库效益影响的复杂性及泥沙计算时间尺度与径流调度的巨大差异，泥沙调度目标函数的构建对能否正确反映泥沙对水库效益的影响、提高水沙联调模型寻优效率至关重要。本项目拟在已有水库淤积规律研究的基础上，建立不同水沙条件下水库平衡纵比降与汛限水位动态调度方式的响应关系，构建水沙联合调度目标函数，预期成果可为水库长期高效运行、提高水资源利用效率提供理论依据和技术支撑。

"蓄清排浑”是水库实现长期使用的有效调度方法，但与水资源高效利用的矛盾日趋突出。如何在保持水库长期使用的基础上，通过优化调度方式提高水资源的利用效率，迫切需要开展水沙联合优化调度研究。由于泥沙运动对水库效益影响的复杂性及泥沙计算时间尺度与径流调度的巨大差异，泥沙调度目标函数的构建对能否正确反映泥沙对水库效益的影响、提高水沙联调模型寻优效率至关重要。.本项目在已有水库淤积规律研究的基础上，采用多种研究手段，建立不同水沙条件下水库平衡纵比降与汛限水位动态调度方式的响应关系，构建水沙联合调度目标函数。取得如下主要成果和结论：.（1）水库平衡淤积量与水库排沙期长度存在趋势性变化关系，排沙期持续一定时间后对泥沙淤积的影响逐渐减小；但平衡纵比降随排沙期持续时间变化趋势因水沙过程表现出不同特点，可分为三种基本类型，其中类型Ⅰ的水沙条件为汛后蓄水时间的提前提供了可能，而Ⅱ、Ⅲ型的水沙过程则不利于汛后蓄水时间的提前。.（2）水沙过程因上游调蓄而产生变异后，水库平衡纵比降将超过天然条件下该水库平衡后的纵比降，且水库排沙比的大小与变化趋势将决定纵剖面发展过程是否会由单库运行时的“三角洲-锥体”转化为“带状-三角洲-锥体”。.（3）采用约束法将多目标优化问题转化为单目标问题，以水库长期发电量作为优化目标，而将防洪、航运、水库长期使用等目标要求转化为约束条件，构建了水库水沙联合优化调度目标函数。其中，通过控制水库变动回水区淤积量保证水库长期使用、控制碍航浅滩淤积发展速度保证典型河段通航的要求，并且通过库容曲线的变化反映泥沙淤积对发电效益的影响。.（4）以溪洛渡、向家坝、三峡水库为例，将水库水沙联合优化调度目标函数应用于调度方式优化。明确在考虑白鹤滩水库条件下，防洪目标和长期使用目标约束区间三库均为9月1日。三库并非提前蓄水越早梯级总发电量越大，在满足防洪标准不降低、使用寿命不减少的约束条件下，优化后的调度方式为溪洛渡9月11日、向家坝9月1日和三峡水库9月1日蓄水，梯级年均总发电量1718.4亿kW•h。若不考虑白鹤滩水库，溪洛渡、向家坝水库不宜提前蓄水。