考虑生态目标的水库引水与供水联合调度研究

发布时间：2018-05-01 14:17

  本文选题：跨流域引水 + 生态调度　； 参考：《大连理工大学》2015年博士论文

【摘要】：随着水利工程的修建对河道生态环境系统的影响越来越突出,生态目标开始逐渐受到人们的重视,并被考虑到水库的调度决策当中。跨流域引水条件下,为了节约高额的长距离引水成本,调度中不仅需要考虑引水规则问题,还需要考虑对受水区各用水户的供水规则以及受水区的生态环境问题。在综合考虑引水、供水、生态等问题的条件下,水库的调度情景变得更加复杂,不但会遇到求解多目标Pareto解集的困难,而且面对众多的调度方案也难于作出满意决策。因此,对于考虑生态目标的水库引水与供水联合调度研究,建立一套基于生态目标及调度方案的确定、多目标调度模型的求解技术、多目标调度方案的优选决策方法等问题的研究体系,具有重要意义。本文以碧流河水库为研究对象,系统地研究了跨流域引水条件下,生态环境目标的确定、计算方法以及生态调度方案的设计等问题,在构建考虑生态目标的水库引水与供水联合调度模型的基础上,对模型的优化求解以及多目标方案的优选决策方法等进行了研究。主要研究内容及成果如下：(1)首先对研究区概况、入库资料、供水任务等进行介绍与复核。然后利用水文情势变化分析法-RVA法分析了水库现状条件下的河流生态水文情势,发现33个生态水文指标中,严重改变的有19个,中度改变的有11个,轻度改变的只有3个,水文整体改变程度达83.71%。最后依据上述情势变化,分析了水库实施跨流域引水,并考虑生态目标的必要性。(2)建立了最大引水能力条件下,以坝下最小生态径流为生态目标的调度模型。根据水库各时段的来水、用水及引水工程管道输水能力,制定了最大引水能力条件下的引水分配规则。基于引水扣除坝下最小生态径流外,其它全部用于增加工业与生活供水的原则求解调度模型,发现实施坝下最小生态径流后,33个生态水文指标中,重度改变的仍然高达17个,中度改变的为9个,轻度改变的7个,水文整体改变程度为79.95%,变化程度仍然很高。得出坝下最小生态径流法对水库下游河道生态水文情势改善不显著的结论。(3)根据水文指标与生态系统的响应关系,结合碧流河水库下游河道鱼类多样性减少等生态环境问题,利用主成分分析法,确定了水库调度的生态目标。并针对传统RVA法对落在阈值范围外的水文指标无法进行描述,导致对径流系列评价不准确的缺陷,提出了高斯隶属度函数的生态目标计算法,使调度后径流系列能够在量值、延时、频率等各个方面,最大程度地接近于天然径流系列。另外,通过不同用水户供水量分配情景下,生态径流约束法与生态调度线法两种不同生态调度方案的调度结果对比,从水库整体效益最优角度,确定了跨流域引水条件下,水库对工业与生活、农业、生态环境的供水量分别为3.4×108m3、0.4×108m3和1.6×108m3。(4)为了进一步减少引水成本,提出了根据水库时段来水及用水,按照引水上、下限制线控制引水量的调度方法,并建立了考虑生态目标的水库引水与供水联合调度模型。模型考虑工业与生活、农业、生态、引水等问题,以工业与生活缺水指数、农业缺水指数、生态整体满足度、引水量为调度目标,决策变量包括工业与生活、农业、生态环境等供水调度线上的时段水位参数,以及引水上、下线上的水位参数,共计36+16+36×3=160个。(5)针对引水与供水联合调度模型维数高,求解困难的问题,提出了利用sobol'敏感性分析对优化问题进行预处理的方法,以提高优化搜索的效率与质量。首先,通过sobol'法分析确定不同调度线上对不同调度目标敏感的时段水位参数。然后,利用敏感参数局部优化得到的可行解作为初始解,进行全局参数优化。该种优化方法与未对初始解作任何预处理的全局优化方法相比,在优化搜索效率、最终可行解质量以及搜索运行时间等方面,都有显著提高。(6)利用可视化工具、边际效益分析以及模糊优选等方法,提出了将图形展示与数学分析相结合的多目标方案逐步优选决策方法。首先,通过AeroVis可视化分析工具,对Pareto前沿解作形象、直观地可视化展示,通过两两目标间的非支配排序比较,并结合决策者对不同目标的决策偏好信息,得到初步决策可行解集。然后,利用边际效益分析以及模糊优选两种方法,对初步决策的可行解集进行再次优选,得到考虑目标改进效益以及目标重要性程度两种不同决策方法下的再次决策可行解集。最后,通过有限可行方案目标间的比较分析,得到跨流域引水条件下,水库引水与供水联合调度的最终满意方案。
[Abstract]:Based on the study of water diversion , water supply and ecology , the paper systematically studies the water supply rules and the optimal decision - making method of multi - objective scheme . ( 2 ) According to the water , water and water diversion capacity of the lower reaches of the reservoir , the water diversion allocation rule is established under the condition of maximum water diversion capacity . According to the water , water and water diversion capacity of the water diversion project in different periods of the reservoir , the ecological goal of reservoir dispatching is determined . ( 4 ) In order to further reduce the cost of water diversion , the paper puts forward a method for controlling the water diversion quantity according to the water and water according to the reservoir period , and establishes a combined dispatching model of reservoir diversion and water supply considering the ecological goal . ( 6 ) Using the method of visualization tools , marginal benefit analysis and fuzzy optimization , this paper presents a multi - objective scheme step - by - step optimization method combining graphic display and mathematical analysis . First , through the aeroVis visual analysis tool , the Pareto front is visualized and visually displayed . Then , the feasible solution set of preliminary decision is obtained by comparing the non - dominant ranking between the two targets and combining the decision - making preference information of the decision makers to different goals . Finally , the final satisfactory solution of the joint dispatching of the diversion and water supply of the reservoir is obtained through the comparative analysis between the targets of the limited feasible schemes .

【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV697.11
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本文编号：1829726