黑河梯级水库群联合调度多目标转换规律研究

发布时间：2020-09-02 08:30

　　自20世纪60年代以来,随着甘肃黑河中游经济的发展和耕地面积的增加,中游用水激增,严重挤占了下游生态绿洲需水,造成了严重的生态恶化问题,黑河中、下游用水矛盾突出。因此,开展水库群多目标调度研究,明确黑河流域发电、灌溉和生态多目标间转换规律,提供多目标调度优选方案,不仅能为黑河水库的实际运行提供指导,还可以为其他流域多目标调度提供借鉴,具有重要的理论意义和应用价值。本论文在分析黑河流域径流变化规律的基础上,建立了梯级水库群单、多目标混合模型,分别引入单目标算法-并行花粉算法和多目标算法-并行非支配近邻免疫算法求解优化模型;通过优化结果分析,揭示了黑河流域多目标转换规律,得到了多目标转换公式;建立多目标方案评价指标体系,采用模糊决策技术和综合权重选出不同典型年调度方案,为决策者提供技术支撑。论文取得主要研究成果如下:(1)基于小波分析,得出黑河流域径流具有18年左右的变化周期;采用Mann-Kendall法确定近10年黑河上游径流具有显著的上升趋势;运用P-Ⅲ曲线确定了枯水年(1974～1975年)、平水年(1977～1978年)和丰水年(1958～1959年)典型年径流过程。(2)在分析黑河流域中、下用水矛盾的基础上,建立了单一目标模型、多目标模型,形成了水库调度问题的多维度完备模型;基于Matlab并行机制,提出了求解单目标调度模型的并行花粉和求解多目标调度模型的非支配免疫混合算法。(3)根据单目标模型长系列计算结果,从黄藏寺水库蓄泄过程和调控任务两方面对发电、灌溉、生态多目标的相互关系进行定量分析,获得了各目标的调度潜力;明确了灌溉和生态年内供水矛盾期为10月和次年4月,阐明了发电与生态相比发电与灌溉的用水矛盾更加突出,丰水年灌溉供水要求比生态更容易保证的规律,科学地回答了黑河“97”分水方案在丰水年难以满足的问题。(4)根据多目标模型典型年计算结果,从两目标的帕累托曲线和三目标空间曲面图,对黑河流域多目标调度问题进行点-线-面一体化相互验证分析,揭示了发电、灌溉和生态多目标间的转换规律,建立了黑河流域多目标转换公式。(5)基于多目标转换规律设置了不同典型年多目标方案集,构建了黑河流域多目标调度方案评价指标体系,通过层次分析和熵权法确定了综合指标权重,基于模糊评价方法评价方案集,推荐了各典型年最优调度方案。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV697.12
【部分图文】：

黑河流域

2 研究对象及资料对象及基本资料河流域概况河是我国西北地区较大的内陆河，发源于祁连山中段，流域东起山丹县境内羊河流域接壤；西以嘉峪关境内的黑山为界，与疏勒河流域毗邻，北至中蒙于东经 98°～102°、北纬 37°50′～42°40′之间，涉及青海、甘肃、内蒙古三 14 个县（市、区、旗），以及我国重要的国防科研基地。流域概况如图 2-

库容曲线,库容曲线,水库水位,出力系数

2 研究对象及资料电站，主要经济参数如表 2-1 所示。表 2-1 梯级水电站经济技术参数Tab.2-1 Economic and technical parameters of cascade hydropower stations站调节库容（万 m3）装机容量（MW）综合出力系数保证出力（MW）年均发电(亿 kW·寺 33400 49 8.4 6.20 2.08河 132 123 8.3 14.90 4.14湾 170 112 8.0 13.94 4.00山 — 50.5 8.0 6.03 1.74山 14 65 8.0 8.60 2.01山 130 90 8.3 14.09 3.71级 200 157 8.5 17.70 5.28级 460 52 8.0 6.88 1.84位与库容关系

水文站,径流,资料

图 2-3 1957-2013 年莺落峡水文站径流资料Fig.2-3 Runoff of Yingluoxia hydrometric station of 1957-20132.3.3 需水资料黑河流域中游灌区需水包括：农业需水、三生（工业、生产、生活）需水。三生由地下水供给，农业用水由地下水和地表水联合供给，供水次序为：地下水先供，地后供，灌溉保证率为 50%。由于黑河中游地下水涉及的水文过程过于复杂，故本文地水资源配置过程直接采用黑河中游二元结构水资源配置结果。另外，根据《黄藏寺水计报告》中水库承担的农业供水过程，确定地表水供水要求，如表 2-4 所示。黑河流域下游指正义峡断面以下河段，主要用水户包括鼎新灌区、东风场区和东延海。由于下游河道水量损失较为严重，现阶段已在规划设计正义峡水库，以对中游来水进行二次调蓄，同时黄委会规定下游生态以正义峡断面年下泄水量满足“97 分案”要求即可，因此本文选择正义峡断面作为下游生态供水的控制断面。其中，“9方案”是由水利部批复的黑河干流水量分配方案，如图 2-4 所示。表 2-4 中游灌区农业供需水过程Tab.2-4 Agricultural water supply and demand process in middle-irrigation district

【参考文献】