一种水库旱限水位优化及抗旱调度方法技术

本发明专利技术公开了一种水库旱限水位优化及抗旱调度方法，包括以下步骤：选取干旱年来水作为来水量；根据各供水对象近年来实际供水确定设计需水量；参考《国家防汛抗旱应急预案》设定初步限供系数；以调度周期末达到水库死水位为基准，逆序递推获得水库的逐月初定旱限水位；以干旱年内缺水率均值最小和标准差最小作为两个目标函数，以限供系数作为决策变量，利用NSGA

【技术实现步骤摘要】
一种水库旱限水位优化及抗旱调度方法


[0001]本专利技术涉及水资源调度
，具体涉及一种水库旱限水位优化及抗旱调度方法。

技术介绍

[0002]目前，在防汛领域，已经建立了较为完善的汛限水位等指标体系来指导水库调度，在防洪减灾中发挥了重要作用，但在抗旱领域，我国至今尚未建立可以用于应对干旱灾害和水库枯水状态的水位(水量)等干旱特征指标。旱情预警、抗旱会商、应急响应、水量调度等抗旱应急管理工作往往缺乏科学依据，存在抗旱指挥决策时机把握不准或应急响应过度的现象，一定程度上影响了抗旱工作科学有序地开展。
[0003]水库在区域防洪抗旱中有非常重要的地位。现阶段有关水库抗旱关键性控制水位的研究尚不成熟，旱限水位能够指导水库在枯水期的优化调度，旱限水位的核心思想为在干旱来临前通过提前限制需水量，在水库中存蓄水量，以备干旱时期使用，但对各供水对象的限制需水比例难以确定，目前采用方法通常为经验性或者参考《国家防汛抗旱应急预案》设置，在干旱年内表现效果可能并不够理想。
[0004]有鉴于此，急需对现有的水库旱限水位优化及供水调度方法进行改进，以确定最优限供系数，优化水库旱限水位，实现水库抗旱优化调度。

技术实现思路

[0005]针对上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种水库旱限水位优化及抗旱调度方法，以解决现有技术在干旱年内对各供水对象的限制需水比例难以确定，采用经验性或者参考《国家防汛抗旱应急预案》设置，表现效果不够理想的问题。
[0006]为此，本专利技术提供了一种水库旱限水位优化及抗旱调度方法，包括以下步骤：
[0007]根据水库长系列历史来水，选取干旱年来水作为计算旱限水位的来水量；
[0008]根据各供水对象近年来在干旱年的实际供水量确定各供水对象的设计需水量；
[0009]参考《国家防汛抗旱应急预案》设定干旱年各供水对象需水的初步限供系数；
[0010]以水文年为调度周期，以调度周期末达到水库死水位为基准，根据各供水对象的设计需水量及其初步限供系数，逆序递推获得水库的逐月初定旱限水位；
[0011]以干旱年内逐月总缺水率均值最小和标准差最小作为两个目标函数，以各供水对象在干旱年内的限供系数作为决策变量，利用NSGA
‑Ⅱ
算法多次迭代优化两个目标函数，从优化结束后得到的Pareto解集中选取相应的最优解，并根据最优解获得对应的优化限供系数；
[0012]以水文年为调度周期，以调度周期末达到水库死水位基准，根据各供水对象的设计需水量及其优化限供系数，逆序递推获得水库的逐月优化旱限水位；
[0013]基于水库的逐月优化旱限水位，根据各供水对象的设计需水量与优化限供系数进行供水调度。
[0014]在上述方法中，优选地，所述干旱年包括75％来水频率的一般干旱年和95％来水频率的特旱年。
[0015]在上述方法中，优选地，根据水库长系列历史来水，选取干旱年来水作为计算旱限水位的来水量的方法如下：
[0016]根据水利水电工程水文计算规范，对水库的水文年入库径流量进行排频，筛选出该水库实测资料中的干旱年的逐月入库水量；
[0017]通过P
‑Ⅲ
曲线进行年内修正后，作为计算旱限水位的来水量。
[0018]在上述方法中，优选地，采用以下公式，通过逆序递推法得到水库t月的旱限水位Z
hx,t
，所述旱限水位包括初定旱限水位和优化旱限水位：
[0019]Z
hx,t
＝f(W
a,t
+W
loss,t
‑
W
p1,t
+f
′
(Z
hj,t+1
))；
[0020]其中，Z
hx,t
为水库t月的旱限水位；Z
hx,t+1
为水库t+1月的旱限水位；W
p1,t
为一般干旱年t月的水库来水量；f()为水库库容
‑
水位曲线；f
′
()为水库水位
‑
库容曲线；W
a,t
为水库t月的总供水量，W
loss,t
为水库第t月蒸发、渗漏损失水量。
[0021]在上述方法中，优选地，在逆序递推过程中，旱限水位应满足以下约束条件：取水口高程、死水位、正常蓄水位和汛限水位。
[0022]在上述方法中，优选地，多次迭代优化两个目标函数包括以下步骤：
[0023]步骤310，根据水库长系列来水过程中的干旱年，统计获得干旱年内各月的总缺水率SR
t
，并进一步求得总缺水率的均值和标准差σ；
[0024][0025][0026][0027]其中，为干旱年内逐月总缺水率均值，SR
t
为干旱年内第t个月份的总缺水率，T为干旱年内总月数，σ为干旱年内逐月总缺水率的标准差，N
i
是第i个供水对象的需水量，W
i
是第i个供水对象的供水量，n为总供水对象的个数。
[0028]步骤320，以干旱年内各月的总缺水率均值最小和标准差σ最小作为两个目标函数，以各供水对象在干旱年内各供水对象的限供系数作为决策变量，通过NSGA
‑Ⅱ
算法对两个目标函数进行多次迭代优化，从优化得到的pareto解集中选取最优解，并根据最优解获得优化限供系数。
[0029]在上述方法中，优选地，所述各供水对象的限供系数包括：
[0030]生活用水的限供系数a
live
；
[0031]工业用水的限供系数a
ind
；
[0032]生态用水的限供系数a
eco
，和，
[0033]农业用水的限供系数a
irr
；且，
[0034]0≤a
ind
，a
eco
和a
irr
≤1，0.7≤a
live
≤1。
[0035]在上述方法中，优选地，得到水库的逐月标准旱限水位后，为便于管理，根据干旱
分期，对各干旱分期内的逐月旱限水位取最大值，得到分期旱限水位，以分期旱限水位指导水库调度。
[0036]由上述技术方案可知，本专利技术提供的一种水库旱限水位优化及抗旱调度方法，解决了现有技术在干旱年内对各供水对象的限制需水比例难以确定的问题。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0037]首先参考防汛抗旱应急预案设定干旱年各供水对象需水的初步限供系数，然后以干旱年内逐月总缺水率均值最小与标准差最小为目标函数，以各供水对象的需水限供系数为决策变量，运用NSGA
‑Ⅱ
算法对两个目标函数多次迭代优化，根据水库干旱年内调度结果对旱限水位反馈修正，从而获得最优的优化限供系数，并根据优化限供系数计算获得水库的优化旱限水位，为水库抗旱优化调度提供科学依据和技术支撑。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水库旱限水位优化及抗旱调度方法，其特征在于，包括以下步骤：根据水库长系列历史来水，选取干旱年来水作为计算旱限水位的来水量；根据各供水对象近年来在干旱年的实际供水量确定各供水对象的设计需水量；参考《国家防汛抗旱应急预案》设定干旱年各供水对象需水的初步限供系数；以水文年为调度周期，以调度周期末达到水库死水位为基准，根据各供水对象的设计需水量及其初步限供系数，逆序递推获得水库的逐月初定旱限水位；以干旱年内逐月缺水率的均值最小和标准差最小作为两个目标函数，以各供水对象在干旱年内的限供系数作为决策变量，利用NSGA
‑Ⅱ
算法多次迭代优化两个目标函数，从优化结束后得到的Pareto解集中选取相应的最优解，并根据最优解获得对应的优化限供系数；以水文年为调度周期，以调度周期末达到水库死水位基准，根据各供水对象的设计需水量及其优化限供系数，逆序递推获得水库的逐月优化旱限水位；基于水库的逐月优化旱限水位，根据各供水对象的设计需水量与优化限供系数进行供水调度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干旱年包括75％来水频率的一般干旱年和95％来水频率的特旱年。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据水库长系列历史来水，选取干旱年来水作为计算旱限水位的来水量的方法如下：根据水利水电工程水文计算规范，对水库的水文年入库径流量进行排频，筛选出该水库实测资料中的干旱年的逐月入库水量；通过P
‑
III曲线进行年内修正后，作为计算旱限水位的来水量。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下公式，通过逆序递推法得到水库t月的旱限水位Z
hx，t
，所述旱限水位包括初定旱限水位和优化旱限水位：Z
hx，t
＝f(W
a，t
+W
loss，t
‑
W
p1，t
+f
′
(Z
hj，t+1
))；其中，Z
hx，t
为水库t月的旱限水位；Z
hx，t+1
为水库t+1月的旱限水位；W
p1，t
为一般干旱年t月的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：严子奇，韦瑞深，周祖昊，蒋云钟，朱亚美，王坤，郑金丽，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：