一种考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪调度方法技术

一种考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪调度方法，根据防洪需求，建立考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪优化调度模型，模型能满足水库和泄洪设施闸门复杂的运行约束，同时也考虑到了水库水位和闸门开度对闸门泄洪能力的影响，保证水库及泄洪设施的安全稳定运行，并提出一种两层嵌套方法对模型进行求解，内层建立包括所有可行泄洪闸门组合的泄洪闸门组合表，并将其存储在数据库中；在外层，利用

【技术实现步骤摘要】
一种考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪调度方法


[0001]本专利技术属于水库防洪优化调度领域，特别涉及一种考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪调度方法
。

技术介绍

[0002]由于降水时空分布极不均匀，我国洪灾频发，洪水造成的经济损失在各类灾害中排名第一，对经济发展和人民生命财产安全构成重大威胁
。
水库防洪调度是现代防洪减灾体系中主要的非工程措施，它利用水库的调节能力，在保证水库自身防洪安全的前提下，有计划地控制流量，以满足上下游的防护要求
。
[0003]自
20
世纪
80
年代以来，国内外学者们对水库防洪调度问题进行了大量的研究和探索，
Meng
等在“Flood control operation coupled with risk assessment for cascade reservoirs”种提出了耦合风险评估的梯级水库防洪调度框架
(FCORA)
以及包含三个子模块的
FCORA
模型；郭爱军等在“设计洪水不确定性下的水库防洪风险调度”种针对设计洪水洪峰
、
洪量以及洪水过程线多重不确定性，提出了一种水库防洪风险调度模型；吴海燕等在“基于非均匀离散
DP
的碧口水库防洪优化调度”中以最大削峰准则为目标，建立了水库下泄流量最大值最小模型，提出了基于非均匀离散动态规划的模型求解方法；朱迪等构建了面向分级防洪目标的梯级水库汛控水位优化调度模型，采用仿生进化算法对调度模型进行了高效求解，并利用熵权法比选了梯级水库汛控水位方案，其中大多研究中的水库防洪调度结果为整个水库的泄水量，并未将泄水量分配到各泄洪设施
。
实际上水库泄洪能力并非固定，而是取决于当前库水位以及泄洪闸门的启闭状态和具体开度，由于泄洪设施运行控制影响因素复杂，不考虑泄洪闸门控制的传统防洪调度，容易导致实际洪水调度结果偏离理论优化结果，使得优化调度结果难以付诸实施
。
目前考虑泄洪闸门组合的水库防洪运行研究不仅较少，而且所构建的模型大多假设单个泄洪闸门处于关闭或全开状态，未考虑泄洪闸门的开启程度，使得模型的通用性较差
。
[0004]考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪调度是一个非常难以解决的优化问题，具有非凸
、
非线性和不连续的特点
。
而且水库调度的常规方法，包括动态规划
(DP)、
非线性规划
(NLP)
和现代智能算法
(
如遗传算法和粒子群优化
)
，在解决这一问题上都存在较大困难
。
尤其，当水库中的泄洪设施较多时，计算负担较大，往往难以满足防洪调度的时效性要求
。
[0005]因此，为进一步提高防洪调度水平，得到更加符合实际
、
更易于执行的防洪调度方案，针对传统水库防洪调度很少考虑泄洪设施的运行控制而导致最优调度结果难以直接实施的问题，亟需提出一种能够考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪优化调度方法
。
[0006]本专利技术成果依托国家自然科学基金
(52109041)、
河南省科技攻关计划
(222102320108)
，以澜沧江漫湾水库防洪调度为背景，建立了考虑泄洪闸门调度的水库防洪优化调度模型以实现精细化调度，并提出一种两层嵌套算法对模型进行求解，与传统的防洪调度相比，本文提出的调度方法更具有精确性和可执行性
。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供一种考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪调度方法，可有效解决传统水库防洪调度结果虽能为调度决策提供参考却难以直接应用于生产实践的现状，本专利技术建立了考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪优化调度模型，所建模型能有效地满足水库和泄洪设施闸门复杂的运行约束，同时也考虑到了水库水位和闸门开度对闸门泄洪能力的影响，保证了水库及泄洪设施的安全稳定运行，并提出了一种两层嵌套方法对模型进行求解，内层建立包括所有可行泄洪闸门组合的泄洪闸门组合表，并将其存储在数据库中；在外层，利用
POA
对水库坝前水位和总泄水量进行优化，然后通过查询泄洪闸门组合表确定各闸门的运行状态
。
[0008]本专利技术的技术方案为：
[0009]一种考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪调度方法，步骤如下：
[0010](1)
编制满足闸门运行约束的泄洪闸门组合表，其中，泄洪设施泄流约束式
(1)
‑
(3)
，泄洪设施闸门对称约束式
(4)
‑
(7)
，启闭顺序约束式
(8)
，具体操作步骤如
①‑④
：
[0011]a.
泄洪设施泄流约束
[0012]0≤q
i,t
≤q
i,max
ꢀꢀ
(1)
[0013]q
i,t
＝
f
i,qz
(O
i,t
,(Z
t
‑1+Z
t
)/2)
ꢀꢀ
(2)
[0014]Z
t
＝
f
zv
(V
t
)
ꢀꢀ
(3)
[0015]式中，
q
i,max
表示泄洪设施
i
最大允许泄流量；
O
i,t
为泄洪闸门
i
在
t
时段的开度；
f
i,qz
(
·
)
为泄洪闸门
i
的泄流量与闸门开度
、
水库坝前水位的关系函数；
f
zv
(
·
)
表示水库水位与蓄水量的关系函数，上述两数军为水库的基本参数；
[0016]b.
泄洪设施闸门对称约束
[0017]承担防洪任务的水库通常有多种泄洪设施，如表孔
、
底孔
、
溢洪道和泄洪隧洞等
。
为便于描述闸门运行规律，假设所研究的水库有表孔和底孔两种泄洪设施，两者数量分别为
I1和
I2；为避免泄洪闸门剧烈振动，保证大坝安全，要求泄洪设施闸门对称启闭；该对称规则描述如下：
[0018][0019][0020][0021][0022]式中，和分别表示表孔
m
和底孔
n
的闸门开度；
[0023]c.
泄洪设施启闭顺序约束
[0024]泄洪闸门通常有特定的启闭顺序约束，例如打开中间闸门通常比打开两侧闸门具有更高的优先级，而由于底孔的长期运行将对下游河流的坡度和建筑物产生负面影响，表孔通常比底部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种考虑泄洪设施闸门控制的水库防洪调度方法，其特征在于，步骤如下：
(1)
编制满足闸门运行约束的泄洪闸门组合表，其中，泄洪设施泄流约束式
(1)
‑
(3)
，泄洪设施闸门对称约束式
(4)
‑
(7)
，泄洪设施启闭顺序约束式
(8)
，具体操作步骤如
①‑④
：
a.
泄洪设施泄流约束：
0≤q
i,t
≤q
i,max
ꢀꢀꢀꢀ
(1)q
i,t
＝
f
i,qz
(O
i,t
,(Z
t
‑1+Z
t
)/2)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)Z
t
＝
f
zv
(V
t
)
ꢀꢀ
(3)
式中，
q
i,max
表示泄洪设施
i
最大允许泄流量；
O
i,t
为泄洪闸门
i
在
t
时段的开度；
f
i,qz
(
·
)
为泄洪闸门
i
的泄流量与闸门开度
、
水库坝前水位的关系函数；
f
zv
(
·
)
表示水库水位与蓄水量的关系函数；
b.
泄洪设施闸门对称约束假设水库有表孔和底孔两种泄洪设施，两者数量分别为
I1和
I2；为避免泄洪闸门剧烈振动，保证大坝安全，要求泄洪设施闸门对称启闭，该对称规则描述如下：动，保证大坝安全，要求泄洪设施闸门对称启闭，该对称规则描述如下：动，保证大坝安全，要求泄洪设施闸门对称启闭，该对称规则描述如下：动，保证大坝安全，要求泄洪设施闸门对称启闭，该对称规则描述如下：式中，和分别表示表孔
m
和底孔
n
的闸门开度；
c.
泄洪设施启闭顺序约束：式中，
P(
·
)
表示为泄洪设施的开启优先级；
①
结合水库闸门的控制规则确定闸门组合，该步骤只考虑各个水库闸门是否开启，不考虑开度，各闸门组合需要满足泄洪设施闸门对称约束和泄洪设施启闭顺序约束；
②
固定水库水位，针对同一种闸门组合，在满足泄洪设施闸门对称约束的前提下通过调整闸门开度获得更多的组合方案，并对各泄洪设施泄流量曲线进行分析，获得不同开度下同一种闸门组合的泄洪流量；
③
针对步骤
①
中的不同方案，重复步骤
②
，获得某水位下完整的泄洪闸门组合方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王沛霖，苏承国，原文林，靳世鑫，卢璐，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：