CN101908181A - 一种基于生态调度图的水库生态调度方法 - Google Patents

Abstract

一种基于生态调度图的水库生态调度方法。首先将生态需水作为一个供水部门加入到水库的供水规划中，并分别利用历时法和实际代表年法计算水库兴利库容和关键调度线，进而绘制水库生态调度图。然后根据水库生态调度图制定水库水位位于死水位以上，限制洪水位以下；限制洪水位以上、下调配线以下；下调配线以上、上调配线以下以及上调配线以上，防洪水线以下等不同区域时的调度方式。本发明将生态需水纳入到传统的水库调度图中，应用生态调度图指导调度方式。使得水库生态调度更加贴近实际，更容易得到应用。

Description

一种基于生态调度图的水库生态调度方法

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及一种水库生态调度方法。尤其涉及一种把生态需水纳入到常规水库调度图中以实现水库生态调度的方法。

背景技术

水利工程的建设既为人类带来了巨大的经济和社会利益，同时也极大的改变了下游河流原有的自然演进和变化过程。传统的水利工程不论是设计建设还是调度运行，都主要以兴利除害为目的，注重发挥水利工程在防洪、发电、供水、航运、灌溉等方面的作用，而忽略了生态环境的要求，因此引发了河道断流，生态退化等一系列生态与环境问题(钱正英等，2006；姚维科等，2006)。近年来许多学者提出了“生态调度”的概念(董哲仁，2006；蔡其华，2006；程根伟等，2007)，其实质是在原有水利工程调度中加入生态环境因素的考虑，以降低进而消除水库对于生态和环境的负面影响、改善库区和下游生态环境。其中生态环境因素在调度中的主要体现方式，就是生态需水。

目前水利工程生态调度的研究还处于初始阶段，无论是理论上还是实践上都落后于实际需求，尚缺乏完整的理论体系以及切实可行的应用方法。在已有的水库生态调度方法中，有的将生态需水以最低下泄流量的形式作为一个约束条件而存在，这种调度方式虽然可操作性强、易于监督，但是由于仅仅考虑了最小生态需水，因而往往不能够遏制生态系统恶化，更达不到维持和修复生态系统健康的要求。有的将生态需水作为唯一目标，水库调度运行完全按照生态需水节律进行。这种方式虽然可以在最大程度上满足生态系统的需求，但由于弱化了水库建设的原有目标，使得水库丧失了应有的社会经济功能，目前仅仅是理论上的探讨，难以实践利用。

能够综合考虑社会经济目标与生态目标的水库生态调度方法是水库生态调度发展的趋势，但目前相关方法还很少，现有方法多数建立在多目标优化调度模型的基础上，然而求解多目标优化模型所得到的往往是多维解集空间(耿玉磊，2005)，难以直接应用。许多学者提出不同的方法来处理这一问题。如通过设定一系列的供水短缺率值，将水库社会经济效益目标转化为约束条件，进而得到一系列单目标优化模型(专利“一种供水型水库生态调度技术”，申请号201010100909.6)，或首先确定水文情势扰动阈值，将水库的发电量最大化为目标确定水库调度最优函数(专利“面向河流生态系统保护的发电型水库调度函数优化方法”，申请号200910265477.1)。还有学者提出分别赋予社会经济目标和生态目标一定的权重，然后将二者相加，将多目标函数转化为单目标函数(专利“兼顾人类和生态需求的供水型水库调度图优化确定方法”，申请号200910265478.6)，其中社会经济目标和生态目标的权重不同，代表二者在决策过程中重要性的差异，但是由于权重不具有明确的实际意义，带有很大的主观性，因此为实际调度中管理者决策造成了一定的困难。

此外，大部分生态调度的研究都忽略了基于调度图的生态调度方式。而在实际水库调度中，传统的调度图发挥着十分重要的指导作用。因此，在现阶段水利工程生态调度研究的初始阶段，还没有形成完整的理论体系以及切实可行的应用方法之时，研究如何将生态需水纳入到水库传统调度图中，探究如何利用生态调度图来指导水库调度，将使得水库生态调度更加贴近实际，更容易得到实际应用。

发明内容

本发明针对目前缺少简单易行的同时考虑人类需求与生态系统需求的水库生态调度方法，提出了将生态需水纳入到常规水库调度图中，即基于生态调度图的生态调度方法。

本发明的特征在于首先将生态需水作为一个用水部门纳入到水库的供水规划中，并分别利用历时法和实际代表年法计算水库兴利库容和关键调度线，进而绘制水库生态调度图。然后制定水库水位位于生态调度图中不同区域时的调度方式。

该方法和多数建立在优化模型之上的综合考虑社会经济目标与生态目标的水库生态调度方法相比，充分考虑了传统调度图在实际水库调度中发挥的重要作用，具有理论意义明确、可操作性强、更容易得到实际应用的优点。

附图说明

附图1为水库调度图；

附图2为水库生态调度实施步骤；

附图3为实施例中优化得到的兼顾人类和生态需求的水库调度图。

具体实施方式

(1)调整供水规划：水库传统兴利调度方式主要考虑城生活用水、工业用水和农业灌溉用水。在生态调度中需要增加生态需水的考虑，并且设水库调度为两级调度：即生活用水和生态用水为高保证率用水部门，需优先满足。工业用水和农业灌溉用水为低保证率用水部门。

(2)应用实际代表年法确定关键调度线，其具体步骤为：

●选择近年来水量接近高保证率用水部门供水保证率的年份3年。

●各月入库流量减去高保证率用水部门各月用水量，得到各月余缺水量。然后根据各月余缺水量计算各月月末水库蓄水量，遇缺水相加，遇余水相减，若结果小于0，则记为0。将结果与水库死库容相加，得到各月月末水库实际蓄水量。

●根据水库特征曲线确定所得到的每月水库蓄水量所对应的水位值。

●连结各月水位最高点和各月水位最低点，得到两条水库水位与时间的关系线，即为限制供水线和下调配线。

●各月入库流量减去所有用水部门各月用水量，得到各月余缺水量。然后根据各月余缺水量计算各月月末水库蓄水量，遇缺水相加，遇余水相减，若结果小于0，则记为0。将结果与水库死库容相加，得到各月月末水库实际蓄水量。

●根据水库特征曲线确定所得到的每月水库蓄水量所对应的水位值。

●连结各月水位最高点和各月水位最低点，得到两条水库水位与时间的关系线，即为上调配线和防弃水线。

(3)绘制水库生态调度图：在得到水库正常蓄水位、关键调度线之后，将其与设计洪水位、校核洪水位和死水位一同绘制在水库调度图中，即得到水库生态调度图。

(4)制定水库生态调度规则：根据水库生态调度图，制定水库生态调度规则：

●死水位以上、限制供水线以下的区域为限制供水区，当水库蓄水位处于该区域时，不能完全保证生活用水和生态用水，应优先供应生活用水，减少对生态用水的供水量，使月末水位处于死水位。

●限制供水线以上、下调配线以下的区域为低洪水区，当水库蓄水位处于该区域时，生活用水和生态用水按计划供水，工农业生产用水低于计划供水量供应。

●下调配线以上、上调配线以下的区域为保证供水区，当水库蓄水位处于该区域时，各用水部门都按照计划供水。

●上调配线以上、防弃水线以下的区域为加大供水区，当水库蓄水位处于该区域时，各用水部门都按照计划供水，并加大生态供水量。

●防弃水线以上的区域为扩大供水区，当水库蓄水位处于该区域时，各用水部门都按照计划供水，除加大向生态供水量外，可适当扩大其他供水部门供水量，如加大农业灌溉供水量，扩大灌溉面积等，使得月末水库水位处于上调配线位置。

实施例

本案例选择北方某水库作为实例分析。应用本发明实行生态调度的步骤为：

(1)调整供水规划：某水库传统兴利调度方式，主要考虑城生活用水、工业用水和农业灌溉用水。因此，在引入下游湖泊生态需水后，该水库兴利调度用水部门共有4个：分别是城区生活用水、湖泊生态需水、电厂工业用水和灌渠农业灌溉用水。调整后的水库调度为两级调度：城区生活用水和下游湖泊生态需水为优先供水部门，设定其供水保证率为95％；在满足优先供水部门用水的基础上，供应电厂工业用水和灌渠农业灌溉用水，其供水保证率为50％。

(2)根据实际代表年法计算该水库关键调度曲线。

表1限制供水线和下调配线调节计算结果

表2上调配线和防弃水线调节计算结果

(3)制定水库生态调度规则：根据水库生态调度图，制定水库生态调度规则。

在得到水库正常蓄水位、关键调度线之后，将其与设计洪水位、校核洪水位和死水位一同绘制在水库调度图中，即得到水库生态调度图。根据生态调度图和生态调度规则，计算不同水平年入流量条件下某水库调度运行方案。

假设调度区间的开始阶段，水库处于死水位状态，然后根据入流过程，按照时间顺序计算各月月初、月末的蓄水量和对应的水库水位，然后根据水库水位在调度图中的位置，确定该月调度规则(各部门供水量)，结合供水线路中的主要闸坝调度，即可得到基于生态调度图的调度方案。

●平水年(50％保证率)水库生态调度方案

市区生活用水能够足额供应，农业灌溉用水超额供应，电厂工业用水将出现8.3％的短缺；下游湖泊平均水位为6.87m，低于干淀水位6.5m以下的有2个月。

●丰水年(25％保证率)水库生态调度方案

丰水年，市区生活用水和电厂工业用水能够足额供应，农业灌溉用水超额供应。下游湖泊平均水位为8.42m，所有月份水位均高于6.5m的干淀水位。

●枯水年(75％保证率)水库生态调度方案

城区生活用水、农业灌溉用水和电厂工业的供应都不能按照计划供应，社会经济供水短缺率为32％，下游湖泊年平均水位为6.5m，低于干淀水位的有3个月。

Claims (1)

1.基于生态调度图的水库生态调度，其特征在于调整供水规划，将生态需水作为水库兴利调度的一个用水部门加入水库调度计算，对水库关键调度线和调度规则加以调整，重新绘制水库生态调度图以指导水库的生态调度，从而达到设定的生态目标。

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