CN105676890B - 三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法 - Google Patents

Abstract

一种三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，包括步骤一、基于聚合‑分解理论和预蓄预泄法，解析三维及以上梯级水库之间的预蓄水位上限之间关系；步骤二、建立以洪水预报有效预见期内防洪风险率、欠发风险率以及欠蓄风险率最小为目标函数，汛期运行水位为决策变量，人工鱼群算法为优化求解算法的优化调度模块，给出汛期运行水位动态控制非劣解集，为多目标决策模块提供决策方案集；步骤三、建立以最小化防洪风险率、欠发风险率、欠蓄风险率和最大化发电量、蓄水率为评价指标，以网络分析法为多目标评价方法的多目标决策模块，优选汛期运行水位动态控制决策方案，为梯级水库汛期运行水位联合动态控制方案的科学制定提供理论依据与技术支撑。

Description

三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法

技术领域

本发明涉及水库优化调度技术领域，具体是一种三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法。

背景技术

汛期运行水位动态控制为解决我国防洪与兴利之间的矛盾提供了一条有效途径。水库汛期运行水位动态控制理论方法有了很大的发展，从单一汛限水位、分期汛限水位静态控制发展到汛期运行水位动态控制，充分利用暴雨洪水等季节性变化规律特征和气象水文预报信息，在有效预见期内通过预报预泄等方法适当抬高水库运行水位，在不降低防洪标准的前提下达到增加水库综合兴利效益的目的。因梯级水库之间存在一定的水力联系和库容补偿，单纯提高某一水库的汛期运行水位，未必能提高梯级水库的洪水资源利用率。相对于单一水库汛期运行水位动态控制问题，梯级水库汛期运行水位的联合运用与动态控制问题更加复杂，其复杂度主要表现在：①水力联系复杂，防洪库容的合理补偿分配难度大；②水库维数和防护对象增加，汛期运行水位动态控制的风险分析难度增加；③各水库水文预报的有效遇见期长短不一，梯级水库预报补偿调度难度增加。三维及以上梯级水库与二维梯级水库的汛期运行水位动态控制调度相比，其难点主要表现在：二维梯级水库汛期运行水位动态控制上限之间关联方程存在解析解，三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制上限之间关联方程的解析解尚不明确。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明基于“模拟-优化-决策”框架，综合运用聚合-分解理论、预蓄预泄法、人工鱼群算法和网络分析法等理论方法，构建三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制的通用模型，提出了一种三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，可为梯级水库汛期运行水位联合动态控制方案的科学制定提供理论依据与技术支撑。

一种三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，包括如下步骤：

步骤一、建立模拟调度模块：基于聚合-分解理论和预蓄预泄法，解析三维及以上梯级水库之间的预蓄水位上限之间关系；

步骤二、建立优化调度模块：建立以洪水预报有效预见期内防洪风险率、欠发风险率以及欠蓄风险率最小为目标函数，汛期运行水位为决策变量，人工鱼群算法为优化求解算法的优化调度模块，给出汛期运行水位动态控制的非劣解集，为多目标决策模块提供决策方案集，其中汛期运行水位的上限由步骤一建立的模拟调度模块推求得到；

步骤三、建立多目标决策模块：建立以最小化防洪风险率、欠发风险率、欠蓄风险率和最大化发电量、蓄水率为评价指标，以网络分析法为多目标评价方法的多目标决策模块，按照优化调度模块给出的决策方案集优选汛期运行水位动态控制的决策方案。

如上所述的三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，所述步骤二中各目标函数公式如下，

(1)防洪风险率R_F最小

式中，为洪水预报有效预见期内第i个水库的防洪风险率；Z_i为第i个水库的当前运行水位；Z_s为第i个水库的防洪安全控制水位；N为水库数目；t_c为洪水预报起始时刻；T_y为洪水预报有效遇见期；t为当前时刻；n为洪水预报有效预见期内的时段数；

(2)欠发风险率R_G最小

式中，为洪水预报有效预见期内第i个水库的欠发风险率；G_i为第i个水库的发电量；G_d为第i个水库按常规调度或单库汛期运行水位动态控制调度对应的发电量；

(3)欠蓄风险率R_W最小

式中，为洪水预报有效预见期内第i个水库的欠蓄风险率；W_i为第i个水库的蓄水率；W_d为第i个水库按常规调度或单库汛期运行水位动态控制调度对应的蓄水率。

如上所述的三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，所述步骤二中各目标函数及各水库需满足以下约束条件：

①水量平衡约束

V_t+1,j＝V_t,j+(I_t,j-Q_t,j-L_t,j)Δt

式中，V_t,j，V_t+1,j分别表示第j个水库t时段初、末的蓄水容积；I_t,j表示第j个水库t时段水库平均入库流量；Q_t,j表示第j个水库t时段水库平均出库流量；L_t,j表示第j个水库t时段的水量损失；

②上游水库j+1与当前水库j之间的水力联系

Q_in,j(t)＝C₀Q_out,j+1(t)+K_j+1,j(t)

K_j+1,j(t)＝C₁Q_out,j+1(t-1)+C₂Q_in,j(t-1)+Q_in,(j,j+1)(t)

梯级水库自下而上编号为1,2,…j…N，式中，Q_in,j(t)为第j个水库t时段水库平均入库流量、Q_out,j+1(t)为第j+1个水库t时段水库平均出库流量、K_j+1,j(t)为t时刻水库j与水库j+1的水力联系变量、Q_out,j+1(t-1)为第j+1个水库t-1时段水库平均出库流量、Q_in,j(t-1)为第j个水库t-1时段水库平均入库流量、Q_in,(j,j+1)(t)为第j+1个水库t时段水库平均入库流量，C₀、C₁和C₂为马斯京根河道演算系数；

③水库水位约束

Z_mint,j≤Z_t,j≤Z_maxt,j

式中，Z_t,j表示第j个水库t时段水位；Z_mint,j表示第j个水库t时段允许消落到的最低水位，为分期汛限水位；Z_maxt,j为第j个水库t时段允许蓄到的最高水位，是由步骤一模拟调度模块推求得到的汛期运行水位上限；

④出库流量约束

Q_mint,j≤Q_t,j≤Q_maxt,j

式中，Q_mint,j表示水库放水量下限，一般由下游综合利用要求(如灌溉、航运、生态环境等)确定；Q_maxt,j表示水库放水量上限，一般受安全泄量、电站过水能力、水库泄流能力限制。

⑤电站出力约束

P_min,t≤P_t,j≤P_max,t

式中，P_min,t表示第j个水库水电站t时段出力下限；P_max,t表示第j个水库水电站t时段出力上限，它们通过综合考虑机组额定出力、受阻容量及调峰要求确定。

如上所述的三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，所述步骤二中用人工鱼群算法求解梯级水库汛期运行水位动态控制优化调度问题可按如下步骤进行：

①参数初始化：设置人工鱼群规模M，感知距离Visual、步长Step、拥挤度f_c、重复尝试次数Number、最大迭代次数T_max；

②当前迭代次数T＝0，随机生成一定数量的人工鱼个体，形成初始鱼群；人工鱼的表示方法为Z＝(z₁,z₂,…z_m)，其中决策变量Z_t代表第t时刻的汛期运行水位，满足水位约束条件；

④各人工鱼根据当前的能量水平选择执行追尾行为、聚群行为和觅食行为；

⑤各人工鱼每行动一次后，检验自身状态与公告板状态，如果优于公告板状态，则以自身状态取代之；

⑥终止条件判断：判断T是否已达到预置的最大迭代次数T_max，若是，则输出计算结果，即公告板值和中间状态值，否则，T＝T+1，转步骤④。

如上所述的三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，所述步骤三中采用网络分析法进行多目标决策的基本步骤如下：

①将优化调度模块给出的决策方案集作为输入，基于网络模型中各要素间的相互作用或影响，进行两两比较；

②确定未加权超矩阵，基于两两比较矩阵，使用特征向量法获得；归一化特征向量值，填入超矩阵列向量；

③确定超矩阵中各元素组的权重，保证各列归一；

④计算加权超矩阵；

⑤计算极限超矩阵，使用幂法，即求超矩阵的n次方，直到矩阵各列向量保持不变；

⑥输出网络系统各元素的相对重要性，可得到风险最小、发电和蓄水兴利效益最大的梯级水库汛期运行水位动态控制调度的决策方案。

本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

1、现有技术均以多年平均经济效益最大化或防洪风险率最小化为优化目标，本发明以防洪风险率、欠发风险率、欠蓄风险率为优化目标，以最小化防洪风险率、欠发风险率、欠蓄风险率和最大化发电量、蓄水率为评价指标，能够权衡水库调度的防洪风险和兴利效益风险，在保证水库防洪安全的前提下最大限度地提高水库调度的综合效益；

2、现有二维梯级水库汛期运行水位动态控制上限之间关联方程存在解析解，三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制上限之间关联方程的解析解尚不明确。本发明强调解析三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制上限关系，应用范围广，更具有实用性。

附图说明

图1为本发明三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法的流程示意图；

图2为本发明步骤一中水库预泄调度和回充调度示意图。

具体实施方式

本发明基于“模拟-优化-决策”框架，综合运用聚合-分解理论、预蓄预泄法、人工鱼群算法和网络分析法等理论方法，构建三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制的通用模型，提出三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，其具体流程详见图1。

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体说明。

本发明提供一种三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，包括以下步骤：

步骤一，建立模拟调度模块

基于聚合-分解理论和预蓄预泄法，解析三维及以上梯级水库之间的预蓄水位上限之间关系，并将预蓄水位上限作为优化调度模块中汛期运行水位约束的上限。

(1)预泄与回充调度。

如图2为水库经历一次洪水过程中预泄调度和回充调度示意图，设有效预见期长度为T_y，将一次洪水过程的防洪预报调度划分为三个阶段：①涨水阶段预泄，调度规则为：假定当前时刻为t₁，预见到时刻t₂将发生超过水库下游安全泄量Q_max的入库洪水，立即开始以安全泄量Q_max进行预泄，至t₂-1时刻将水库水位降低至起调水位Z；②当库水位超过静态控制(或分期)汛限水位之后，按照防办原审批防洪调度规则调洪；③退水阶段回充，调度规则为：如果当前时刻t₃，预见期t₃～t₄的入库流量都在安全泄量Q_max以下，则可以在满足兴利和生态等综合效益的基础上进行水库回充。

(2)解析预蓄水位(库容)关系。

预蓄预泄法推求预蓄水位的基本原理为水库以Z'水位起调时，经过洪水有效预见期T_y的预泄，能使水库的水位降低至原汛期运行水位Z，并且水库能够提供不少于原防洪调度方式的同期防洪库容，若预报流域将有较大的洪水形成时，各水库有能力进行预泄并腾出足够防洪库容，保证不降低原设防洪标准。由于上下游梯级水库之间存在水力联系，各水库允许的起调水位均受其他水库当前库容状态影响，因此各水库之间存在一种相互制约的关系。耦合聚合-分解理论和预蓄预泄法，利用上下游梯级水库水力联系、防洪控制点安全泄量约束和预报信息，解析梯级水库之间的预蓄水位上限之间关系。既可采用自上而下的顺序方式递推，也可自下而上的逆序方式递推，设梯级水库自下而上编号为1,2,3,…N，逆序递推法解析上下游梯级水库间的预蓄水位(库容)关系的基本步骤如下：

①聚合水库的目标，最大化聚合水库的预蓄水量。

max V_yx(t)＝f′(Z′(t))-f′(Z(t)) (4)

式中，V_yx(t)为t时段聚合水库预蓄水量、Z'(t)为t时段末聚合水库预蓄水位、Z(t)为t时段初聚合水库水位、f′(·)为聚合水库的水位-库容关系曲线。

②自下而上分解聚合水库，其编号为N-1的上游聚合水库(由水库2,3,…N组成)与下游水库1的水力联系如下，

Q_in,1(t)＝C₀Q_out,N-1(t)+K_N-1,1(t) (5a)

K_N-1,1(t)＝C₁Q_out,N-1(t-1)+C₂Q_in,1(t-1)+Q_in,(N-1,1)(t) (5b)

式中，Q_in,1(t)为t时刻水库1的入库流量、K_N-1,1(t)为t时刻水库1与聚合水库N-1的水力联系变量、C₀、C₁和C₂为马斯京根河道演算系数、Q_out,N-1(t-1)为t-1时刻聚合水库N-1的出库流量、Q_in,1(t-1)为t-1时刻水库1的入库流量、Q_in,(N-1,1)(t)为t时刻水库1与聚合水库N-1之间的区间流量。

③解析编号为N-1的上游聚合水库(由水库2,3,…N组成)与下游水库1的预蓄水位上限之间关系，

式中，f₁(·)为水库1的水位-库容关系曲线、Z'₁为t时段末水库1的预蓄水位、Z₁为t时段初水库1的水位、Q_max,1为水库1的最大安全泄量、Q_N-1(t)为t时刻聚合水库N-1的入库流量、f′_N-1(·)为聚合水库N-1的水位-库容关系曲线、Z'_N-1为t时段末聚合水库N-1的预蓄水位、Z_N-1为t时段初聚合水库N-1的水位、T_y为水文预报有效遇见期、t_c为水文预报的起始时刻。

④同理可得到，其编号为N-2的上游聚合水库(由水库3,4,…N组成)与下游水库2的水力联系如下，

Q_in,2(t)＝C₀Q_out,N-2(t)+K_N-2,2(t) (7a)

K_N-2,2(t)＝C₁Q_out,N-2(t-1)+C₂Q_in,2(t-1)+Q_in,(N-2,2)(t) (7b)

式中，Q_in,2(t)为t时刻水库2的入库流量、K_N-2,2(t)为t时刻水库2与聚合水库N-2的水力联系变量、Q_out,N-2(t-1)为t-1时刻聚合水库N-2的出库流量、Q_in,2(t-1)为t-1时刻水库2的入库流量、Q_in,(N-2,2)(t)为t时刻水库2与聚合水库N-2之间的区间流量，其它同上。

⑤解析编号为N-2的上游聚合水库(由水库3,4,…N组成)与下游水库2的预蓄水位上限之间关系，

式中，f₂(·)为水库2的水位-库容关系曲线、Z'₂为t时段末水库2的预蓄水位、Z₂为t时段初水库2的水位、Q_max,2为水库2的最大安全泄量、Q_N-2(t)为t时刻聚合水库N-2的入库流量、f′_N-2(·)为聚合水库N-2的水位-库容关系曲线、Z'_N-2为t时段末聚合水库N-2的预蓄水位、Z_N-2为t时段初聚合水库N-2的水位，其它同上。

⑥自下而上逐级分解，可得到其编号为1的上游聚合水库(由水库N组成)与下游水库N-1的水力联系如下，

Q_in,N-1(t)＝C₀Q_out,1(t)+K_1,N-1(t) (9a)

K_1,N-1(t)＝C₁Q_out,1(t-1)+C₂Q_in,N-1(t-1)+Q_in,(1,N-1)(t) (9b)

式中，Q_in,N-1(t)为t时刻水库N-1的入库流量、K_1,N-1(t)为t时刻水库N-1与聚合水库1(即水库N)的水力联系变量、Q_out,1(t-1)为t-1时刻聚合水库1的出库流量、Q_in,N-1(t-1)为t-1时刻水库N-1的入库流量、Q_in,(1,N-1)(t)为t时刻水库N-1与聚合水库1之间的区间流量，其它同上。

⑦解析编号为1的上游聚合水库(由水库N组成)与下游水库N-1的预蓄水位上限之间关系，

式中，f_N-1(·)为水库N-1的水位-库容关系曲线、Z'_N-1为t时段末水库N-1的预蓄水位、Z_N-1为t时段初水库N-1的水位、Q_max,N-1为水库N-1的最大安全泄量、Q₁(t)为t时刻聚合水库1的入库流量、f′₁(·)为聚合水库1的水位-库容关系曲线、Z'₁为t时段末聚合水库1的预蓄水位、Z₁为t时段初聚合水库1的水位，其它同上。

步骤二，建立优化调度模块

建立以洪水预报有效预见期内防洪风险率、欠发风险率以及欠蓄风险率最小为目标函数，汛期运行水位为决策变量，人工鱼群算法为优化求解算法的优化调度模块，给出汛期运行水位动态控制的非劣解集，为多目标决策模块提供决策方案集。

(1)目标函数

①防洪风险率R_F最小。

式中，为洪水预报有效预见期内第i个水库的防洪风险率；Z_i为第i个水库的当前运行水位；Z_s为第i个水库的防洪安全控制水位；N为水库数目；t_c为洪水预报起始时刻；T_y为洪水预报有效遇见期；t为当前时刻；n为洪水预报有效预见期内的时段数。

②欠发风险率R_G最小。

式中，为洪水预报有效预见期内第i个水库的欠发风险率；G_i为第i个水库的发电量；G_d为第i个水库按常规调度或单库汛期运行水位动态控制调度对应的发电量；其它同上。

③欠蓄风险率R_W最小。

式中，为洪水预报有效预见期内第i个水库的欠蓄风险率；W_i为第i个水库的蓄水率；W_d为第i个水库按常规调度或单库汛期运行水位动态控制调度对应的蓄水率；其它同上。

(2)约束条件

上述目标函数及各水库需满足以下约束条件：

①水量平衡约束。

V_t+1,j＝V_t,j+(I_t,j-Q_t,j-L_t,j)Δt (14)

式中，V_t,j，V_t+1,j分别表示第j个水库t时段初、末的蓄水容积；I_t,j表示第j个水库t时段水库平均入库流量；Q_t,j表示第j个水库t时段水库平均出库流量；L_t,j表示第j个水库t时段的水量损失。

②上游水库j+1与当前水库j之间的水力联系(梯级水库自下而上编号为1,2,…j…N)。

Q_in,j(t)＝C₀Q_out,j+1(t)+K_j+1,j(t) (15)

K_j+1,j(t)＝C₁Q_out,j+1(t-1)+C₂Q_in,j(t-1)+Q_in,(j,j+1)(t)

(16)

式中，Q_in,j(t)为第j个水库t时段水库平均入库流量、Q_out,j+1(t)为第j+1个水库t时段水库平均出库流量、K_j+1,j(t)为t时刻水库j与水库j+1的水力联系变量、Q_out,j+1(t-1)为第j+1个水库t-1时段水库平均出库流量、Q_in,j(t-1)为第j个水库t-1时段水库平均入库流量、Q_in,(j,j+1)(t)为第j+1个水库t时段水库平均入库流量，其它同上。

③水库水位约束。

Z_mint,j≤Z_t,j≤Z_maxt,j

(17)

式中，Z_t,j表示第j个水库t时段水位；Z_mint,j表示第j个水库t时段允许消落到的最低水位，为分期汛限水位；Z_maxt,j为第j个水库t时段允许蓄到的最高水位，是由模拟调度模块推求得到的汛期运行水位上限。

④出库流量约束。

Q_mint,j≤Q_t,j≤Q_maxt,j

(18)

式中，Q_mint,j表示水库放水量下限，一般由下游综合利用要求(如灌溉、航运、生态环境等)确定；Q_maxt,j表示水库放水量上限，一般受安全泄量、电站过水能力、水库泄流能力限制。

⑤电站出力约束。

P_min,t≤P_t,j≤P_max,t

(19)

式中，P_min,t表示第j个水库水电站t时段出力下限；P_max,t表示第j个水库水电站t时段出力上限；它们通过综合考虑机组额定出力、受阻容量及调峰要求等确定。

此外，上述变量均为非负变量。

(3)优化算法

用人工鱼群算法求解梯级水库汛期运行水位动态控制优化调度问题可按如下步骤进行：

①参数初始化：设置人工鱼群规模M，感知距离Visual、步长Step、拥挤度f_c、重复尝试次数Number、最大迭代次数T_max。

②当前迭代次数T＝0，随机生成一定数量的人工鱼个体，形成初始鱼群。人工鱼的表示方法为Z＝(z₁,z₂,…z_m)，其中决策变量Z_t代表第t时刻的汛期运行水位，满足水位约束条件。

④各人工鱼根据当前的能量水平选择执行追尾行为、聚群行为和觅食行为。

⑤各人工鱼每行动一次后，检验自身状态与公告板状态，如果优于公告板状态，则以自身状态取代之。

⑥终止条件判断：判断T是否已达到预置的最大迭代次数T_max，若是，则输出计算结果(即公告板值和中间状态值)，否则，T＝T+1，转步骤④。

步骤三，建立多目标决策模块

建立以最小化防洪风险率、欠发风险率、欠蓄风险率和最大化发电量、蓄水率为评价指标，以网络分析法为多目标评价方法的多目标决策模块，优选汛期运行水位动态控制的决策方案。

(1)评价指标

实施梯级水库汛期运行水位动态控制调度的目的是在满足不降低原防洪标准的前提条件下，寻求水库风险最小、发电和蓄水兴利效益最大的非劣决策调度方案，根据多目标决策理论，可选取计算期内的风险最小、发电和蓄水效益最大指标为多目标评价指标体系。评价指标包括：

①最小化防洪风险率R_F。

min R_F (20)

②最小化欠发风险率R_G。

min R_G (21)

③最小化欠蓄风险率R_W。

min R_W (22)

④最大化发电量G(与年均弃水量目标最小等效)。

⑤最大化蓄水率W(与汛末年均蓄水位最大等效)。

式中，α_i为第i个水库蓄水率权重系数，其值可根据该水库所占梯级水库总兴利库容的比例确定，且

(2)多目标决策

基于超矩阵概念，采用网络分析法进行多目标决策的基本步骤如下，

①将优化调度模块给出的决策方案集作为输入，基于网络模型中各要素间的相互作用/影响，进行两两比较。

②确定未加权超矩阵，基于两两比较矩阵，使用特征向量法获得归一化特征向量值，填入超矩阵列向量。

③确定超矩阵中各元素组的权重(保证各列归一)。

④计算加权超矩阵。

⑤计算极限超矩阵，使用幂法，即求超矩阵的n次方，直到矩阵各列向量保持不变。

⑥输出网络系统各元素的相对重要性，可得到风险最小、发电和蓄水兴利效益最大的梯级水库汛期运行水位动态控制调度的决策方案。

Claims (5)

1.一种三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、建立模拟调度模块：基于聚合-分解理论和预蓄预泄法，解析三维及以上梯级水库之间的预蓄水位上限之间关系；

步骤二、建立优化调度模块：建立以洪水预报有效预见期内防洪风险率、欠发风险率以及欠蓄风险率最小为目标函数，汛期运行水位为决策变量，人工鱼群算法为优化求解算法的优化调度模块，给出汛期运行水位动态控制的非劣解集，为多目标决策模块提供决策方案集，其中汛期运行水位的上限由步骤一建立的模拟调度模块推求得到；

步骤三、建立多目标决策模块：建立以最小化防洪风险率、欠发风险率、欠蓄风险率和最大化发电量、蓄水率为评价指标，以网络分析法为多目标评价方法的多目标决策模块，按照优化调度模块给出的决策方案集优选汛期运行水位动态控制的决策方案。

2.如权利要求1所述的三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，其特征在于：所述步骤二中各目标函数公式如下，

(1)防洪风险率R_F最小

式中，为洪水预报有效预见期内第i个水库的防洪风险率；Z_i为第i个水库的当前运行水位；Z_s为第i个水库的防洪安全控制水位；N为水库数目；t_c为洪水预报起始时刻；T_y为洪水预报有效遇见期；t为当前时刻；n为洪水预报有效预见期内的时段数；#{Z_i≥Z_s}代表水库的运行水位大于等于防洪安全控制水位的次数；

(2)欠发风险率R_G最小

式中，为洪水预报有效预见期内第i个水库的欠发风险率；G_i为第i个水库的发电量；G_d为第i个水库按常规调度或单库汛期运行水位动态控制调度对应的发电量；#{G_i＜G_d}代表水库发电量小于按常规调度或单库汛期运行水位动态控制调度对应发电量的次数；

(3)欠蓄风险率R_W最小

式中，为洪水预报有效预见期内第i个水库的欠蓄风险率；W_i为第i个水库的蓄水率；W_d为第i个水库按常规调度或单库汛期运行水位动态控制调度对应的蓄水率；#{W_i＜W_d}代表水库蓄水率小于按常规调度或单库汛期运行水位动态控制调度对应蓄水率的次数。

3.如权利要求1所述的三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，其特征在于：所述步骤二中各目标函数及各水库需满足以下约束条件：

①水量平衡约束

V_t+1,j＝V_t,j+(I_t,j-Q_t,j-L_t,j)Δt

式中，V_t,j，V_t+1,j分别表示第j个水库t时段初、末的蓄水容积；I_t,j表示第j个水库t时段水库平均入库流量；Q_t,j表示第j个水库t时段水库平均出库流量；L_t,j表示第j个水库t时段的水量损失；Δt表示时段步长；

②上游水库j+1与当前水库j之间的水力联系

Q_in,j(t)＝C₀Q_out,j+1(t)+K_j+1,j(t)

K_j+1,j(t)＝C₁Q_out,j+1(t-1)+C₂Q_in,j(t-1)+Q_in,(j,j+1)(t)

梯级水库自下而上编号为1,2,…j…N，式中，Q_in,j(t)为第j个水库t时段水库平均入库流量、Q_out,j+1(t)为第j+1个水库t时段水库平均出库流量、K_j+1,j(t)为t时刻水库j与水库j+1的水力联系变量、Q_out,j+1(t-1)为第j+1个水库t-1时段水库平均出库流量、Q_in,j(t-1)为第j个水库t-1时段水库平均入库流量、Q_in,(j,j+1)(t)为第j+1个水库t时段水库平均入库流量，C₀、C₁和C₂为马斯京根河道演算系数；

③水库水位约束

Z_mint,j≤Z_t,j≤Z_maxt,j

式中，Z_t,j表示第j个水库t时段水位；Z_mint,j表示第j个水库t时段允许消落到的最低水位，为分期汛限水位；Z_maxt,j为第j个水库t时段允许蓄到的最高水位，是由步骤一模拟调度模块推求得到的汛期运行水位上限；

④出库流量约束

Q_mint,j≤Q_t,j≤Q_maxt,j

式中，Q_mint,j表示水库放水量下限，一般由下游综合利用要求确定，如灌溉、航运、生态环境；Q_maxt,j表示水库放水量上限，一般受安全泄量、电站过水能力、水库泄流能力限制；

⑤电站出力约束

P_min,t≤P_t,j≤P_max,t

式中，P_min,t表示第j个水库水电站t时段出力下限；P_max,t表示第j个水库水电站t时段出力上限，它们通过综合考虑机组额定出力、受阻容量及调峰要求确定。

4.如权利要求1所述的三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，其特征在于：所述步骤二中用人工鱼群算法求解梯级水库汛期运行水位动态控制优化调度问题按如下步骤进行：

①参数初始化：设置人工鱼群规模M，感知距离Visual、步长Step、拥挤度f_c、重复尝试次数Number、最大迭代次数T_max；

②当前迭代次数T＝0，随机生成一定数量的人工鱼个体，形成初始鱼群；人工鱼的表示方法为Z＝(z₁,z₂,…z_m)，其中决策变量z_m为人工鱼群算法生成的第m个库水位变量，满足水位约束条件；

③计算初始鱼群各人工鱼个体当前位置的食物浓度值，并比较大小，取食物浓度值Y为最大值者进入公告板，保存其状态及Y值，食物浓度值Y具体的计算方法如下：根据状态转移方程V_t+1,j(Z_t+1,j)＝V_t,j(Z_t,j)+(I_t,j-Q_t,j-L_t,j)Δt计算各时段出库流量，其中Z_t,j、Z_t+1,j分别表示表示第j个水库t时段初、末的水位；V_t,j，V_t+1,j分别表示第j个水库t时段初、末的蓄水容积；I_t,j表示第j个水库t时段水库平均入库流量；Q_t,j表示第j个水库t时段水库平均出库流量；L_t,j表示第j个水库t时段的水量损失；Δt为时段步长；

若出库流量Q_t,j不满足出库流量约束条件，则重新调整Z_t,j，否则进入下一步；计算发电水头H_t,j，根据P_t,j＝K_j·Q_t,j·H_t,j计算出力，K_j为第j个水库的出力系数，若出力P_t,j不满足出力约束条件，则重新调整Z_t,j，否则进入下一步；计算梯级水库的防洪风险率R_F、欠发风险率R_G和欠蓄风险率R_W，进一步计算食物浓度其中，分别为经归一化处理后的防洪风险率、欠发风险率和欠蓄风险率；

④各人工鱼根据当前的能量水平选择执行追尾行为、聚群行为和觅食行为；

⑤各人工鱼每行动一次后，检验自身状态与公告板状态，如果优于公告板状态，则以自身状态取代之；

⑥终止条件判断：判断T是否已达到预置的最大迭代次数T_max，若是，则输出计算结果，即公告板值和中间状态值，否则，T＝T+1，转步骤④，T为当前迭代次数。

5.如权利要求1所述的三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法，其特征在于：所述步骤三中采用网络分析法进行多目标决策的基本步骤如下：

①将优化调度模块给出的决策方案集作为输入，基于网络模型中各要素间的相互作用或影响，进行两两比较；

②确定未加权超矩阵，基于两两比较矩阵，使用特征向量法获得；归一化特征向量值，填入超矩阵列向量；

③确定超矩阵中各元素组的权重，保证各列归一；

④计算加权超矩阵；

⑤计算极限超矩阵，使用幂法，即求超矩阵的n次方，直到矩阵各列向量保持不变；

⑥输出网络系统各元素的相对重要性，可得到风险最小、发电和蓄水兴利效益最大的梯级水库汛期运行水位动态控制调度的决策方案。