CN107330538A - 一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法 - Google Patents
一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107330538A CN107330538A CN201610845698.6A CN201610845698A CN107330538A CN 107330538 A CN107330538 A CN 107330538A CN 201610845698 A CN201610845698 A CN 201610845698A CN 107330538 A CN107330538 A CN 107330538A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- history
- scenario
- scheduling rule
- following
- reservoir
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 6
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 claims description 4
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 claims description 4
- 239000003621 irrigation water Substances 0.000 claims description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Economics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Marketing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种气候变化条件下水库适应性调度规则的编制方法，本发明同时考虑历史多情景序列和未来多情景序列来提取水库适应性调度规则，并以多情景平均效益和多情景平均稳健性作为优化目标：将历史和未来资料划分为多个情景，同时应用于适应性调度规则的编制中，实现历史资料对适应性调度规则编制的参考性，使调度规则能够更好地适应充满不确定性的未来气候条件；在目标函数中加入稳健性评价指标，最大化实现兼顾水库历史、未来多情景的适应性调度规则在不同气候变化条件下的适用性，为水库管理者编制调度决策提供了思路。本发明可广泛应用于水库适应性调度规则编制中，为编制科学有效的应对气候变化的决策提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及水库调度技术领域，特别涉及一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法。
背景技术
气候变化会影响水文循环过程，改变水资源的时空分配和径流特性，对经济社会发展产生重要影响，并可能加剧洪涝、干旱灾害以及水资源供需矛盾。水库作为人类有效应对水资源分配的重要手段，具有防洪、发电、灌溉、供水、航运等功能与任务。水库调度是水库实现其兴利除害功能、达到水资源时空分布重新分配的主要方式。在气候变化条件下，原有的一致性条件不复存在，基于历史径流序列编制的调度规则在气候变化条件下难以满足水库兴利要求，故提出适应性调度规则，利于水库管理者应对气候变化。
现有的水库适应性调度规则，主要是将未来水文气象的情景预测资料(如：未来的气温、降水和径流)作为适应性调度规则编制的依据，主要步骤为：(1)在特定的气候排放情景(如：RCPs4.5、RCPs8.5)下，利用全球大气环流模型(GCMs)和降尺度技术预测研究流域未来的气温、降水变化；(2)利用水文模型，基于降水、蒸发和径流三者关系，预测未来径流序列；(3)建立水库调度优化模型，利用未来径流序列提取适应性调度规则；(4)将基于历史径流序列的调度规则和适应性调度规则在未来时期进行模拟，比较效益等目标，对二者进行衡量和评价。
因此，现行方法存在的问题为：(1)在编制适应性调度规则时，仅以全球大气环流模型(GCMs)与水文模型所预测的结果作为水库调度优化模型的输入，忽略了历史资料的作用；(2)未来水文气象模型的预测结果存在很大的不确定性；(3)现有调度规则缺乏对调度规则的稳健性评价。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法，该方法同时考虑历史多情景序列和未来多情景序列来提取水库适应性调度规则，并以多情景平均效益和多情景平均稳健性作为优化目标。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法，包括步骤为：
步骤1：将历史资料序列利用滑块自助法进行分段，产生历史多情景序列；
步骤2：利用GCMs、降尺度技术预测未来研究时间内的气温和降水，以此预测结果作为水文模型的输入来预测径流，各预测结果作为未来多情景序列；
步骤3：针对历史多情景和未来多情景，以多情景平均效益最大化、多情景平均稳健性最大化为优化目标，构建水库优化调度模型，设置合适的调度规则型式，利用模拟优化法对调度规则参数进行优化，得到兼顾水库历史、未来多情景的适应性调度规则；
步骤4：与常规调度、仅基于历史的调度规则、仅基于未来的调度规则相比较，检验兼顾历史、未来多情景的适应性调度规则的适用性。
作为优选，步骤3中所述的水库调度优化目标如下：
a)多情景平均效益最大：
历史情景平均效益：
未来情景平均效益：
式中：和分别表示历史和未来的多情景平均效益；和分别表示在历史和未来情景s中第t年第i时段的目标经济效益；S1和S2分别表示历史和未来的情景数量；T1和T2分别表示历史和未来各情景的年限长度；N分别表示历史或未来同一情景、同一年中的计算时段总数；
b)多情景平均稳健性最大：
历史情景稳健性：
未来情景稳健性：
式中：RH和RF分别表示历史和未来的多情景平均稳健性；S1和S2分别表示历史和未来的情景数量；T1和T2分别表示历史和未来各情景的年限长度；N分别表示历史或未来同一情景、同一年中的计算时段总数。和分别表示为描述历史和未来稳健性的一个二元性能函数，即和其中和分别表示在历史和未来情景s中第t年第i时段的目标经济效益，BT表示可接受的系统性能该系统性能，与情景有关，具体可描述为：常规调度产生的效益、发电水库的保证出力对应的发电量、灌溉水库的灌溉保证率对应的经济效益。
本发明的有益效果：
(1)将历史和未来资料分为多情景，同时应用于适应性调度规则的编制，实现历史资料对适应性调度规则编制的参考性，能够使水库调度规则更好地应对未来不确定的气候变化。
(2)在目标函数中加入稳健性评价指标，最大化实现兼顾历史、未来多情景的适应性调度规则在不同气候变化条件下的适用性，为水库管理者编制调度决策提供了思路。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明的技术方案做进一步说明。
附图1为本发明的一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法的流程图，具体步骤为：
步骤1：将历史资料序列利用滑块自助法进行分段，产生历史多情景序列；
步骤2：利用GCMs、降尺度技术预测未来研究时间内的气温和降水，以此预测结果作为水文模型的输入来预测径流，各预测结果作为未来多情景序列；
步骤3：针对历史多情景和未来多情景，以多情景平均效益最大化、多情景平均稳健性最大化为优化目标，构建水库优化调度模型，设置合适的调度规则型式，利用模拟优化法对调度规则参数进行优化，得到兼顾历史、未来多情景的适应性调度规则。
(1)目标函数为：
a)多情景平均效益最大：
历史情景平均效益：
未来情景平均效益：
式中：和分别表示历史和未来的多情景平均效益；和分别表示在历史和未来情景s中第t年第i时段的目标经济效益；S1和S2分别表示历史和未来的情景数量；T1和T2分别表示历史和未来各情景的年限长度；N分别表示历史或未来同一情景、同一年中的计算时段总数。
b)多情景平均稳健性最大：
历史情景稳健性：
未来情景稳健性：
式中：RH和RF分别表示历史和未来的多情景平均稳健性；S1和S2分别表示历史和未来的情景数量；T1和T2分别表示历史和未来各情景的年限长度；N分别表示历史或未来同一情景、同一年中的计算时段总数。和分别表示为描述历史和未来稳健性的一个二元性能函数，即和其中和分别表示在历史和未来情景s中第t年第i时段的目标经济效益，BT表示可接受的系统性能该系统性能，与情景有关，具体可描述为：常规调度产生的效益、发电水库的保证出力对应的发电量、灌溉水库的灌溉保证率对应的经济效益。
(2)约束条件为：
a)水库水量平衡约束：
式中：Vi,t,s和Vi+1,t,s分别表示水库在s情景下第t年第i时段始末的库容；Ii,t,s和Qi,t,s分别表示水库在s情景下第t年第i时段的入流量和出流量；V1,t+1,s和VN+1,t,s分别表示水库在s情景下第t+1年第1时段初的库容和第t年第N时段末的库容。
b)水库库容约束：
VLi,t,s≤Vi,t,s≤VUi,t,s (6)
式中：Vi,t,s表示水库在s情景下第t年第i时段的初始库容；VLi,t,s表示水库在s情景下第t年第i时段的最小库容，一般为死库容；VUi,t,s表示水库在s情景下第t年第i时段的最大库容，在汛期为汛限水位对应库容，在非汛期为正常高水位对应库容。
c)水库出流量约束：
QLi,t,s≤Qi,t,s≤QUi,t,s (7)
式中：Qi,t,s表示水库在s情景下第t年第i时段的实际出流量；QLi,t,s和QUi,t,s分别表示水库在s情景下第t年第i时段的最小、最大出流量。
d)功能性约束：
针对不同功能的水库，该约束表达不同，以发电水库为例。
发电水库的出力约束：
PLi,t,s≤Pi,t,s≤PUi,t,s (8)
式中：Pi,t,s表示水库在s情景第t年第i时段的实际发电出力，PLi,t,s和PUi,t,s分别表示水库在s情景第t年第i时段最小、最大发电出力。
(3)调度函数型式
以线性调度函数为例，其表达型式为：
Qi,t,s＝ai(Ii,t,s+Vi,t,s)+bi (9)
式中：Ii,t,s、Vi,t,s和Qi,t,s分别表示水库在s情景下第t年第i时段的入流量、库容和出流量；ai和bi均为调度函数参数。
步骤4：与常规调度、仅基于历史的调度规则、仅基于未来的调度规则相比较，检验兼顾历史、未来多情景的适应性调度规则的适用性。
Claims (2)
1.一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将历史资料序列利用滑块自助法进行分段，产生历史多情景序列；
步骤2：利用GCMs、降尺度技术预测未来研究时间内的气温和降水，以此预测结果作为水文模型的输入来预测径流，各预测结果作为未来多情景序列；
步骤3：针对历史多情景和未来多情景，以多情景平均效益最大化、多情景平均稳健性最大化为优化目标，构建水库优化调度模型，设置合适的调度规则型式，利用模拟优化法对调度规则参数进行优化，得到兼顾历史、未来多情景的适应性调度规则；
步骤4：与常规调度、仅基于历史的调度规则、仅基于未来的调度规则相比较，检验兼顾历史、未来多情景的适应性调度规则的适用性。
2.如权利要求1所述的一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法，其特征在于，所述步骤3中水库调度的优化目标如下：
a)多情景平均效益最大：
历史情景平均效益：
未来情景平均效益：
式中：和分别表示历史和未来的多情景平均效益；和分别表示在历史和未来情景s中第t年第i时段的目标经济效益；S1和S2分别表示历史和未来的情景数量；T1和T2分别表示历史和未来各情景的年限长度；N分别表示历史或未来同一情景、同一年中的计算时段总数；
b)多情景平均稳健性最大：
历史情景稳健性：
未来情景稳健性：
式中：RH和RF分别表示历史和未来的多情景平均稳健性；S1和S2分别表示历史和未来的情景数量；T1和T2分别表示历史和未来各情景的年限长度；N分别表示历史或未来同一情景、同一年中的计算时段总数。和分别表示描述历史和未来稳健性的一个二元性能函数，即和其中和分别表示在历史和未来情景s中第t年第i时段的目标经济效益，BT表示可接受的系统性能该系统性能，与情景有关，具体可描述为：常规调度产生的效益、发电水库的保证出力对应的发电量、灌溉水库的灌溉保证率对应的经济效益。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610845698.6A CN107330538B (zh) | 2016-09-20 | 2016-09-20 | 一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610845698.6A CN107330538B (zh) | 2016-09-20 | 2016-09-20 | 一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107330538A true CN107330538A (zh) | 2017-11-07 |
| CN107330538B CN107330538B (zh) | 2020-09-08 |
Family
ID=60193048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610845698.6A Active CN107330538B (zh) | 2016-09-20 | 2016-09-20 | 一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107330538B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109118120A (zh) * | 2018-09-10 | 2019-01-01 | 武汉大学 | 考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法 |
| CN112184479A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-01-05 | 长江水利委员会水文局 | 一种水库群调度规则型式和参数对气候变化的适应性研究方法 |
| CN112819293A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-05-18 | 中国长江三峡集团有限公司 | 气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法 |
| CN117477638A (zh) * | 2023-10-27 | 2024-01-30 | 兰州大学 | 一种流域尺度、气候尺度的未来水光风多能互补扩容模型 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102682409A (zh) * | 2012-05-10 | 2012-09-19 | 中国水利水电科学研究院 | 一种基于gams非线性规划梯级水库群优化调度方法 |
| CN103049671A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-04-17 | 武汉大学 | 一种自适应气候变化的水库多目标优化调度图编制方法 |
| CN104462861A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-03-25 | 武汉大学 | 一种基于水库调度规则合成的水库调度决策方法 |
| CN105809281A (zh) * | 2016-03-04 | 2016-07-27 | 武汉大学 | 一种考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法 |
| CN105894116A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-08-24 | 武汉大学 | 一种流域梯级水库与蓄滞洪区联合调度方法 |
-
2016
- 2016-09-20 CN CN201610845698.6A patent/CN107330538B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102682409A (zh) * | 2012-05-10 | 2012-09-19 | 中国水利水电科学研究院 | 一种基于gams非线性规划梯级水库群优化调度方法 |
| CN103049671A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-04-17 | 武汉大学 | 一种自适应气候变化的水库多目标优化调度图编制方法 |
| CN104462861A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-03-25 | 武汉大学 | 一种基于水库调度规则合成的水库调度决策方法 |
| CN105809281A (zh) * | 2016-03-04 | 2016-07-27 | 武汉大学 | 一种考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法 |
| CN105894116A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-08-24 | 武汉大学 | 一种流域梯级水库与蓄滞洪区联合调度方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109118120A (zh) * | 2018-09-10 | 2019-01-01 | 武汉大学 | 考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法 |
| CN109118120B (zh) * | 2018-09-10 | 2020-06-23 | 武汉大学 | 考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法 |
| CN112184479A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-01-05 | 长江水利委员会水文局 | 一种水库群调度规则型式和参数对气候变化的适应性研究方法 |
| CN112184479B (zh) * | 2020-09-17 | 2021-08-17 | 长江水利委员会水文局 | 一种水库群调度规则型式和参数对气候变化的适应性研究方法 |
| CN112819293A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-05-18 | 中国长江三峡集团有限公司 | 气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法 |
| WO2022135265A1 (zh) * | 2021-01-14 | 2022-06-30 | 中国长江三峡集团有限公司 | 气候变化影响下水库调度规则的失效预警分析方法 |
| CN117477638A (zh) * | 2023-10-27 | 2024-01-30 | 兰州大学 | 一种流域尺度、气候尺度的未来水光风多能互补扩容模型 |
| CN117477638B (zh) * | 2023-10-27 | 2024-03-19 | 兰州大学 | 一种流域尺度、气候尺度的未来水光风多能互补扩容模型 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107330538B (zh) | 2020-09-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Deriving optimal refill rules for multi-purpose reservoir operation | |
| Wan et al. | Direct quantile regression for nonparametric probabilistic forecasting of wind power generation | |
| CN113379109B (zh) | 一种基于预测模型自适应的径流预报方法 | |
| CN110991687B (zh) | 一种基于经验模型的水资源调度优化方法 | |
| Cheng et al. | Short‐Term Hydroscheduling with Discrepant Objectives Using Multi‐Step Progressive Optimality Algorithm 1 | |
| CN104268653B (zh) | 基于集束径流预报的梯级水库优化调度方法 | |
| Liu et al. | Deriving reservoir refill operating rules by using the proposed DPNS model | |
| CN108446794A (zh) | 一种基于多个卷积神经网络结合架构深度学习预测方法 | |
| CN103942613B (zh) | 广义联络线模式下网省两级实时发电计划协调优化方法 | |
| CN107045785B (zh) | 一种基于灰色elm神经网络的短时交通流量预测的方法 | |
| CN107330538A (zh) | 一种气候变化条件下水库适应性调度规则编制的方法 | |
| Li et al. | Identifying explicit formulation of operating rules for multi-reservoir systems using genetic programming | |
| Kabir et al. | Partial adversarial training for neural network-based uncertainty quantification | |
| CN103276686A (zh) | 一种梯级水库下游设计洪水的推求方法 | |
| Felfelani et al. | Simulating hedging rules for effective reservoir operation by using system dynamics: a case study of Dez Reservoir, Iran | |
| CN104699890A (zh) | 一种城网配变重过载短期预警模型的建模方法 | |
| CN116070971A (zh) | 河湖水系有序流动调控方法和系统 | |
| CN109636054A (zh) | 基于分类和误差组合预测的太阳能光伏发电量预测方法 | |
| CN105140967B (zh) | 一种含新能源电力系统调峰需求的评估方法 | |
| Xu et al. | Optimal dispatching rules of hydropower reservoir in flood season considering flood resources utilization: A case study of Three Gorges Reservoir in China | |
| Hormwichian et al. | A conditional genetic algorithm model for searching optimal reservoir rule curves | |
| Davidsen et al. | The cost of ending groundwater overdraft on the North China Plain | |
| CN113705899A (zh) | 水库优化调度最优决策与效益的找寻方法 | |
| CN105005623A (zh) | 基于关键词检索指数相关性分析的用电需求预测方法 | |
| Soares et al. | Optimal generation and transmission expansion planning addressing short-term constraints with co-optimization of energy and reserves |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |