CN113343168B - 耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法 - Google Patents

耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，包括并联水库干支流控制断面生态环境流量、最小控制流量、水库及区间实时流量的计算或获取，并联水库运行状态评定刻画、并联水库联合调控目标确定和并联水库实时下泄流量计算；通过该并联水库联合调度，可同时兼顾干支流不同河段的生态环境和河道内外用水的需求；显著提高并联水库的水量利用率和下游控制断面最小流量的保证率，具有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。

Description

耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法
技术领域
本发明涉及水利计算技术领域，尤其涉及耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法。
背景技术
水库下泄生态环境流量及满足下游生产、生活、生态用水要求是水库调度的最基本的原则。水库下游不同河段有不同的用水要求，对下泄流量的要求也不相同，如水库下游近坝河段因用水需求较少，往往下泄生态环境流量即可满足要求，而下游随着工业、农业及城镇用水的增加，下泄生态环境流量就不能满足要求了。
现阶段水库下泄流量的控制以满足下游所有河段的最大用水要求为原则，以控制断面最小允许流量表示。并联水库因未能考虑水库自身特点和上游来水和区间来水情况，为保障下游控制断面最小允许流量要求，将各水库的下泄流量有意识的加大并硬性规定，从而使各水库过早达到死水位，导致下游控制断面最小流量的保证率降低，效果与愿望往往相反。
如何考虑并联水库下游不同河段对生态环境流量或最小允许流量的不同要求，以及并联水库库容条件、水库上游和区间来水条件，最大限度地提高下游控制断面的最小控制流量的保证率，目前尚无成熟的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，能够最大限度地提高下游控制断面的最小控制流量的保证率。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，包括并联水库干支流控制断面生态环境流量、最小控制流量、水库及区间实时流量的计算或获取，并联水库运行状态评定刻画、并联水库联合调控目标确定和并联水库实时下泄流量计算；
根据河流特性和通过所述并联水库干支流控制断面生态环境流量、最小控制流量、水库及区间实时流量的计算或获取，确定并联水库A下游和并联水库B下游各自所处支流控制断面生态环境流量、干流控制断面C的最小控制流量；获取所述并联水库A上游和所述并联水库B上游以及所述并联水库A和所述并联水库B至所述干流控制断面C的区间来流量；
所述并联水库运行状态评定刻画：根据所述并联水库A的实时运行有效库容
Figure 718752DEST_PATH_IMAGE001
的评定指标和所述并联水库B的实时运行有效库容
Figure 967200DEST_PATH_IMAGE002
的评定指标，将所述并联 水库A和所述并联水库B的运行状态刻画为：
正常运行状态
Figure 189233DEST_PATH_IMAGE003
非完全正常运行状态
Figure 219070DEST_PATH_IMAGE004
和完全非正常运行状态
Figure 434019DEST_PATH_IMAGE005
所述并联水库联合调控目标确定：根据刻画的并联水库运行状态，确定
所述正常运行状态的并联水库联合调控目标为
Figure 553285DEST_PATH_IMAGE006
所述非完全正常运行状态的并联水库联合调控目标为
Figure 431373DEST_PATH_IMAGE007
所述完全非正常运行状态的并联水库联合调控目标为
Figure 268879DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 959624DEST_PATH_IMAGE009
为并联水库A的实时下泄流量、
Figure 946778DEST_PATH_IMAGE010
为并联水库B的实时下泄流 量、
Figure 245035DEST_PATH_IMAGE011
为所述并联水库A和所述并联水库B的下泄流量与所述并联水库A和所述并联水 库B至所述干流控制断面C的区间流量的合成流量；
Figure 819105DEST_PATH_IMAGE012
为并联水库A下游支流控制断面 的生态环境流量；
Figure 126590DEST_PATH_IMAGE013
为并联水库B下游支流控制断面的生态环境流量；
Figure 705601DEST_PATH_IMAGE014
为干流控 制断面C的最小控制流量；
所述并联水库实时下泄流量计算：根据并联水库不同状态的联合调控目标，推求所述并联水库A和所述并联水库B实时下泄流量公式库；
所述正常运行状态，依据包括归一化实时有效库容权重计算下泄流量：
Figure 440338DEST_PATH_IMAGE015
Figure 173808DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 38646DEST_PATH_IMAGE017
为并联水库A正常高水位至死水位的兴利库容、
Figure 987010DEST_PATH_IMAGE018
为并联水库B正常高 水位至死水位的兴利库容；
Figure 141917DEST_PATH_IMAGE019
为所述并联水库A和所述并联水库B至所述干流控制断 面C的区间来流量；
所述非完全正常运行状态
针对
Figure 175732DEST_PATH_IMAGE020
，依据包括归一化实时有效库容 权重计算下泄流量：
Figure 513435DEST_PATH_IMAGE021
Figure 565573DEST_PATH_IMAGE022
针对
Figure 327599DEST_PATH_IMAGE023
，依据水量平衡原理计 算下泄流量：
Figure 848711DEST_PATH_IMAGE024
Figure 285377DEST_PATH_IMAGE025
针对
Figure 208334DEST_PATH_IMAGE026
，依据水量平衡原理计 算下泄流量：
Figure 206508DEST_PATH_IMAGE027
所述完全非正常运行状态
针对
Figure 214915DEST_PATH_IMAGE028
，依据包括兴利库 容权重计算下泄流量：
Figure 455272DEST_PATH_IMAGE029
Figure 935800DEST_PATH_IMAGE030
针对
Figure 354143DEST_PATH_IMAGE031
，依据水量平衡原理计 算下泄流量：
Figure 771217DEST_PATH_IMAGE032
Figure 316730DEST_PATH_IMAGE033
针对
Figure 948700DEST_PATH_IMAGE034
，依据水量平衡原理计 算下泄流量：
Figure 787212DEST_PATH_IMAGE035
针对
Figure 770212DEST_PATH_IMAGE036
，依据水量平衡原理计 算下泄流量：
Figure 788590DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 524333DEST_PATH_IMAGE038
为并联水库A上游的来流量、
Figure 550058DEST_PATH_IMAGE039
为并联水库B上游的来流量。
进一步的，所述并联水库指位于不同支流共同对干流形成调节的水库，支流水库包括一座水库。
进一步的，所述生态环境流量的计算方法包括水文学方法、水力学方法、水文-生物分析方法、生境模拟法或综合评价法。
进一步的，所述最小控制流量是满足河道内生态环境和河道外生产、生活、生态需水要求的河道控制断面允许最小流量。
进一步的，所述生态环境流量和所述最小控制流量的获取，包括依据流域规划、水量分配方案、水资源调度方案、环境影响评价、水资源论证、生态流量保障方案相关批复文件。
进一步的，所述并联水库A上游的来流量
Figure 505507DEST_PATH_IMAGE040
、所述并联水库B上游的来流量
Figure 642090DEST_PATH_IMAGE041
和所述并联水库A和并联水库B至干流控制断面C的来流量
Figure 232341DEST_PATH_IMAGE042
依据降水和水文资 料由水文模型计算，或在水库或流域的水雨情自动测报系统中获取。
进一步的，所述生态环境流量、控制断面最小流量包括瞬时流量、日平均流量。
进一步的，所述实时有效库容指水库运行时水位与水库死水位之间的库容，或由支流水库的所有实时有效库容叠加折算至最末一级水库的库容。
进一步的，所述归一化实时有效库容权重，指在计算并联水库实时有效库容权重前，先对实时有效库容进行归一化计算。
本发明的有益效果为：通过该并联水库联合调度，可同时兼顾干支流不同河段的生态环境和河道内外用水的需求；显著提高并联水库的水量利用率和下游控制断面最小流量的保证率，具有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
附图说明
图1 为本发明并联水库联合调控拓扑关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，包括并联水库干支流控制断面生态环境流量、最小控制流量、水库及区间实时流量的计算或获取，并联水库运行状态评定刻画、并联水库联合调控目标确定和并联水库实时下泄流量计算；
根据河流特性和通过所述并联水库干支流控制断面生态环境流量、最小控制流量、水库及区间实时流量的计算或获取，确定并联水库A下游和并联水库B下游各自所处支流控制断面生态环境流量、干流控制断面C的最小控制流量；获取所述并联水库A上游和所述并联水库B上游以及所述并联水库A和所述并联水库B至所述干流控制断面C的区间来流量；
所述并联水库运行状态评定刻画：根据所述并联水库A的实时运行有效库容
Figure 428967DEST_PATH_IMAGE001
的评定指标和所述并联水库B的实时运行有效库容
Figure 812324DEST_PATH_IMAGE002
的评定指标，将所述并联水库A和所 述并联水库B的运行状态刻画为：
正常运行状态
Figure 736287DEST_PATH_IMAGE003
非完全正常运行状态
Figure 197355DEST_PATH_IMAGE004
和完全非正常运行状态
Figure 315615DEST_PATH_IMAGE005
所述并联水库联合调控目标确定：根据刻画的并联水库运行状态，确定
所述正常运行状态的并联水库联合调控目标为
Figure 229344DEST_PATH_IMAGE006
所述非完全正常运行状态的并联水库联合调控目标为
Figure 956998DEST_PATH_IMAGE007
所述完全非正常运行状态的并联水库联合调控目标为
Figure 538152DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 558804DEST_PATH_IMAGE009
为并联水库A的实时下泄流量、
Figure 225409DEST_PATH_IMAGE010
为并联水库B的实时下泄流 量、
Figure 491174DEST_PATH_IMAGE011
为所述并联水库A和所述并联水库B的下泄流量与所述并联水库A和所述并联水 库B至所述干流控制断面C的区间流量的合成流量；
Figure 926835DEST_PATH_IMAGE012
为并联水库A下游支流控制断面 的生态环境流量；
Figure 121318DEST_PATH_IMAGE013
为并联水库B下游支流控制断面的生态环境流量；
Figure 275219DEST_PATH_IMAGE014
为干流 控制断面C的最小控制流量；
所述并联水库实时下泄流量计算：根据并联水库不同状态的联合调控目标，推求所述并联水库A和所述并联水库B实时下泄流量公式库；
所述正常运行状态，依据包括归一化实时有效库容权重计算下泄流量：
Figure 344675DEST_PATH_IMAGE043
Figure 314468DEST_PATH_IMAGE044
其中，
Figure 194699DEST_PATH_IMAGE017
为并联水库A正常高水位至死水位的兴利库容、
Figure 819585DEST_PATH_IMAGE018
为并联水库B正常高水 位至死水位的兴利库容；
Figure 177885DEST_PATH_IMAGE019
为所述并联水库A和所述并联水库B至所述干流控制断面C 的区间来流量；
所述非完全正常运行状态
针对
Figure 338870DEST_PATH_IMAGE020
，依据包括归一化实时有效库容权 重计算下泄流量：
Figure 124423DEST_PATH_IMAGE045
Figure 174288DEST_PATH_IMAGE046
针对
Figure 84082DEST_PATH_IMAGE023
，依据水量平衡原理计 算下泄流量：
Figure 348841DEST_PATH_IMAGE024
Figure 820142DEST_PATH_IMAGE025
针对
Figure 170352DEST_PATH_IMAGE026
，依据水量平衡原理计 算下泄流量：
Figure 621187DEST_PATH_IMAGE027
所述完全非正常运行状态针对
Figure 740453DEST_PATH_IMAGE028
， 依据包括兴利库容权重计算下泄流量：
Figure 320339DEST_PATH_IMAGE047
Figure 911507DEST_PATH_IMAGE048
针对
Figure 415301DEST_PATH_IMAGE049
，依据水量平衡原理计 算下泄流量：
Figure 576024DEST_PATH_IMAGE032
Figure 890593DEST_PATH_IMAGE033
针对
Figure 215395DEST_PATH_IMAGE050
，依据水量平衡原理计 算下泄流量：
Figure 506568DEST_PATH_IMAGE035
针对
Figure 600426DEST_PATH_IMAGE051
，依据水量平衡原理计 算下泄流量：
Figure 82966DEST_PATH_IMAGE052
其中，
Figure 629485DEST_PATH_IMAGE038
为并联水库A上游的来流量、
Figure 989928DEST_PATH_IMAGE039
为并联水库B上游的来流量。
所述并联水库指位于不同支流共同对干流形成调节的水库，支流水库包括一座水库。
所述生态环境流量的计算方法包括水文学方法、水力学方法、水文-生物分析方法、生境模拟法或综合评价法。
所述最小控制流量是满足河道内生态环境和河道外生产、生活、生态需水要求的河道控制断面允许最小流量。
所述生态环境流量和所述最小控制流量的获取，包括依据流域规划、水量分配方案、水资源调度方案、环境影响评价、水资源论证、生态流量保障方案相关批复文件。
所述并联水库A上游的来流量
Figure 938293DEST_PATH_IMAGE040
、所述并联水库B上游的来流量
Figure 594664DEST_PATH_IMAGE041
和所述 并联水库A和并联水库B至干流控制断面C的来流量
Figure 628479DEST_PATH_IMAGE042
依据降水和水文资料由水文模型 计算，或在水库或流域的水雨情自动测报系统中获取。
所述生态环境流量、控制断面最小流量包括瞬时流量、日平均流量。
所述实时有效库容指水库运行时水位与水库死水位之间的库容，或由该支流水库的所有实时有效库容叠加折算至最末一级水库的库容。
所述归一化实时有效库容权重，指在计算并联水库实时有效库容权重前，先对实时有效库容进行归一化计算。
所述并联水库A和所述并联水库B实时下泄流量公式库，系为水库多目标调度提供限制条件，不应理解为水库的具体调度方案。
实施例一
以澧水流域干支流控制断面为例，采用上述方法实施例所提供的一种耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，进行干支流生态环境流量、最小控制流量联合调控。收集整理干支流控制断面及区间长系列水文资料，通过长系列调节计算，联合调控前后干支流控制断面生态环境流量、最小控制流量保证率如表1所示。
表1 并联水库联合调控前后干支流控制断面生态环境流量、最小控制流量保证率
Figure 261455DEST_PATH_IMAGE053
由表1表可，上述实施例所提供的一种耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法能够显著提高并联水库的水量利用率和下游控制断面最小控制流量的保证率，具有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，其特征在于：包括并联水库干支流控制断面生态环境流量、最小控制流量、水库及区间实时流量的计算或获取，并联水库运行状态评定刻画、并联水库联合调控目标确定和并联水库实时下泄流量计算；
根据河流特性和通过所述并联水库干支流控制断面生态环境流量、最小控制流量、水库及区间实时流量的计算或获取，确定并联水库A下游和并联水库B下游各自所处支流控制断面生态环境流量、干流控制断面C的最小控制流量；获取所述并联水库A上游和所述并联水库B上游以及所述并联水库A和所述并联水库B至所述干流控制断面C的区间来流量；
所述并联水库运行状态评定刻画：根据所述并联水库A的实时运行有效库容
Figure 467739DEST_PATH_IMAGE001
的评 定指标和所述并联水库B的实时运行有效库容
Figure 447197DEST_PATH_IMAGE002
的评定指标，将所述并联水库A和所述并 联水库B的运行状态刻画为：
正常运行状态
Figure 787786DEST_PATH_IMAGE003
非完全正常运行状态
Figure 245312DEST_PATH_IMAGE004
和完全非正常运行状态
Figure 122001DEST_PATH_IMAGE005
所述并联水库联合调控目标确定：根据刻画的并联水库运行状态，确定
所述正常运行状态的并联水库联合调控目标为
Figure 570562DEST_PATH_IMAGE006
所述非完全正常运行状态的并联水库联合调控目标为
Figure 899912DEST_PATH_IMAGE007
所述完全非正常运行状态的并联水库联合调控目标为
Figure 161129DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 459037DEST_PATH_IMAGE009
为并联水库A的实时下泄流量、
Figure 514717DEST_PATH_IMAGE010
为并联水库B的实时下泄流量、
Figure 393680DEST_PATH_IMAGE011
为所述并联水库A和所述并联水库B的下泄流量与所述并联水库A和所述并联水库B 至所述干流控制断面C的区间流量的合成流量；
Figure 694474DEST_PATH_IMAGE012
为并联水库A下游支流控制断面的 生态环境流量；
Figure 280176DEST_PATH_IMAGE013
为并联水库B下游支流控制断面的生态环境流量；
Figure 772337DEST_PATH_IMAGE014
为干流控制 断面C的最小控制流量；
所述并联水库实时下泄流量计算：根据并联水库不同状态的联合调控目标，推求所述并联水库A和所述并联水库B实时下泄流量公式库；
所述正常运行状态，依据包括归一化实时有效库容权重计算下泄流量：
Figure 76280DEST_PATH_IMAGE015
Figure 974572DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 680360DEST_PATH_IMAGE017
为并联水库A正常高水位至死水位的兴利库容、
Figure 641625DEST_PATH_IMAGE018
为并联水库B正常高水位 至死水位的兴利库容；
Figure 432864DEST_PATH_IMAGE019
为所述并联水库A和所述并联水库B至所述干流控制断面C的 区间来流量；
所述非完全正常运行状态
针对
Figure 573995DEST_PATH_IMAGE020
，依据包括归一化实时有效库容权重计算 下泄流量：
Figure 689282DEST_PATH_IMAGE021
Figure 523246DEST_PATH_IMAGE022
针对
Figure 536201DEST_PATH_IMAGE023
，依据水量平衡原理计算下 泄流量：
Figure 44805DEST_PATH_IMAGE024
Figure 459606DEST_PATH_IMAGE025
针对
Figure 464471DEST_PATH_IMAGE026
，依据水量平衡原理计算下 泄流量：
Figure 964722DEST_PATH_IMAGE027
所述完全非正常运行状态
针对
Figure 8508DEST_PATH_IMAGE028
，依据包括兴利库容权重计 算下泄流量：
Figure 543395DEST_PATH_IMAGE029
Figure 282943DEST_PATH_IMAGE030
针对
Figure 270491DEST_PATH_IMAGE031
，依据水量平衡原理计算 下泄流量：
Figure 619432DEST_PATH_IMAGE032
Figure 247641DEST_PATH_IMAGE033
针对
Figure 594308DEST_PATH_IMAGE034
，依据水量平衡原理计算下 泄流量：
Figure 69152DEST_PATH_IMAGE035
针对
Figure 159468DEST_PATH_IMAGE036
，依据水量平衡原理计算下 泄流量：
Figure 967149DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 219139DEST_PATH_IMAGE038
为并联水库A上游的来流量、
Figure 181279DEST_PATH_IMAGE039
为并联水库B上游的来流量。
2.根据权利要求1所述的耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，其特征在于：所述并联水库指位于不同支流共同对干流形成调节的水库，支流水库包括一座水库。
3.根据权利要求1所述的耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，其特征在于：所述生态环境流量的计算方法包括水文学方法、水力学方法、水文-生物分析方法、生境模拟法或综合评价法。
4.根据权利要求1所述的耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，其特征在于：所述最小控制流量是满足河道内生态环境和河道外生产、生活、生态需水要求的河道控制断面允许最小流量。
5.根据权利要求1所述的耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，其特征在于：所述生态环境流量和所述最小控制流量的获取，包括依据流域规划、水量分配方案、水资源调度方案、环境影响评价、水资源论证、生态流量保障方案相关批复文件。
6.根据权利要求1所述的耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，其 特征在于：所述并联水库A上游的来流量
Figure 308241DEST_PATH_IMAGE040
、所述并联水库B上游的来流量
Figure 672227DEST_PATH_IMAGE041
和所述 并联水库A和并联水库B至干流控制断面C的来流量
Figure 95118DEST_PATH_IMAGE042
依据降水和水文资料由水文模型 计算，或在水库或流域的水雨情自动测报系统中获取。
7.根据权利要求1所述的耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，其特征在于：所述生态环境流量、控制断面最小流量包括瞬时流量、日平均流量。
8.根据权利要求1所述的耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，其特征在于：所述实时有效库容指水库运行时水位与水库死水位之间的库容，或由支流水库的所有实时有效库容叠加折算至最末一级水库的库容。
9.根据权利要求1所述的耦合生态环境和河道内外用水的并联水库联合调控方法，其特征在于：所述归一化实时有效库容权重，指在计算并联水库实时有效库容权重前，先对实时有效库容进行归一化计算。
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