CN113379276B - 基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法及系统，能够有效提高流域的生态效益。闸坝群低影响应急生态调度方法包括：步骤一、构建以保障流域关键控制断面生态流量为目的的闸坝群应急调度可调能力指标评价体系：1.评价指标选取：从水量、水质和工程这三个要素选取合适的评价指标构建以保障流域关键断面生态流量为目标的闸坝群应急调度可调能力评价指标体系；2.评价指标权重计算，建立最优组合赋权模型，计算得到各指标的最优组合权重；3.可调能力计算，计算得到闸坝的可调能力值；步骤二、流域关键控制断面闸坝群低影响应急生态调度方案生成和优选：1.生态缺水量计算；2.应急调度方案生成和优选。

Description

基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法及系统

技术领域

本发明属于闸坝调度技术领域，具体涉及基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法及系统。

技术背景

河流生态流量是指为了维持河流自然水文特征和生态系统的结构与功能，需要在河道内维持的一定流量过程。保障生态流量，对于维系河流健康，服务国家水安全和生态文明建设具有重大的意义。但是近年来，经济社会的快速发展和水资源短缺矛盾的不断加深，使得生态用水被生产、生活用水挤占，水生生物的多样性，乃至河流生态系统的完整性遭到严重破坏。此外由于流域闸坝群的不合理调度，下游断面的生态流量得不到保障，河道断流事故也时有发生。因此保障流域关键断面生态流量的低影响调度也逐渐成为了流域闸坝群管理的热点与难点。

随着人们生态保护意识的提高，闸坝群从之前只注重社会经济效益最大化的单一目标，转变为兼顾生态环境效益的低影响多目标生态调度模式。但是目前的生态调度研究多关注构建中长期的优化生态调度模型，且调控对象常着眼于单个水库，已不能满足流域管理部门的整体规划要求。对从流域闸坝群整体视角出发，开展应急生态调度的研究较少。断面流量生态应急事件具有不确定性、破坏性和紧急性的特点，如何制定一个高效、低影响的生态应急调度方案是一个亟待攻克的难题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法及系统，能够为实行闸坝群生态应急调度提供一个有效提高流域的生态效益并降低对河流自然生态系统影响的方案生成和优选方法。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

<方法>

本发明提供基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、构建以保障流域关键控制断面生态流量为目的的闸坝群应急调度可调能力指标评价体系：

1.评价指标选取

可调能力是用来量化闸坝通过调度水量来缓解下游生态应急事故的调控能力，与调度期内可调控水体的量、质和调度响应能力有关；如下表1所示，从水量、水质和工程这三个要素选取合适的评价指标构建以保障流域关键断面生态流量为目标的闸坝群应急调度可调能力评价指标体系，水量要素选取闸坝的可调度水量，水质要素选用至少一个水质污染指标表征；工程要素用调水距离、河道连通性和调度响应能力三个指标来表征；各指标意义及计算方法如下：

1)水量要素

闸坝的可调度水量表示在调度时刻闸坝可用于满足流域关键断面生态流量需求的总泄流量，可调度水量越多，则闸坝可调能力越强；其表达式为：

式中，W为闸坝的可调度水量；W_t为当前调度时刻闸坝的蓄水量；W_n为水库或水闸正常蓄水位所对应的库容；η为与调度期有关的系数；

2)水质要素

水质污染指标用于描述调度水体调度时刻的水质状况；闸坝调度水体的水质状况越优，则闸坝可调能力越强；

3)工程要素

①调水距离，表征调度水量到达关键断面的快慢，以参与调度闸坝到关键断面的距离或河段长度来表示；调水距离越短，则可调能力越强；

②河道连通性，反映闸坝到关键断面的河道连通程度，以调度河段内闸坝的总数量来表示；调度河段内闸坝数量越少，则河道连通性越好，其调度能力越强；

③调度响应能力，表征闸坝调令执行的快慢程度，以调度指令下达到执行所经过部门的节点数来表示；若流域管理部门可直接下达调令，则节点数为1；从调令下达到执行需要经过一级部门，如主管单位为省级水利部门，则节点数为2；从调令下达到执行需要经过两级部门，如主管单位为市级水利局，则节点数为3，以此类推；节点数越少代表调度指令能越快执行，则调度响应能力越强，其可调能力也相应越强；

表1闸坝群应急生态调度可调能力评价指标体系

2.评价指标权重计算

建立最优组合赋权模型，计算得到各指标的最优组合权重；

3.可调能力计算

式中，RAI为闸坝的可调能力值，w_i为第i个评价指标的权重，m为评价指标的总个数，IES_i为第i个无量纲化评价指标的值；

步骤二、流域关键控制断面闸坝群低影响应急生态调度方案生成和优选：

1.生态缺水量计算

调度期内流域关键断面的生态缺水量可由所在河道的生态需水量和实测流量推算出，其表达式如下：

ΔW_E＝δ(Q_E-Q_t)·T (3)

式中，ΔW_E为河道关键断面调度期内的生态缺水量；Q_E、Q_t分别为河道关键断面调度期内的生态流量和实测流量；T为调度期；δ为安全系数，其作用是避免闸门启闭、河道演进等因素带来的水量损失；

2.应急调度方案生成和优选

①按照距离关键断面由近到远，初步筛选出参与调度的闸坝的总数量并根据总数量(同一个关键断面的路径所经过的闸坝数量)确定调度级别，设调度方案中参与调度的闸坝总数量为n，则调度级别为n级；根据此将所有调度方案初步划分等级；只经过一个闸坝(n＝7)的路线则为第一级，只经过两个闸坝(n＝2)的路线则为第二级；对于同一级的方案，虽然经过的闸坝数量相同，但是路线不同，具体经过的闸坝工程也会不同；

②对处于相同级别的调度方案，根据调度方案的可调能力进行排序；由于同级调度方案涉及的闸坝可调能力各不相同，因此进一步采用闸坝群综合可调能力指数来整体表征调度方案的可调能力，其数值越大，调度方案的调度能力也越大，方案的优先级也越高。

其表达式如下：

式中，RAI^*为闸坝群综合可调能力指数；RAI_i为调度方案中第i个闸坝的可调能力，i＝1，2，...，n；闸坝的序号从下游往上游进行编码，以下各式的闸坝序号均按照此方式进行编码；

③对处于相同级别且综合可调能力指数相同的调度方案，按照方案的可调度水量上限进行排序；方案的可调度水量阈值上限越大，则越不会影响其他用水户的供水，闸坝群应急调度方案越优；令调度方案的可调度水量为W，则：

式中，W_i为调度方案中第i个闸坝的可调度水量，i＝1，2，...，n；调度方案的可调度水量阈值范围为

④确定最优闸坝群应急生态调度方案涉及闸坝的增加下泄流量；当n＝1，仅有一个闸坝参与调度，闸坝增加的生态泄流量与关键断面生态缺水量相等，则此闸坝需要增加的下泄流量为ΔQ₁，可表示为：

当n≥2，前n-1个闸坝的可调度水量均用于生态用水调度，第n个闸坝则根据断面剩余生态缺水量计算实际的下泄流量；参与调度的闸坝需要增加的下泄流量可表示为：

式中，i、j为第i、j个闸坝，i＝1，2，...，n，j＝1，2，...，n-1；ΔQ_i为第i个闸坝需要增加的下泄流量；W_j为第j个闸坝的可调度水量。

优选地，本发明提供的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，还可以具有以下特征：在水质要素中，采用氨氮和高锰酸盐指数指标两个水质污染指标共同描述调度水体调度时刻的水质状况。氨氮和高锰酸盐指数是包括河流域水质主要超标项目，因此水质要素建议选用氨氮和高锰酸盐指数这2个水质指标。

优选地，本发明提供的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，还可以具有以下特征：在步骤一的子步骤1)中，n在汛期、非汛期和汛前期分别取25％、75％和50％。

优选地，本发明提供的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，还可以具有以下特征：在步骤一的子步骤2中，是构建基于层次分析法、熵权法和变异系数法相结合的组合赋权计算方法，此模型有两个优点：一方面，采用熵权法计算权重时会出现均衡化缺陷，变异系数法可以对其进行弥补；另一方面，将主客观赋权法相结合可以兼顾主观经验和客观原始指标信息，计算的组合权重也更加合理。最优组合赋权公式为：

式中，m表示待评指标的个数；λ为偏好系数，一般取0.5；w_1，i、w_2，i、w_3，i分别表示层次分析法、熵权法、变异系数法计算的第i个指标的权重；w_i表示第i个指标的最优组合权重。

优选地，本发明提供的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，还可以具有以下特征：在步骤二的子步骤1中，δ在汛期取1.1，其他时期取1.2。

优选地，本发明提供的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，还可以具有以下特征：在步骤二的子步骤④中，闸坝开启顺序应从上游往下游依次开启。

<系统>

进一步，本发明还提供了基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度系统，其特征在于，包括：

可调能力指标评价体系构建部，构建以保障流域关键控制断面生态流量为目的的闸坝群应急调度可调能力指标评价体系，包括如下内容：

1.评价指标选取

可调能力是用来量化闸坝通过调度水量来缓解下游生态应急事故的调控能力，与调度期内可调控水体的量、质和调度响应能力有关；从水量、水质和工程这三个要素选取合适的评价指标构建以保障流域关键断面生态流量为目标的闸坝群应急调度可调能力评价指标体系，水量要素选取闸坝的可调度水量，水质要素选用至少一个水质污染指标表征；工程要素用调水距离、河道连通性和调度响应能力三个指标来表征；各指标意义及计算方法如下：

1)水量要素

闸坝的可调度水量表示在调度时刻闸坝可用于满足流域关键断面生态流量需求的总泄流量，可调度水量越多，则闸坝可调能力越强；其表达式为：

式中，W为闸坝的可调度水量；W_t为当前调度时刻闸坝的蓄水量；W_n为水库或水闸正常蓄水位所对应的库容；η为与调度期有关的系数；

2)水质要素

水质污染指标用于描述调度水体调度时刻的水质状况；闸坝调度水体的水质状况越优，则闸坝可调能力越强；

3)工程要素

①调水距离，表征调度水量到达关键断面的快慢，以参与调度闸坝到关键断面的距离或河段长度来表示；调水距离越短，则可调能力越强；

②河道连通性，反映闸坝到关键断面的河道连通程度，以调度河段内闸坝的总数量来表示；调度河段内闸坝数量越少，则河道连通性越好，其调度能力越强；

③调度响应能力，表征闸坝调令执行的快慢程度，以调度指令下达到执行所经过部门的节点数来表示；节点数越少代表调度指令能越快执行，则调度响应能力越强，其可调能力也相应越强；

2.评价指标权重计算

建立最优组合赋权模型，计算得到各指标的最优组合权重；

4.可调能力计算

式中，RAI为闸坝的可调能力值，w_i为第i个评价指标的权重，m为评价指标的总个数，IES_i为第i个无量纲化评价指标的值；

方案生成部，与可调能力指标评价体系构建部通信相连，能够生成流域关键控制断面闸坝群低影响应急生态调度方案并确定最优方案，包括如下内容：

1.生态缺水量计算

调度期内流域关键断面的生态缺水量可由所在河道的生态需水量和实测流量推算出，其表达式如下：

ΔW_E＝δ(Q_E-Q₁)·T (3)

式中，ΔW_E为河道关键断面调度期内的生态缺水量；Q_E、Q_t分别为河道关键断面调度期内的生态流量和实测流量；T为调度期；δ为安全系数；

2.应急调度方案生成和优选

①按照距离关键断面由近到远，初步筛选出参与调度的闸坝的总数量并根据总数量确定调度级别，设调度方案中参与调度的闸坝总数量为n，则调度级别为n级；根据此将所有调度方案初步划分等级；

②对处于相同级别的调度方案，根据调度方案的可调能力进行排序；由于同级调度方案涉及的闸坝可调能力各不相同，因此进一步采用闸坝群综合可调能力指数来整体表征调度方案的可调能力，其数值越大，调度方案的调度能力也越大，方案的优先级也越高。

其表达式如下：

式中，RAI^*为闸坝群综合可调能力指数；RAI_i为调度方案中第i个闸坝的可调能力，i＝1，2，...，n；闸坝的序号从下游往上游进行编码，以下各式的闸坝序号均按照此方式进行编码；

③对处于相同级别且综合可调能力指数相同的调度方案，按照方案的可调度水量上限进行排序；方案的可调度水量阈值上限越大，则越不会影响其他用水户的供水，闸坝群应急调度方案越优；令调度方案的可调度水量为W，则：

式中，W_i为调度方案中第i个闸坝的可调度水量，i＝1，2，...，n；调度方案的可调度水量阈值范围为

④确定最优闸坝群应急生态调度方案涉及闸坝的增加下泄流量；当n＝1，仅有一个闸坝参与调度，闸坝增加的生态泄流量与关键断面生态缺水量相等，则此闸坝需要增加的下泄流量为ΔQ₁，可表示为：

当n≥2，前n-1个闸坝的可调度水量均用于生态用水调度，第n个闸坝则根据断面剩余生态缺水量计算实际的下泄流量；参与调度的闸坝需要增加的下泄流量可表示为：

式中，i、j为第i、j个闸坝，i＝1，2，...，n，j＝1，2，...，n-1；ΔQ_i为第i个闸坝需要增加的下泄流量；W_j为第j个闸坝的可调度水量；以及

控制部，与可调能力指标评价体系构建部和方案生成部均通信相连，控制它们的运行。

优选地，本发明提供的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，还可以包括：调度执行部，与控制部通信相连，并且分别与各个闸坝通信相连，根据方案生成部确定的最优闸坝群应急生态调度方案中的增加下泄流量调控该方案涉及到的闸坝开启执行相应的调度。

优选地，本发明提供的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度系统，还可以包括：监测部，与各个闸坝通信相连，监控闸坝的运行情况和调度执行情况。

优选地，本发明提供的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度系统，还可以包括：输入显示部，与可调能力指标评价体系构建部和方案生成部、监测部、控制部均通信相连，让用户输入控制指令，并根据控制指令进行相应的显示。

优选地，本发明提供的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度系统，还具有如下特征：输入显示部能够对可调能力指标评价体系构建部构建的体系中的各参数信息进行显示，并能够对方案生成部生成的方案和确定的最优方案进行显示，而且能够对调度执行部执行的调度信息进行显示，还能够对监测部监测到的闸坝的运行情况和调度执行情况进行显示。

发明的作用与效果

本发明所提供的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法及系统，构建了以保障流域关键控制断面生态流量为目的的闸坝群可调能力评价体系，通过计算闸坝群可调能力和可调度水量确定生成的各可选方案的的优先级，并从中确定最优应急生态调度方案，基于该最优方案进行调度可以动用最少的闸坝，满足下游生态流量的同时，减少对取用水单元的影响，在保证取用水单元的前提下，有效提高了流域的生态效益并降低了对河流自然生态系统的不良影响。

附图说明

图1为本发明涉及的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法的流程图；

图2为本发明实施例涉及的参与应急生态调度的闸坝群拓扑关系示意图；

图3为本发明实施例涉及的闸坝群可调能力评价结果对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的基于可调能力的闸坝群(闸坝群指的是由流域内一系列水闸和水库组成的工程)低影响应急生态调度方法及系统的具体实施方案进行详细地说明。

<实施例>

如图1和表2所示，本实施例中以沙颍河界首断面为生态保障示例断面，采用2016年3月26日8：00时刻为调度时刻，时刻实测流量为0m³/s，远不满足界首断面生态流量要求，亟需采取低影响应急生态调度。

表2界首断面以上参与评估的闸坝群

一、闸坝群可调能力评价

1.指标权重计算

评价体系各指标因子的权重计算结果如表3所示。水量、水质和工程要素权重分别为0.231、0.193和0.576。

表3界首断面应急生态调度可调能力评价指标因子最优组合权重计算结果

2.可调能力评价结果

闸坝群可调能力计算结果和排序见表4和图3所示。在所有参与评价的闸坝群中，燕山水库可调能力值为0.664，可调能力最大，而米湾水库可调能力最小。对水闸来说，可调能力最大的为周口闸，最小的为大陈闸。

表4界首断面应急生态调度闸坝群可调能力评价结果表

二、界首断面低影响应急生态调度方案优选

1.应急生态调度方案生成和分级

对表2界首断面应急调度涉及的闸坝进行归纳整理，形成界首断面闸坝群应急生态调度方案集，共14种调度方案，如表5所示。

表5界首断面闸坝群应急生态调度方案集

14种闸坝群应急调度方案的综合可调能力指数和可调度水量阈值范围计算结果如表6所示。界首断面闸坝群应急生态调度方案共分为六个等级。

表6界首断面调度方案分级结果表

2.应急生态调度方案优选

1)界首断面生态缺水量

参考《淮河流域生态流量试点工作实施方案》成果，界首断面3月份的生态流量为5.5m³/s。本实例设置调度期为3天，安全系数为1.2，根据式(3)计算调度期内界首断面的生态缺水量，为171.07万m³。

2)调度方案优选

首先根据界首断面的生态缺水量和闸坝群应急调度方案的可调度水量阈值范围初选调度方案，经比较分析，符合要求调水方案有4条，即第四级调度方案中的“D12—D5—D2—D1—界首断面”、“D11—D5—D2—D1—界首断面”、“D6—D5—D2—D1—界首断面”和“D4—D3—D2—D1—界首断面”方案。然后，对比这4种方案的综合可调能力指数和可调度水量，选择第四级的第1个调度方案为满足界首断面生态流量需求的最优低影响应急生态调度方案，参与调度的闸坝从上游往下游依次为燕山水库、沙河节制闸、周口闸和槐店闸。根据式(7)计算最优方案中各闸坝需要增加的生态下泄流量，得燕山水库、沙河节制闸、周口闸和槐店闸需在当前下泄流量基础上增加的下泄流量分别为0.62m³/s、1.73m³/s、3.38m³/s和6.6m³/s。然后就可以根据这些下泄流量来调控各个闸坝开启泄流。

进一步，本实施例还提供了能够自动实现上述方法的闸坝群低影响应急生态调度系统，该系统包括可调能力指标评价体系构建部、调度执行部、监测部、输入显示部以及控制部。

可调能力指标评价体系构建部能够按照前述步骤一的内容构建以保障流域关键控制断面生态流量为目的的闸坝群应急调度可调能力指标评价体系。

方案生成部与可调能力指标评价体系构建部通信相连，能够按照前述步骤二的内容生成流域关键控制断面闸坝群低影响应急生态调度方案并确定最优方案。

调度执行部与方案生成部和控制部均通信相连，并且分别与各个闸坝(水闸/水库)通信相连，根据方案生成部确定的最优闸坝群应急生态调度方案中的增加下泄流量调控该方案涉及到的闸坝开启以执行相应的调度。

监测部与各个闸坝通信相连，监控闸坝的运行情况和调度执行情况。

输入显示部与可调能力指标评价体系构建部和方案生成部、监测部、控制部均通信相连，让用户输入控制指令，并根据控制指令进行相应的显示。例如，输入显示部能够对可调能力指标评价体系构建部构建的体系中的各参数信息进行显示，并能够对方案生成部生成的方案和确定的最优方案进行显示，而且能够对调度执行部执行的调度信息进行显示，还能够对监测部监测到的闸坝的运行情况和调度执行情况进行显示。

控制部与可调能力指标评价体系构建部、调度执行部、监测部、输入显示部均通信相连，控制它们的运行。

以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法及系统并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (9)

1.基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、构建以保障流域关键控制断面生态流量为目的的闸坝群应急调度可调能力指标评价体系：

(1)评价指标选取

可调能力是用来量化闸坝通过调度水量来缓解下游生态应急事故的调控能力，与调度期内可调控水体的量、质和调度响应能力有关；从水量、水质和工程这三个要素选取合适的评价指标构建以保障流域关键断面生态流量为目标的闸坝群应急调度可调能力评价指标体系，水量要素选取闸坝的可调度水量，水质要素选用至少一个水质污染指标表征；工程要素用调水距离、河道连通性和调度响应能力三个指标来表征；各指标意义及计算方法如下：

1)水量要素

闸坝的可调度水量表示在调度时刻闸坝可用于满足流域关键断面生态流量需求的总泄流量，可调度水量越多，则闸坝可调能力越强；其表达式为：

式中，W为闸坝的可调度水量；W_t为当前调度时刻闸坝的蓄水量；W_n为水库或水闸正常蓄水位所对应的库容；η为与调度期有关的系数；

2)水质要素

水质污染指标用于描述调度水体调度时刻的水质状况；闸坝调度水体的水质状况越优，则闸坝可调能力越强；

3)工程要素

①调水距离，表征调度水量到达关键断面的快慢，以参与调度闸坝到关键断面的距离或河段长度来表示；调水距离越短，则可调能力越强；

②河道连通性，反映闸坝到关键断面的河道连通程度，以调度河段内闸坝的总数量来表示；调度河段内闸坝数量越少，则河道连通性越好，其调度能力越强；

③调度响应能力，表征闸坝调令执行的快慢程度，以调度指令下达到执行所经过部门的节点数来表示；节点数越少代表调度指令能越快执行，则调度响应能力越强，其可调能力也相应越强；

(2)评价指标权重计算

建立最优组合赋权模型，计算得到各指标的最优组合权重；

(3)可调能力计算

式中，RAI为闸坝的可调能力值，w_i为第i个评价指标的权重，m为评价指标的总个数，IES_i为第i个无量纲化评价指标的值；

步骤二、流域关键控制断面闸坝群低影响应急生态调度方案生成和优选：

(1)生态缺水量计算

调度期内流域关键断面的生态缺水量可由所在河道的生态需水量和实测流量推算出，其表达式如下：

ΔW_E＝δ(Q_E-Q_t)·T (3)

式中，ΔW_E为河道关键断面调度期内的生态缺水量；Q_E、Q_t分别为河道关键断面调度期内的生态流量和实测流量；T为调度期；δ为安全系数；

(2)应急调度方案生成和优选

①按照距离关键断面由近到远，初步筛选出参与调度的闸坝的总数量并根据总数量确定调度级别，设调度方案中参与调度的闸坝总数量为n，则调度级别为n级；根据此将所有调度方案初步划分等级；

②对处于相同级别的调度方案，根据调度方案的可调能力进行排序；由于同级调度方案涉及的闸坝可调能力各不相同，因此进一步采用闸坝群综合可调能力指数来整体表征调度方案的可调能力，其数值越大，调度方案的调度能力也越大，方案的优先级也越高；

其表达式如下：

式中，RAI^*为闸坝群综合可调能力指数；RAI_i为调度方案中第i个闸坝的可调能力，i＝1,2,...,n；闸坝的序号从下游往上游进行编码，以下各式的闸坝序号均按照此方式进行编码；

③对处于相同级别且综合可调能力指数相同的调度方案，按照方案的可调度水量上限进行排序；方案的可调度水量阈值上限越大，则越不会影响其他用水户的供水，闸坝群应急调度方案越优；令调度方案的可调度水量为W，则：

式中，W_i为调度方案中第i个闸坝的可调度水量，i＝1,2,...,n；调度方案的可调度水量阈值范围为

④确定最优闸坝群应急生态调度方案涉及闸坝的增加下泄流量；当n＝1，仅有一个闸坝参与调度，闸坝增加的生态泄流量与关键断面生态缺水量相等，则此闸坝需要增加的下泄流量为ΔQ₁，可表示为：

当n≥2，前n-1个闸坝的可调度水量均用于生态用水调度，第n个闸坝则根据断面剩余生态缺水量计算实际的下泄流量；参与调度的闸坝需要增加的下泄流量可表示为：

式中，i、j为第i、j个闸坝，i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,n-1；ΔQ_i为第i个闸坝需要增加的下泄流量；W_j为第j个闸坝的可调度水量。

2.根据权利要求1所述的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，其特征在于：

其中，在水质要素中，采用氨氮和高锰酸盐指数指标两个水质污染指标共同描述调度水体调度时刻的水质状况。

3.根据权利要求1所述的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，其特征在于：

其中，在步骤一的子步骤1)中，η在汛期、非汛期和汛前期分别取25％、75％和50％。

4.根据权利要求1所述的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，其特征在于：

其中，在步骤一的子步骤2中，是构建基于层次分析法、熵权法和变异系数法相结合的组合赋权计算方法，最优组合赋权公式为：

式中，m表示待评指标的个数；λ为偏好系数；w_1,i、w_2,i、w_3,i分别表示层次分析法、熵权法、变异系数法计算的第i个指标的权重；w_i表示第i个指标的最优组合权重。

5.根据权利要求1所述的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度方法，其特征在于：

其中，在步骤二的子步骤1中，δ在汛期取1.1，其他时期取1.2。

6.基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度系统，其特征在于，包括：

可调能力指标评价体系构建部，构建以保障流域关键控制断面生态流量为目的的闸坝群应急调度可调能力指标评价体系，包括如下内容：

(1)评价指标选取

可调能力是用来量化闸坝通过调度水量来缓解下游生态应急事故的调控能力，与调度期内可调控水体的量、质和调度响应能力有关；从水量、水质和工程这三个要素选取合适的评价指标构建以保障流域关键断面生态流量为目标的闸坝群应急调度可调能力评价指标体系，水量要素选取闸坝的可调度水量，水质要素选用至少一个水质污染指标表征；工程要素用调水距离、河道连通性和调度响应能力三个指标来表征；各指标意义及计算方法如下：

1)水量要素

闸坝的可调度水量表示在调度时刻闸坝可用于满足流域关键断面生态流量需求的总泄流量，可调度水量越多，则闸坝可调能力越强；其表达式为：

式中，W为闸坝的可调度水量；W_t为当前调度时刻闸坝的蓄水量；W_n为水库或水闸正常蓄水位所对应的库容；η为与调度期有关的系数；

2)水质要素

水质污染指标用于描述调度水体调度时刻的水质状况；闸坝调度水体的水质状况越优，则闸坝可调能力越强；

3)工程要素

①调水距离，表征调度水量到达关键断面的快慢，以参与调度闸坝到关键断面的距离或河段长度来表示；调水距离越短，则可调能力越强；

②河道连通性，反映闸坝到关键断面的河道连通程度，以调度河段内闸坝的总数量来表示；调度河段内闸坝数量越少，则河道连通性越好，其调度能力越强；

③调度响应能力，表征闸坝调令执行的快慢程度，以调度指令下达到执行所经过部门的节点数来表示；节点数越少代表调度指令能越快执行，则调度响应能力越强，其可调能力也相应越强；

(2)评价指标权重计算

建立最优组合赋权模型，计算得到各指标的最优组合权重；

(3)可调能力计算

式中，RAI为闸坝的可调能力值，w_i为第i个评价指标的权重，m为评价指标的总个数，IES_i为第i个无量纲化评价指标的值；

方案生成部，与所述可调能力指标评价体系构建部通信相连，能够生成流域关键控制断面闸坝群低影响应急生态调度方案并确定最优方案，包括如下内容：

(1)生态缺水量计算

调度期内流域关键断面的生态缺水量可由所在河道的生态需水量和实测流量推算出，其表达式如下：

ΔW_E＝δ(Q_E-Q_t)·T (3)

式中，ΔW_E为河道关键断面调度期内的生态缺水量；Q_E、Q_t分别为河道关键断面调度期内的生态流量和实测流量；T为调度期；δ为安全系数；

(2)应急调度方案生成和优选

①按照距离关键断面由近到远，初步筛选出参与调度的闸坝的总数量并根据总数量确定调度级别，设调度方案中参与调度的闸坝总数量为n，则调度级别为n级；根据此将所有调度方案初步划分等级；

②对处于相同级别的调度方案，根据调度方案的可调能力进行排序；由于同级调度方案涉及的闸坝可调能力各不相同，因此进一步采用闸坝群综合可调能力指数来整体表征调度方案的可调能力，其数值越大，调度方案的调度能力也越大，方案的优先级也越高；

其表达式如下：

式中，RAI^*为闸坝群综合可调能力指数；RAI_i为调度方案中第i个闸坝的可调能力，i＝1,2,...,n；闸坝的序号从下游往上游进行编码，以下各式的闸坝序号均按照此方式进行编码；

③对处于相同级别且综合可调能力指数相同的调度方案，按照方案的可调度水量上限进行排序；方案的可调度水量阈值上限越大，则越不会影响其他用水户的供水，闸坝群应急调度方案越优；令调度方案的可调度水量为W，则：

式中，W_i为调度方案中第i个闸坝的可调度水量，i＝1,2,...,n；调度方案的可调度水量阈值范围为

④确定最优闸坝群应急生态调度方案涉及闸坝的增加下泄流量；当n＝1，仅有一个闸坝参与调度，闸坝增加的生态泄流量与关键断面生态缺水量相等，则此闸坝需要增加的下泄流量为ΔQ₁，可表示为：

当n≥2，前n-1个闸坝的可调度水量均用于生态用水调度，第n个闸坝则根据断面剩余生态缺水量计算实际的下泄流量；参与调度的闸坝需要增加的下泄流量可表示为：

式中，i、j为第i、j个闸坝，i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,n-1；ΔQ_i为第i个闸坝需要增加的下泄流量；W_j为第j个闸坝的可调度水量；以及

控制部，与所述可调能力指标评价体系构建部和所述方案生成部均通信相连，控制它们的运行。

7.根据权利要求6所述的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度系统，其特征在于，还包括：

调度执行部，与所述方案生成部和所述控制部均通信相连，并且分别与各个所述闸坝通信相连，根据所述方案生成部确定的最优闸坝群应急生态调度方案中的增加下泄流量调控该方案涉及到的闸坝开启执行相应的调度。

8.根据权利要求7所述的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度系统，其特征在于，还包括：

监测部，与各个所述闸坝通信相连，监控所述闸坝的运行情况和调度执行情况。

9.根据权利要求8所述的基于可调能力的闸坝群低影响应急生态调度系统，其特征在于，还包括：

输入显示部，与所述可调能力指标评价体系构建部和所述方案生成部、所述监测部、所述控制部均通信相连，让用户输入控制指令，并根据控制指令进行相应的显示。

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