張忠波 ，何曉燕 ，耿思敏 ，李 輝 ，任明磊

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，北京 100038）

則式（12）可寫(xiě)成：

由式（15）和式（16）可得：

1 研究背景

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、預(yù)報(bào)水平的提高、水文資料的積累、流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及水資源供求關(guān)系的變化等，相比于水庫(kù)工程設(shè)計(jì)條件，水庫(kù)的運(yùn)行條件發(fā)生了一定程度的改變。水庫(kù)汛限水位是設(shè)計(jì)條件一個(gè)重要特征值，汛期水位動(dòng)態(tài)控制研究則是水庫(kù)運(yùn)行新環(huán)境下的必然趨勢(shì)［1］。由于存在“汛期水位保持低水位運(yùn)行保證下游防洪安全和汛期水位高水位運(yùn)行提高效益”的矛盾，有必要開(kāi)展汛期水位動(dòng)態(tài)控制域研究，并將“汛期水位動(dòng)態(tài)控制約束域”作為實(shí)時(shí)調(diào)度汛期水位的約束范圍［2-3］。

經(jīng)過(guò)多年理論研究和應(yīng)用實(shí)踐，單一水庫(kù)在滿(mǎn)足防洪安全的前提下，盡量抬高汛期水位上限值來(lái)增加興利效益。而梯級(jí)水庫(kù)之間存在復(fù)雜的水力聯(lián)系，它們之間存在著庫(kù)容補(bǔ)償，如何設(shè)置梯級(jí)水庫(kù)群中各個(gè)水庫(kù)汛期水位上限值提高梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)整體洪水資源利用率成為研究重點(diǎn)［4-5］。隨著水庫(kù)系統(tǒng)中水庫(kù)數(shù)量的增加，需考慮的信息越來(lái)越多，汛限水位的控制也變得越來(lái)越復(fù)雜，目前對(duì)梯級(jí)水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制問(wèn)題研究不多［6-7］。李瑋等［8］初步研究了梯級(jí)水庫(kù)汛限水位運(yùn)用方案，建立了基于預(yù)報(bào)及上游水庫(kù)補(bǔ)償?shù)奶菁?jí)水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制模型，最后得到了梯級(jí)水庫(kù)汛限水位方案。陳炯宏等［9-10］等采用大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)思想，結(jié)合洪水預(yù)報(bào)及梯級(jí)水庫(kù)防洪調(diào)度信息，在滿(mǎn)足各水庫(kù)防洪約束要求下，建立上下游水庫(kù)汛期水位關(guān)系，并確定各水庫(kù)允許動(dòng)態(tài)調(diào)整的范圍，基于水庫(kù)防洪調(diào)度規(guī)則和閘門(mén)控泄要求，根據(jù)預(yù)報(bào)信息滾動(dòng)優(yōu)化推求水庫(kù)汛期水位最優(yōu)組合，使梯級(jí)水庫(kù)的興利效益最大。

針對(duì)苗家壩-碧口梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用的復(fù)雜性，把單一水庫(kù)預(yù)泄能力約束法推廣到梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用中，再根據(jù)梯級(jí)水庫(kù)間的水力聯(lián)系及預(yù)泄能力協(xié)調(diào)分配各水庫(kù)的預(yù)蓄水量，在不降低防洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下，尋求梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用的綜合效益最大的控制方案。

2 汛期水位聯(lián)合運(yùn)用模型研究

2.1 單一水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用對(duì)于單一水庫(kù)而言，預(yù)泄能力約束法是比較常用的方法之一。其基本思想是：利用降雨預(yù)報(bào)或洪水預(yù)報(bào)信息，在有效預(yù)見(jiàn)期內(nèi)，按預(yù)蓄預(yù)泄的思想，汛期當(dāng)前水位允許的上限值，經(jīng)過(guò)洪水有效預(yù)見(jiàn)期內(nèi)的預(yù)泄，能使水庫(kù)的水位降低到原設(shè)計(jì)汛限水位，水庫(kù)提供的防洪庫(kù)容不少于原調(diào)度方式的同期防洪庫(kù)容，若預(yù)報(bào)未來(lái)有洪水過(guò)程，水庫(kù)進(jìn)行預(yù)泄騰出足夠防洪庫(kù)容，保證不降低原設(shè)計(jì)方案的防洪標(biāo)準(zhǔn)。則水庫(kù)的最高起調(diào)水位為：

計(jì)算上浮后的庫(kù)容Vt=V0+ΔV1，其中Vt為允許上浮的水庫(kù)庫(kù)容。

2.2 梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用針對(duì)梯級(jí)水庫(kù)而言，由于上下游水庫(kù)之間存在水力聯(lián)系，各水庫(kù)允許最高起調(diào)水位均受上游或下游水庫(kù)當(dāng)前庫(kù)容狀態(tài)的影響，因此各水庫(kù)之間存在一種相互制約的關(guān)系，如何把預(yù)泄能力約束法推廣到梯級(jí)水庫(kù)中成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

圖1 梯級(jí)水庫(kù)結(jié)構(gòu)示意

根據(jù)梯級(jí)水庫(kù)間的水力聯(lián)系協(xié)調(diào)分配各水庫(kù)的預(yù)蓄水量，在預(yù)蓄庫(kù)容分配中需要把握的原則就是動(dòng)態(tài)控制方案既不降低防洪標(biāo)準(zhǔn)，又在可控條件下盡可能提高水庫(kù)興利效益。具有預(yù)報(bào)信息準(zhǔn)確的條件，在不降低防洪標(biāo)準(zhǔn)前提下，尋求綜合利用效益最大的梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用控制方案。

在滿(mǎn)足各防洪控制點(diǎn)安全的前提下，計(jì)算各水庫(kù)在時(shí)段初的允許最高起調(diào)水位，即當(dāng)水庫(kù)B在t時(shí)段初起調(diào)水位確定時(shí)，可推導(dǎo)出水庫(kù)A在t時(shí)段初的最高起調(diào)水位在水庫(kù)B的可能起調(diào)水位在可行域內(nèi)取值時(shí)，可以推求出水庫(kù)A在t時(shí)段初的一系列最高起調(diào)水位Z′A()t，因此可確定一個(gè)動(dòng)態(tài)控制域。反之亦然，即：

對(duì)于梯級(jí)水庫(kù)而言，要求上下游水庫(kù)均滿(mǎn)足不低于原設(shè)計(jì)汛限水位方案下的防洪標(biāo)準(zhǔn)，則A、B水庫(kù)存在如下關(guān)系：

對(duì)于單個(gè)水庫(kù)來(lái)講：

A水庫(kù)：

B水庫(kù)：

A、B水庫(kù)之間存在上下游水力聯(lián)系，即：

同時(shí)A、B水庫(kù)的下泄流量均需滿(mǎn)足防洪要求，即：

可按自上而下的順序方式或按自下而上的逆序方式求解上下游水庫(kù)間的預(yù)蓄庫(kù)容關(guān)系，這里采用逆序遞推法。先由最下游防洪控制點(diǎn)F2的安全流量約束和庫(kù)容狀態(tài)信息推求水庫(kù)B的入庫(kù)流量，即由式（4）和式（8）可得：

對(duì)式（5）兩邊積分，可得：

由式（6）可得：

綜合式（11）、式（9），可得：

對(duì)式（3）轉(zhuǎn)換并積分，可得：

則式（12）可寫(xiě)成：

根據(jù)積分過(guò)程，可知：

由式（15）和式（16）可得：

所以，式（14）可以表示為：

式（18）即描述了上下游A、B水庫(kù)的汛期水位上限Z′A、Z′B之間的動(dòng)態(tài)控制關(guān)系。由于其他變量均為已知，故當(dāng)上游水庫(kù)的起調(diào)水位確定時(shí)，由下游水庫(kù)預(yù)報(bào)的來(lái)水、當(dāng)前庫(kù)容狀況和防洪約束等信息，可在有效預(yù)報(bào)期內(nèi)確定下游水庫(kù)的最高起調(diào)水位，同理，當(dāng)確定了下游水庫(kù)的起調(diào)水位，則上游水庫(kù)的最高起調(diào)水位也可隨之確定，兩水庫(kù)預(yù)留的防洪庫(kù)容之間存在一種相互協(xié)調(diào)，相互制約的關(guān)系。下限為原設(shè)計(jì)汛限水位，上限為梯級(jí)水庫(kù)汛期水位動(dòng)態(tài)控制關(guān)系確定的上限值，某一梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用的尋優(yōu)區(qū)間如圖2所示。

圖2 某一梯級(jí)水庫(kù)汛期水位動(dòng)態(tài)控制域范圍示意

2.3 梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用模型

（1）目標(biāo)函數(shù)。在實(shí)時(shí)洪水調(diào)度過(guò)程中，根據(jù)梯級(jí)水庫(kù)現(xiàn)有《洪水預(yù)報(bào)方案技術(shù)報(bào)告》可知，預(yù)報(bào)精度滿(mǎn)足應(yīng)用要求，預(yù)報(bào)方案中洪水平均預(yù)見(jiàn)期一般有5～8 h，本文偏安全考慮取5 h。梯級(jí)水庫(kù)汛期水位在實(shí)時(shí)洪水進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制時(shí)，在有效預(yù)報(bào)期內(nèi)根據(jù)預(yù)報(bào)徑流、面臨庫(kù)容、防洪要求等狀態(tài)信息確定各水庫(kù)最優(yōu)蓄放水策略（或防洪庫(kù)容分配最有策略），庫(kù)容補(bǔ)償優(yōu)化調(diào)度是一個(gè)“預(yù)報(bào)-優(yōu)化-預(yù)報(bào)”的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)滾動(dòng)過(guò)程，則該目標(biāo)函數(shù)就是在有效預(yù)見(jiàn)期內(nèi)尋求最有策略使梯級(jí)水庫(kù)的興利效益最大，其目標(biāo)函數(shù)為：

式中：Ty為有效預(yù)見(jiàn)期；L為梯級(jí)水庫(kù)數(shù)目；Ni（t）為i水庫(kù)第t時(shí)段的出力；Ki為i水庫(kù)第t時(shí)段的出力系數(shù)，Qi（t）為i水庫(kù)第t時(shí)段的發(fā)電流量；Hi（t）為i水庫(kù)第t時(shí)段的平均發(fā)電水頭。

（2）約束條件。①水量平衡約束：

式中：Vi（t）為i水庫(kù)第t時(shí)段初蓄水容量，為狀態(tài)變量；Qi（t）為第t時(shí)段水庫(kù)i入庫(kù)流量；Qout，i（t）為第t時(shí)段i水庫(kù)平均出庫(kù)流量，為決策變量；Δt為時(shí)段長(zhǎng)。

②水庫(kù)水位約束：

式中：ZLi（t）為第i水庫(kù)允許的最小蓄水位，取原設(shè)計(jì)汛限水位；ZUi（t）為第i水庫(kù)允許的最大蓄水位，取允許汛期水位的上限。

③出庫(kù)流量約束：

式中：Qout，i（t）為第i水庫(kù)第t時(shí)段出庫(kù)流量；QLi（t）為第i水庫(kù)第t時(shí)段出庫(kù)流量下限，由下游灌溉、生態(tài)、供水或者航運(yùn)要求給出；QUi（t）為水庫(kù)出庫(kù)流量上限，受下游防洪要求、水庫(kù)泄流能力影響。對(duì)有閘門(mén)控制的水庫(kù)，泄洪時(shí)需按閘門(mén)操作規(guī)程控制進(jìn)行

④電站出力約束：

式中，Ni（t）為第i水庫(kù)第t時(shí)段出力；NXi（t）為第i水庫(kù)第t時(shí)段預(yù)想出力；PLi（t）為第i水電站第t時(shí)段出力下限；PUi（t）為第i水電站第t時(shí)段出力上限，綜合考慮機(jī)組額定出力、受阻容量、振動(dòng)區(qū)及調(diào)峰要求等確定；

（3）模型求解。模擬調(diào)度根據(jù)防洪調(diào)度規(guī)程和水庫(kù)分級(jí)控泄原則，尋求出使梯級(jí)水庫(kù)的興利效益最大的最優(yōu)分解策略。在每個(gè)起始時(shí)段時(shí)根據(jù)預(yù)報(bào)信息求出一組最優(yōu)策略，并隨著預(yù)報(bào)信息滾動(dòng)不斷更新策略，使梯級(jí)水庫(kù)的興利效益最大化。尋求梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用最優(yōu)分配方案屬于非線(xiàn)性的多維優(yōu)化決策問(wèn)題，本文采用改進(jìn)的智能算法-粒子群算法（PSO）見(jiàn)文獻(xiàn)［11］進(jìn)行求解。

3 苗家壩-碧口梯級(jí)水庫(kù)汛期水位動(dòng)態(tài)控制

苗家壩水電站位于白龍江干流上，位于白龍江下游，甘肅省文縣境內(nèi)，距下游已建成的碧口水電站公路里程31.5 km。甘川公路（212國(guó)道）沿白龍江上行經(jīng)碧口至關(guān)頭壩，關(guān)頭壩至苗家壩壩址約18.0 km。苗家壩水電站尾水與碧口水電站水庫(kù)回水銜接。苗家壩壩址以上控制流域面積16 328 km2，占白龍江流域面積的51.3%，壩址多年平均流量為140 m3/s。碧口水電站是白龍江梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第一座水電站，位于甘肅省文縣碧口鎮(zhèn)上游3 km處，為一大（II）型水利樞紐工程，以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)、養(yǎng)殖和灌溉等綜合效益。碧口電站位于文縣碧口鎮(zhèn)上游3 km的白龍江干流上，碧口壩址控制白龍江流域面積26 000 km2，占全流域面積的81.4%，壩址處多年平均流量264 m3/s，梯級(jí)水庫(kù)位置如圖3所示，表1列出了梯級(jí)各水庫(kù)設(shè)計(jì)特征值。苗家壩、碧口梯級(jí)水庫(kù)汛期水位動(dòng)態(tài)控制基本原則：梯級(jí)水庫(kù)實(shí)施動(dòng)態(tài)控制時(shí)，為了保護(hù)下游景區(qū)預(yù)泄流量不超過(guò)2 500 m3/s，下游可預(yù)泄流量最大為2 500 m3/s。

圖3 苗家壩與碧口梯級(jí)水庫(kù)位置

碧口水庫(kù)水文氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)較為完善，苗家壩入庫(kù)徑流占碧口水庫(kù)入庫(kù)徑流的31.3%，為簡(jiǎn)化計(jì)算，模型中按比例推求碧口水庫(kù)—苗家壩區(qū)間流量。選取典型年主汛期6月15日至9月30日的1 h時(shí)段數(shù)據(jù)的徑流過(guò)程，分別對(duì)原設(shè)計(jì)汛限水位和汛期水位聯(lián)合運(yùn)用進(jìn)行計(jì)算。具體計(jì)算流程：（1）初始化梯級(jí)水庫(kù)水位；（2）根據(jù)預(yù)見(jiàn)期內(nèi)預(yù)報(bào)信息以及約束條件求出預(yù)見(jiàn)期內(nèi)動(dòng)態(tài)控制域范圍，作為優(yōu)化求解的上下限；（3）采用智能算法求解預(yù)見(jiàn)期內(nèi)的優(yōu)化方案，并采用以預(yù)見(jiàn)期為計(jì)算尺度的滾動(dòng)向前的優(yōu)化模式進(jìn)行梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)行優(yōu)化。原設(shè)計(jì)方案按各水庫(kù)原設(shè)計(jì)汛期水位和防洪調(diào)度規(guī)則計(jì)算，而梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用方案按在防洪調(diào)度規(guī)則下最優(yōu)分配方案策略控制運(yùn)行。

表1 梯級(jí)各水庫(kù)設(shè)計(jì)特征值

取6月15日0∶00為開(kāi)始計(jì)算時(shí)段，統(tǒng)計(jì)梯級(jí)水庫(kù)多年實(shí)際運(yùn)行水位值，碧口水庫(kù)初始水位取695 m，苗家壩水庫(kù)取795 m，9月30日23∶00為終止計(jì)算時(shí)刻，要求梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用方案與原設(shè)計(jì)汛期水位運(yùn)行方案的終止時(shí)刻水位一致。為了體現(xiàn)洪水資源的利用效果，采用下式計(jì)算洪水資源的利用效率［12］，即：

式中：η為洪水資源總利用效率；WLi為i水庫(kù)調(diào)度期總棄水量；Wi為流入i水庫(kù)的調(diào)度期總徑流量。

綜合考慮入庫(kù)流量過(guò)程，選取豐水年、偏豐水年、平水年、偏枯水年及枯水年作為梯級(jí)水庫(kù)汛期水位動(dòng)態(tài)控制模型輸入條件，并采用粒子群算法進(jìn)行求解。表2、表3分別為豐水年、偏豐水年、平水年、偏枯水年及枯水年調(diào)度期內(nèi)設(shè)計(jì)方案和梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用方案計(jì)算結(jié)果和洪水資源利用率對(duì)比。圖4—8為豐、偏豐、平、偏枯及枯典型年梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用最優(yōu)策略和動(dòng)態(tài)控制過(guò)程。

表2 原設(shè)計(jì)方案與梯級(jí)水庫(kù)汛期水位動(dòng)態(tài)控制方案結(jié)果對(duì)比（6月15日—9月30日）

表3 原設(shè)計(jì)方案與梯級(jí)水庫(kù)汛期水位動(dòng)態(tài)控制方案結(jié)果對(duì)比（6月15日—9月30日）

由表2、3可知，苗家壩與碧口梯級(jí)水庫(kù)主汛期水位聯(lián)合運(yùn)用后，各典型年主汛期的發(fā)電量增加，棄水量減少。其中，豐水年主汛期的發(fā)電量增加了0.04億kW·h，增幅為0.3%；偏豐水年主汛期的發(fā)電量增加了0.80億kW·h，增幅為6.26%；平水年主汛期的發(fā)電量增加了0.75億kW·h，增幅為8.28%；偏枯水年主汛期的發(fā)電量增加了0.60億kW·h，增幅為7.46%；枯水年主汛期的發(fā)電量增加了0.71億kW·h，增幅為12.12%；由表4可知：豐、偏豐、平、偏枯及枯水年汛期的洪水資源利用率分別提高了5.54%、2.22%、2.83%、2.09%和1.78%。同時(shí)圖4—8給出了不同水平年的梯級(jí)水庫(kù)汛期水位動(dòng)態(tài)控制過(guò)程。

表4 不同水平年的洪水資源利用率 （單位：%）

圖4 梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用動(dòng)態(tài)控制方案(豐水年)

圖5 梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用動(dòng)態(tài)控制方案(偏豐水年)

圖6 梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用動(dòng)態(tài)控制方案(平水年)

對(duì)比表2、表3中碧口和苗家壩水庫(kù)的發(fā)電增量可以看出，在不同典型年中，碧口水庫(kù)的發(fā)電增量均大于苗家壩水庫(kù)，棄水減幅也均超過(guò)苗家壩水庫(kù)。由圖4—8可知，主汛期的預(yù)蓄庫(kù)容幾乎都分配給了下游的碧口水庫(kù)。梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用后，兩水庫(kù)按動(dòng)態(tài)控制汛期水位，減少棄水，且保證最大出庫(kù)流量均在可控范圍內(nèi)，達(dá)到了在不降低防洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下提高梯級(jí)水庫(kù)興利效益的目的。以平水年為例，如圖6所示，碧口水庫(kù)汛期無(wú)較大入庫(kù)洪峰流量，中小場(chǎng)次洪水交替出現(xiàn)。在主汛期時(shí)實(shí)行動(dòng)態(tài)控制后，在遭遇洪水且入庫(kù)流量超過(guò)機(jī)組滿(mǎn)發(fā)流量時(shí)及時(shí)提高運(yùn)行水位，避免了原設(shè)計(jì)汛限水位條件下運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)棄水的情況發(fā)生，增加了發(fā)電效益。受苗家壩水庫(kù)調(diào)節(jié)，碧口水庫(kù)入庫(kù)流量較為穩(wěn)定，洪峰和洪量均不大，碧口水庫(kù)幾乎在汛期水位聯(lián)合運(yùn)用上限值附近運(yùn)行，且在汛末期及時(shí)攔蓄部分洪水，增加汛末期水庫(kù)蓄滿(mǎn)率，有效地利用了洪水資源。

圖7 梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用動(dòng)態(tài)控制方案(偏枯水年)

圖8 梯級(jí)水庫(kù)汛期水位聯(lián)合運(yùn)用動(dòng)態(tài)控制方案(枯水年)

由于白龍江流域在枯水年的徑流量不大，兩水庫(kù)受汛期水位聯(lián)合運(yùn)用影響不大，實(shí)時(shí)運(yùn)行水位不高，兩水庫(kù)主汛期運(yùn)行水位均在原設(shè)計(jì)汛限水位附近運(yùn)行，再加上后汛期來(lái)水不足，故兩水庫(kù)在枯水年汛期結(jié)束時(shí)均未蓄滿(mǎn)。當(dāng)入庫(kù)流量超過(guò)滿(mǎn)發(fā)電流量時(shí)，水庫(kù)通過(guò)動(dòng)態(tài)控制及時(shí)攔蓄洪水，提高水庫(kù)運(yùn)行水位，保證在枯水年不棄水，因此汛期水位聯(lián)合運(yùn)用將枯水年的洪水資源利用率提高至100%。

為進(jìn)一步證明模型的可行性，選取梯級(jí)水庫(kù)的下游碧口水庫(kù)對(duì)應(yīng)的一萬(wàn)年保壩洪水作為輸入條件，進(jìn)行模型計(jì)算，得到對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)控制域范圍如圖9所示。

從圖9可知，梯級(jí)水庫(kù)可行動(dòng)態(tài)控制域已經(jīng)低于水庫(kù)汛限水位，模型已經(jīng)自動(dòng)判斷當(dāng)前梯級(jí)水庫(kù)沒(méi)有優(yōu)化空間，進(jìn)入水庫(kù)調(diào)洪演算過(guò)程，而苗家壩水庫(kù)承擔(dān)防洪任務(wù)較小，水庫(kù)水位保持不變，出庫(kù)等于入庫(kù)。碧口水庫(kù)水位變化過(guò)程如圖10所示。

圖9 萬(wàn)年一遇保壩洪水條件下的動(dòng)態(tài)控制域范圍

從圖10可知，碧口水庫(kù)得出保壩洪水位為711.85 m，相應(yīng)的下泄流量為7 410 m3/s。取風(fēng)雍高度與風(fēng)浪爬高之和為1.64 m，加上0.5 m的安全加高，則保壩標(biāo)準(zhǔn)下最高水位為713.99 m，較現(xiàn)狀壩頂高程（714.71 m）小0.72 m，滿(mǎn)足大壩萬(wàn)年一遇的保壩洪水標(biāo)準(zhǔn)。

圖10 碧口水庫(kù)萬(wàn)年一遇洪水調(diào)洪過(guò)程線(xiàn)

本文假設(shè)條件為預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，如有預(yù)報(bào)誤差，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)或者加強(qiáng)預(yù)報(bào)技術(shù)的方式找到預(yù)報(bào)誤差分布信息或得到滿(mǎn)足甲級(jí)精度的預(yù)報(bào)信息，人為把動(dòng)態(tài)控制域范圍降低來(lái)保證防洪安全，從而得到更加有實(shí)踐意義的優(yōu)化方案，達(dá)到了在不降低防洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下提高梯級(jí)水庫(kù)興利效益的目的。

4 結(jié)論

通過(guò)把單一水庫(kù)預(yù)泄能力約束法推廣到梯級(jí)水庫(kù)中，針對(duì)梯級(jí)水庫(kù)上下游水庫(kù)之間存在水力聯(lián)系，在滿(mǎn)足各防洪控制點(diǎn)安全的前提下，分析了各水庫(kù)允許最高起調(diào)水位同時(shí)考慮了上游或下游水庫(kù)當(dāng)前庫(kù)容狀態(tài)的影響，從而得到了梯級(jí)水庫(kù)汛期水位可行動(dòng)態(tài)控制域。

以苗家壩與碧口梯級(jí)水庫(kù)為研究對(duì)象，苗家壩與碧口梯級(jí)水庫(kù)主汛期水位聯(lián)合運(yùn)用后，各典型年主汛期的發(fā)電量增加，棄水量減少。其中，豐、偏豐、平、偏枯及枯水年汛期發(fā)電量分別增加了0.04億、0.80億、0.75億、0.60億和0.71億kW·h；豐、偏豐、平、偏枯及枯水年汛期的洪水資源利用率分別提高了5.54%、2.22%、2.83%、2.09%和1.78%，且保證最大出庫(kù)流量均在可控范圍內(nèi)。

[1]YUN R，SINGH V P.Multiple duration limited water level and dynamic limited water level for flood control with implication on water supply［J］.J.Hydrol.，2008，354：160-170.

[2]周惠成，王福興，梁國(guó)華 .碧流河水庫(kù)后汛期汛限水位及控制運(yùn)用方式［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2009，20（6)：857-862．

[3]郭生練，陳炯宏，劉攀，等 .水庫(kù)群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度研究進(jìn)展與展望［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2010，21（4）：496-503.

[4]CHEN J H，GUO S L，LI Y，et al.Joint operation and dynamic control of flood limiting water levels for cascade reservoirs［J］.Water Resour.Manag，2013，27：749-763.

[5]LIU P，GUO S L，LI W.Optimal design of seasonal flood control water levels for the Three Gorges reservoir［J］.IAHS Publish，2008，319：270-278.

[6]王本德，周惠成.水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制理論與方法及其應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2006．

[7]邱瑞田，王本德，周惠成.水庫(kù)汛期限制水位控制理論與觀念的更新探討［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2004，15（1）：68-72．

[8]李瑋，郭生練，劉攀，等.梯級(jí)水庫(kù)汛限水位動(dòng)態(tài)控制模型研究及運(yùn)用［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2008，27（2）：22-28．

[9]LI Xiang，GUO Shenglian，LIU Pan，et al.Dynamic control of flood limited water level for reservoir operation by considering inflow uncertainty［J］.Journal of Hydrology，2010，391：124-132.

［10]ZHOU Yanlai，GUO Shenglian，LIU Pan，et al.Joint operation and dynamic control of flood limiting water levels for mixed cascade reservoir systems［J］.Journal of Hydrology，2014，519：248-257.

［11]ZHANG Z B，JIANG Y Z，ZHANG S H，et al.An improved adaptive particle swarm optimization algorithm for reservoir operation optimization［J］.APPL SOFT COMPUT，2014，18：167-177.

［12]陳炯宏，郭生練，劉攀，等.梯級(jí)水庫(kù)汛限水位聯(lián)合運(yùn)用和動(dòng)態(tài)控制研究［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2012，31（6）：55-61.