科技成果——大型跨流域调水水库多目标调度技术
水库多目标生态调度
汇报人:
2023-12-08
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录
• 水库多目标生态调度概述 • 水库多目标生态调度的理论基础 • 水库多目标生态调度的关键技术 • 水库多目标生态调度实践案例 • 水库多目标生态调度的挑战与展望 • 结论与建议
01
水库多目标生态调度概述
定义与背景
定义
水库多目标生态调度是一种综合考虑生态、环境和人类社会需求 的水资源管理方法。
缺乏科学决策支持
目前，针对水库多目标生态调度，还没有形成一套完整的科学决策支持 体系，无法满足不同利益相关方的需求。
03
社会经济因素制约
水库多目标生态调度需要考虑社会经济因素的影响，如农业灌溉、工业
用水、发电等，这些因素可能会对生态保护和供水产生制约作用。
未来发展趋势与展望
01
02
03
04
发展智能调度系统
发展趋势
随着全球气候变化和人类活动的影响不断增强，水库多目标生态调度将面临更多的挑战和 机遇。未来，将有更多的学者和研究机构关注这一领域，探索更加科学、合理、可行的多 目标生态调度方案。
02
水库多目标生态调度的理论基础
水库生态调度原理
水库生态调度是以维护生态系统健康和持续发展为 目标，根据水库周边环境和生态系统需求，合理调 整水库运行方式的过程。
生态调度应考虑水量、水质、水生生物多样性、周 边生态环境等因素，通过优化水库运行方案，最大 程度地满足生态系统需求。
生态调度需要考虑不同生态系统的差异性和相互关 系，以实现整体生态系统的平衡和稳定。
水库多目标优化理论
水库多目标优化理论是研究如 何将多个相互冲突的目标函数 进行优化，以实现整体最优解 的理论。
跨流域调水工程的关键技术
跨流域调水工程的关键技术近10年我国长距离综合性大型调水工程发展迅速。
通过工程手段优化了局部地区水资源配置，缓解了我国区域水资源时空分布不均缺水问题，部分置换了地下水超采并有条件地解决了城市和工业发展长期挤占生态或农业用水的问题。
工程总体布局是通过建设条件调查和方案比选在水资源供需平衡分析与合理配置的基础上确定的，在输水规模和调水线路选择上综合考虑了调入调出区水资源现状与发展要求；而且，工程设计与审查更加注重生态环境保护、土地占用和移民等问题。
总之，我国大型调水工程建设在處理复杂技术难题和实施效果方面均已达到世界先进水平。
标签：调水工程；水资源配置；关键技术引言我国是总体缺水和水资源分布很不平衡的国家。
近20年水质性与工程性缺水问题日益严重，区域经济发展被迫以大量超采地下水、或以污染环境为代价。
水资源的配置与开发利用已成为我国经济社会和环境协调发展的重要因素。
目前宏观政策是以节能减排，保持水源环境的可持续性为发展建设基本前提，解决水资源或水质性短缺问题主要是采取跨流域调水等工程措施为基本手段。
一、工程总体布局和规模论证工程立项首先要明确的就是工程建设的必要性任务。
近期立项工程均系统地分析了调入区水资源开发利用现状、用水结构和节水水平；分析调入区国民经济和社会发展对水资源的需求；分析水资源短缺对国民经济发展的制约作用以及生态环境状况与水资源的关系；并在流域规划成果和用水发展趋势的基础上，考虑现有的技术经济条件，确定调水的可能性、必要性和迫切性。
（1）水资源的供需分析、配置与预测设计单位在接受项目任务时要以大水利建设的角度考虑问题，要对工程目标地区经济社会、资源利用和环境保护等方面进行深入调查研究；经外业勘查建设条件，对调入区在节水、治污并合理利用当地水资源基础上，分析需调水量，而对调出区应考虑生态与环境用水基础上，分析可调水量。
在项目审查过程中，要求设计单位出具供水工程供水量来源组成，调入区不同行业及部门用水指标及数量；需水量预测应遵循从紧的原则，制定可行的节水方案，并对预测进行合理性分析；特别强调的是经济社会发展指标的预测依据，应在地区国民经济和社会发展指标及远景规划的基础上进行。
跨流域多水源多目标多工程联合调水仿真模型——南水北调东线工程
跨流域多水源多目标多工程联合调水仿真模型——南水北调
东线工程
刘建林;马斌;解建仓;赵勇
【期刊名称】《水土保持学报》
【年(卷),期】2003(17)1
【摘要】南水北调东线工程是我国水资源优化配置的一项战略性基础工程。
以系统分析的思想为基础,对跨流域多水源多目标多工程调水所涉及的水资源问题分析研究,建立南水北调东线工程联合调水仿真模型,提出了调度模型的计算过程以及调算的水文系列和计算时段。
建立仿真模型的目的是为南水北调工程决策提供方便实用的科学分析工具和仿真平台,为工程的决策提供技术支持。
【总页数】5页(P75-79)
【关键词】南水北调;东线工程;联合调水;仿真模型
【作者】刘建林;马斌;解建仓;赵勇
【作者单位】西安理工大学水文水资源所
【正文语种】中文
【中图分类】TV213
【相关文献】
1.典型跨流域调水工程的管理运行模式分析及启示——以南水北调东线工程为例[J], 刘悦忆;郑航;刘洪涛;朱吉生
2.跨流域调水工程管理体制的变迁及其启示——兼议南水北调工程管理体制 [J], 杨云彦;凌日平
3.连续强雨与中、东线南水北调——宏伟的跨流域调水工程 [J], 章淹
4.跨流域调水工程建筑与环境规划研究——以南水北调东线一期工程为例 [J], 吴钢;徐立荣
5.跨流域调水工程水源区生态补偿分摊DEA模型 [J], 谭佳音;蒋大奎
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科技成果——珠江流域水资源多目标调度技术
科技成果——珠江流域水资源多目标调度技术研究背景珠江是我国径流量第二大河，域内有我国三大经济区之一的珠江三角洲及港澳地区，流域水系呈坡面—库群—河道—河网—河口多地貌形态。
伴随剧烈变化环境影响，珠江流域水资源存在水沙水生态失衡、多源水资源风险加剧、咸潮威胁特大城市群供水安全等三个瓶颈问题，迫切需要通过全流域水资源多目标综合调度加以解决。
水资源多目标优化配置与调度是国内外研究的热点与难点。
尽管当前国内外已有大量的水资源优化配置和调度成果，但变化环境下大流域水资源多目标调度理论与技术的成功案例尚不多见，尤其是珠江全流域围绕解决水资源瓶颈问题的多目标协同调度研究尚属空白。
本项目开展以解决流域水资源瓶颈问题为重点的多目标协同调度研究，保障珠江流域社会、经济、生态协调发展的水安全，提升我国丰水流域水资源调度研究的整体水平，具有重要战略意义。
拟解决的关键问题关键科学问题：（1）坡面—库群—河道—河网—河口全域水文过程与分区水资源多目标协同机理；（2）海陆交互作用下密集闸泵群感潮河网系统水沙盐传输机理及咸潮上溯中长期演化规律；（3）多源突发污染及库群调度不确定性水资源风险传递与应急响应关系；关键技术问题：（1）珠江岩溶石漠化无控区间水文模拟及大流域集合预报技术；（2）复杂河网系统闸泵集群分区分级协同优化及流域多目标综合调度技术；（3）水资源预报-配置-调度大数据同化、多模块集成与多目标自适应智能决策技术。
研究内容（1）构建流域破面—库群—河道—河网—河口多地貌形态来水需水集合滚动预报技术；（2）解析分区水资源多目标功能需求、互馈博弈关系与协同机制；（3）构建水、沙、盐、水质模型及咸潮中长期预报模型；（4）研发流域多目标综合调度下河网区闸泵集群分区分级调度、咸潮调度、航运生态调度、水电联合调度、防洪调度与水资源风险应急调控以及特大城市群供水安全调控技术体系；（5）研究水资源大数据同化与多模块集成技术，形成珠江流域多目标智能化协同调度平台并应用示范；研究进展（1）资料收集、整理及分析已收集流域资料，主要包括：水利工程群基础数据（基本信息、特征参数、特性曲线、典型洪水等）、水文与水资源数据（水文观测站基础资料、气象数据、多目标控制需求、供用耗排等）、地形地貌（高精度DEM数据、水下地形断面数据、水系区划等）、社会经济数据、规划报告等，并整理分析数据的一致性、合理性以及完整性。
科技成果——复杂江河湖水资源多目标联合调度技术
科技成果——复杂江河湖水资源多目标联合调度技术
技术开发单位
南京水利科学研究院
成果简介
复杂江河湖水网水利工程众多，工程调度与区域内的水位、水量及水质指标间具有复杂的非线性关系，调度需求、制约因素众多，联合调度优化求解过程复杂、约束条件多。
针对复杂江河湖水资源调度特征，该技术采用流域水量-水质模型与联合调度决策模型联合求解的模式，通过拟定满足流域、区域多目标的调度策略集，由流域水量-水质数学模型进行不同调度策略集的水量-水质数值模拟，模拟结果形成不同的多目标联合调度方案，作为联合调度决策模型的输入条件，经模型比选评价后推荐较优的调度策略。
该调度承担了降低防洪压力、提高水资源供给保障率、降低水污染改善水环境等多项任务。
技术特点
经应急管理部通信信息中心信息技术实验室检测，基于该技术开发的太湖流域水资源联合调度决策系统，42项功能性测试用例的测试结果均为功能实现，7项易用性指标通过，49项测试用例的测试结果均满足测试需求。
适用范围
适用于指导和规范复杂江河湖水资源多目标联合调度工作。
美国两项跨流域调水工程和技术特点
美国两项跨流域调水工程和技术特点摘要：文中扼要介绍了美国科罗拉多－大汤姆逊河调水工程及萨克拉门托河－圣华金河调水工程的工程情况及主要技术特点，供我国南水北调中线工程参考借鉴。
关键词：跨流域调水反调节多目标综合利用图1 调水工程布置图科罗拉多河――大汤姆逊河调水工程 (美国内政部肯务局)1 引言1980年10月参加“长江三峡水利枢纽项目”技术考察组，赴美国考察河流开发与大型水利水电建设[1]。
考察的两项跨流域调水工程，条件不同，规模悬殊，而所用的设计原则和重大技术措施是相仿的。
这篇短文参考资料10份，其中6份是工程技术小册子[2，4－8]，3份是最近在电脑网检索的[3，9，10]。
2 科罗拉多（Colorado）河―大汤姆逊（Big Thompson）河调水工程[1，2，3]2.1 经过概况美国科罗拉多州东部干旱少水，年雨量200～500 mm，平均330 mm；而落基（Rocky）山以西科罗拉多河水量丰沛，为高峻的分水岭所阻而不能东流。
早在1870年，东部大汤姆逊河、圣弗仑（St.Vrain）溪等处即进行开发，规模较小。
1935年，垦务局提出了打通落基山进行跨流域调水的可行性报告；1937年对用水及分摊费用的偿还签订了合同；1938年开工；1959年竣工。
设计调水规模为每年3.8亿m3；调出地区比调入地区高800多m，同时还利用落差发电。
2.2 水源建设调出地区在科罗拉多河上修建了格兰比（Granby）水库和影山（Shadow Mt.）水库，在两条支流上修建了青山（Green Mt.）水库、柳溪（WillowCr.）水库。
并修建了两座泵站――格兰比泵站，将流量17 m3/s扬高55.7 m，功率1.34万kW；柳溪泵站，功率0.75万kW，将流量11.3 m3/s扬高53.4 m；青山水库安装2.16万kW可逆机组，水头62 m，年发电78×106 kW・h。
4座水源水库联结成群，总库容8.92亿m3，为年调出水量的2.35倍。
基于多目标决策技术的水库优化调度[1]
![基于多目标决策技术的水库优化调度[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/8256e822bd64783e08122b05.png)
1 2 约束条件
水量平衡方程 : Vi = V i- 1 + ( Qi - qi ) 库容约束 : Vm in ! Vi ! Vm ax 下泄流量约束 : qm in ! qi ! qm ax 电站出力约束 : Nm in ! N i ! N m ax t ( 2) ( 3) ( 4) ( 5)
对于较复杂 的 多目 标问 题 , 可用 数值 法求 解。通 过不 断 摄 动权 重值用 以生 成全部 或有 代表性 的非 劣解 , 从 而供 决策者选出 均衡解。
2 多目标决策技术
在多目标问题 中 , 决策 的目 的在 于 使决 策者 获 得最 满意的方案 , 或取得最大效 应。为此 , 在决策过程中 , 必须 考虑两个基本问题 : ∀ 问题的 结构或 决策态势 , 即 问题的 客观事实 ; # 决策 规则或偏 好结构 , 即人 的主观 作用。多 目标优化问 题 的 解是 非 劣解 , 一般 没 有 唯 一的 最 优 解。 多目 标问题 的最 终决策 , 就 是从 非劣解 集中 选出最 佳的 均衡解 , 从而最大限度地满 足各个目标的要求 [ 4 ] 。 本文采用多目 标决 策技 术中 的 权重 法 , 其基 本 思想 是根 据决策 需要 或态势 , 将 向量 优化问 题赋 予各个 目标 函数一定的权重 , 构成 一个目 标的标 量优化问 题 , 再通过 改变 各个目 标的 权重值 , 从 而生 成多目 标优 化问题 的非 劣解集 [ 5- 6 ] 。其过程见图 1。 多目标优化问题 : m in { f ( x ) = ( f 1 ( x ), %, f n ( x ) ) }
非负约束 : 以上各变量 均非负。 其中 Vi - 1、Vi 为 水 库第 i - 1 、i 时段 末 蓄 水 量 ( 104 m 3 ); Vm in 、 Vm ax为水库最 小、 最 大蓄 水 量 ( 104 m 3 ) ; Q i 为 i 时段 平均入库流量 ( m 3 /s ); qi 为 i 时段平均 下泄流 量 ( m 3 /s ); qm in 、 qm ax为水 库最 小、 最大下 泄流 量 ( m 3 / s); N i 为 i 时段 平均出力 ( 104 k W ); Nm in、 N m ax为 电站允许 的最 小、 最 大出 力 ( 104 k W )。 图 1 多目标决 策过程
大型跨流域调水工程中调蓄工程的兴利调度研究
大型跨流域调水工程中调蓄工程的兴利调度研究摘要：本文针对大型跨流域调水工程中调蓄工程的兴利调度问题展开研究。
通过对调蓄工程的兴利调度进行分析和优化，可以实现水资源的合理调配和利用，提高水资源利用效率，同时解决跨流域调水工程中的水资源供需矛盾问题。
本文主要从调蓄工程的兴利调度方法、调度模型和调度策略等方面进行研究，并提出了相应的解决方案。
研究结果表明，在大型跨流域调水工程中，合理的调蓄工程兴利调度可以有效提高水资源的利用效率，保障水资源的可持续利用。
关键词：大型跨流域调水工程、调蓄工程、兴利调度、水资源利用效率、可持续利用引言：大型跨流域调水工程是解决不同流域之间水资源分布不均衡、供需矛盾问题的重要手段之一。
调蓄工程作为大型跨流域调水工程的核心组成部分，具有重要的水文调节和水资源调配功能。
调蓄工程的兴利调度是保障大型跨流域调水工程正常运行和实现水资源可持续利用的关键环节。
因此，对调蓄工程的兴利调度问题进行深入研究，对于提高水资源利用效率、解决水资源供需矛盾具有重要意义。
一、调蓄工程的兴利调度方法（一）历史经验法历史经验法是一种简单直观的调度方法，通过分析历史水文资料和调度经验，制定相应的调度方案。
该方法具有操作简单、易于实施等优点，但缺乏科学性和灵活性，无法适应复杂多变的水文情况和调度要求。
（二）模型方法模型方法是一种基于数学模型和优化算法的调度方法。
通过建立调蓄工程的数学模型，运用优化算法求解最优调度方案。
模型方法可以充分考虑多种约束条件和调度目标，提高调度的科学性和准确性，但需要大量的数据和计算资源支持。
二、调蓄工程的兴利调度模型（一）水文模型水文模型是调蓄工程兴利调度的基础，用于模拟流域的水文过程，以预测流域的径流量和水位变化。
物理模型是一种常用的水文模型，它基于流域的水文特征和水文过程方程，通过模拟降雨-径流过程来估计流域的径流量。
物理模型考虑了地形、土壤类型、植被覆盖等因素对水文过程的影响，可以提供较为准确的水文模拟结果。
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科技成果——大型跨流域调水水库多目标调度技术成果简介
该技术在综合利用水库工程兼具跨流域调水、本流域供水、多区域发电等多重利用任务时，提出的解决水库综合效益协同优化的系统性成套技术。
大型跨流域调水水库多目标调度技术主要包括水库供水调度动态控制、多维时间尺度嵌套发电调度和水库多目标协同优化等等技术的组合，可根据工程实际情况单独或组合采用，适用于不同规模的水库工程综合利用运行管理和方案制定。
技术特点
提出基于径流预报的水库供水调度方案或动态供水调度图，研发面向多任务协调的多维时间尺度嵌套发电调度方案，提出综合利用水库多目标协同优化调度方法，提出通用型调度方案决策水库综合利用的系统解决方案。
适用范围
适用于水资源管理和水利工程管理领域，特别适用于综合利用水库工程的供水、发电、多目标调度方案编制。