径流预报不确定性对西江水库群综合调度效益与风险影响分析

作     者：熊艺淞 

作者单位：中国水利水电科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：王浩

授予年度：2018年

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：水资源规律分析 水量调度 风险调度 预报精度 径流预报不确定性 

摘      要：目前,水库调度系统的研究逐渐完善,从单库单目标优化调度到多库多目标梯级调度,都有一系列成果涌现并得到运用。但是,这些成果多集中于调度效益本身的分析评价,而忽略了效益背后隐藏的不可避免的风险问题,单纯的效益分析已经无法满足工程需求。此外,对于一个完整的水库调度系统而言,可以分为径流信息收集、调度模型构建和决策方案评价三个阶段,如何将这三个阶段有机地衔接串联起来也是一个亟待探索的问题。本文围绕着考虑预报精度的梯级水库群风险调度分析开展研究,分析了径流预报不确定性和预报精度之间的定量关系,并结合自适应的水量调度模型以及蒙特卡洛风险估计等方法开展梯级水库群调度风险评价,在此基础上深入探索了预报精度与调度风险评价之间的关系,主要研究成果如下:(1)开展了西江流域水文要素分析。结合西江流域地理信息、水系情况等基本信息,采用线性回归、滑动平均、MK检验和R/S分析等数理统计的方法对西江流域的降水和径流进行了趋势分析和持续性分析,并结合西江流域下游的珠江口咸潮变化规律和工程情况,分析了西江流域的发电、供水和生态等方面的需求。(2)开展了西江流域水量调度研究。本文分析了开展西江流域水量调度的必要性,并针对西江流域的特点,概化了西江流域的水资源系统,在此基础上搭建了西江流域水量调度模型,对西江的水量调度问题进行了研究,从调度目标、调度原则、水量分配等方面,为西江流域的水量调度管理提供了参考。(3)搭建了西江水库群梯级风险调度模型。本文对风险定义、风险因子及风险指标等风险分析的重要要素进行了分析归纳总结。并结合物理意义上的荷载的概念给出了梯级水库群的风险定义,分析了梯级水库群调度的风险因子,确定了本研究中对西江流域梯级水库群风险调度的评价指标,并参考缺水指数提出了流量缺损指数作为生态风险的评价指标。在此基础上,结合蒙特卡洛风险分析,运用径流随机生成技术,对西江流域水库群风险调度进行了研究,为西江流域梯级水库群的实际调度提供了风险方面的参考。(4)构建了考虑预报精度的梯级水库群风险调度模型。本文分析了径流水文预报的不确定性,并推导了径流预报不确定性与预报精度(NSE系数)之间的定量关系,得到了由预报不确定性计算对应预报精度的公式。在此基础上,本文搭建了考虑预报精度的西江流域梯级水库群风险调度框架,建立了西江流域梯级水库群调度的风险模型。之后,本研究通过不同方案的对比设计,分析了不同预报精度下,径流预报的不确定性对西江流域的发电、供水和生态风险调度的影响。并在此基础上建立了西江流域各风险的预期风险率与其所需预报精度之间一一对应的关系,即可以根据实际工程对风险率的需求来推求所需达到的预报精度等级,这对实际的调度工作有重要的意义。