面向多维效益目标的水库优化调度研究

作     者：江鹏昆 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：管新建;孟钰

授予年度：2021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：水库优化调度 多维效益目标 能值理论 Copula函数 组合赋权 

摘      要：在水资源短缺与流域内用水增加的背景下,各用水行业矛盾越来越突出,河道内外用水竞争激烈。流域水库优化调度的研究对于水资源合理分配及发挥水库最优效益具有重要意义。本文依托于十三五国家重点研发计划项目“黄河干支流骨干枢纽群泥沙动态调控关键技术(2018YFC0407400),对流域水库优化调度开展了系统研究,以黄河小浪底水库为实例进行分析。主要研究内容与成果如下:(1)基于能值理论的多维效益目标水库优化调度模型建立。从多维效益均衡调控的角度出发,考虑能值方法核算的生产(工、农业)、生活、生态水资源价值、以及Tennant法量化的水库下游生态流量阈值,提出发电效益、综合缺水损失效益、生态效益目标函数,结合系列约束条件,分别构建发电-综合缺水二维效益目标、发电-综合缺水-生态三维效益目标优化调度模型,并采用NSGA-II进化算法对模型进行优化求解。(2)基于竞争关系分析与组合赋权综合评估的调度方案优选。针对二维目标调度模型,在Pareto非劣解基本方案集基础上,进行目标值序列拟合,定性定量分析二维目标竞争关系;针对三维目标调度模型,采用Copula函数进行三维目标竞争关系分析。根据目标竞争关系分析结果,剔除极端方案,获取三维目标初选调度方案集。兼顾主客观赋权意义,建立层次分析与模糊综合评价组合赋权综合评价法,对初选方案集各方案进行评价,最终优选出最优调度方案。(3)小浪底水利枢纽实例分析。结合实际情况,建立二维、三维目标调度模型,进而优化求解并分析其多维效益目标竞争关系,结果表明:二维目标调度模型中,发电效益与综合缺水损失效益随着来水量的增加,其竞争关系逐渐减弱;三维目标调度模型中,发电效益与综合缺水损失效益的竞争程度强于发电效益与生态效益,生态效益每增加1亿元,各典型年的综合缺水损失效益分别增加为23.48、22.66、22.61亿元。发电效益与综合缺水损失-生态整体效益竞争关系较弱,且各典型年的竞争趋势为:丰水年弱于平水年弱于枯水年。增加生态目标后,剩余效益变差,尤其是供水效益。(4)针对模型II,通过分析其多维效益目标竞争关系,各典型年依次选取综合缺水损失-生态效益联合序列值大于-3、-2.5、-2的方案作为初选方案,各方案个数分别为498、493、320个。构建涵盖安全、优先高效、公平、经济、社会、生态环境、均衡7方面的方案评估综合指标体系,采用层次分析与熵权法组合赋权,并利用模糊综合评估方法,从初选方案集中筛选出最优方案,结果表明:各典型年最优调度方案分别为第273、330、251号方案。