基于系统模拟和联系数评价的灌区水库旱限水位研究

作     者：喻海関 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张礼兵

授予年度：2022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：大型水库灌区 旱限水位 模拟与优化 模糊集对分析 作物损失风险 

摘      要：随着经济社会的发展和气候条件的改变,区域干旱问题日益突出,水库在抗旱减灾过程中的作用越来越凸显,旱限水位的提出与应用对科学发挥大中型水库在抗旱中的调控作用、缓解流域旱情具有重要意义。针对灌区水库旱限水位优化时未考虑水资源系统整体运行效果及相应抗旱供水措施偏经验性等问题,本文提出一种新的旱限水位优化确定办法,即在考虑来供水过程确定的初始旱限水位基础上,结合城乡供水、农业灌溉、水力发电、生态环境等多因素,构建基于模糊集对分析法的水库灌区水资源系统运行效果综合评价模型,并以水库灌区水资源系统模拟模型为基础,构建水资源系统综合运行等级最优目标,以分期分级旱限水位和灌溉限供比例为优化变量,运用免疫遗传算法对此进行系统优化求解。籍此,以史河灌区梅山水库为对象开展实例应用研究,并进行旱限水位影响分析,取得主要结论如下:(1)基于模糊集对分析系统评价方法,获得优化的梅山水库分级分期旱限水位和来供水相适应的灌溉供水限制策略,其中旱警水位Z分3段:10月～次年2月115.2m,3月～4月和7月～9月117.2m,5月～6月119.2m;旱枯水位Z分2段:7月～次年4月112.1m,5月～6月114.3m。灌溉供水限制策略依据来水组合分为平-枯、枯-丰/平、枯-枯三组。(2)利用水库灌区水资源系统模拟模型,对比有无旱限水位下水库水资源系统综合运行效果。结果显示,本文优化确定的旱限水位相较于以经济效益为单一目标的旱限水位在指导水库运行时,多项年均指标都有较大改善,其中梅山水库经济效益提高46万元,充反调节水库水量增加555万m,而弃水量减少566万m;史河灌区塘坝供水量增加253万m,而作物减产率减少3.32%。(3)构建水资源系统干旱风险评估模型,分析了不同控制方式下水资源系统干旱风险。结果显示,考虑来水情势的旱限水位控制下,各项干旱风险指标均有不同程度的改善,且单年干旱的干旱风险改善程度略优于连年干旱。(4)运用旱灾损失风险定量评估模型,计算了史河灌区中稻因旱减产风险。结果显示,将考虑水库来水特点和作物生长特性的限制供水策略纳入旱限水位水位控制体系,相对于经验性控制灌区中稻因旱减产率期望减少3.15%,为保障旱限水位的顺利实施和干旱时期农业灌溉抗旱提供有力支撑。本文说明,运用系统模拟和联系数综合评估决策方法有利于改善水库灌区系统综合运行效果,提高系统水资源利用效率和水库灌区经济效益,为保障旱限水位的顺利实施和干旱时期农业灌溉抗旱提供有力支撑。