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面向新时期新需求的三峡水库运行方案研究

水利学报 2024年第4期55卷 379-388页

作者：郭生练王俊谢雨祚钟斯睿胡挺李帅武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 中国长江三峡集团有限公司流域枢纽运行管理中心湖北宜昌443133

本文回顾三峡水库设计洪水、特征水位、运行方案变化调整过程,综述三峡水库运行调度关键技术研究进展和分析来水来沙变化情况。分别采用最可能洪水地区组成法和非一致性洪水频率分析两种途径,推求考虑上游水库群调蓄影响的三峡水库运行... 详细信息

本文回顾三峡水库设计洪水、特征水位、运行方案变化调整过程,综述三峡水库运行调度关键技术研究进展和分析来水来沙变化情况。分别采用最可能洪水地区组成法和非一致性洪水频率分析两种途径,推求考虑上游水库群调蓄影响的三峡水库运行期设计洪水及特征水位。结果表明:近10年三峡入库泥沙量比初设成果减少了84.4%,宜昌站水文情势IHA-RVA综合指标为74%、发生了重度改变,三峡水库运行期1000年一遇7~15 d洪量减少了约81.5亿~142.8亿m^(3),初设确定汛限水位的主要制约因素(防洪、泥沙)发生了很大的变化。原单站设计洪水及确定的三峡水库175-155-145 m运行方案,已无法满足新时期水资源高效利用和生态环境保护的新需求。建议把三峡水库运行方案调整为175-160-155 m,主汛期水位在155~160 m区间动态控制运行,长江中下游梅雨结束后应考虑提前蓄水,8月底蓄至163 m左右,9月底蓄至165 m,10月底蓄满。该方案在保证大坝和下游防洪安全的前提下,汛期减少弃水并增加枯水期补水量,预计可增发10%左右的发电量;抬高运行水位也有利于库区航运和减少消落带;9月份尽量不蓄水或少蓄水,可减少蓄水期对下游河道及两湖生态环境的不利影响,具有巨大的经济、社会和生态环境等综合利用效益。当预测预报长江流域可能发生流域性大洪水时,尽快将库水位消落至汛限水位145 m,确保大坝和下游防洪安全。

关键词：三峡水库设计洪水特征水位运行方案动态控制提前蓄水洪水资源高效利用

金沙江下游梯级水库防洪库容优化配置公式推导与应用

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水科学进展 2023年第4期34卷 520-529页

作者：谢雨祚郭生练钟斯睿刘攀王俊李帅胡挺武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 中国长江三峡集团有限公司流域枢纽运行管理中心湖北宜昌443133

金沙江下游乌东德-白鹤滩-溪洛渡-向家坝梯级水库共同承担下游防洪任务,规划设计阶段没有考虑水库防洪库容之间的互补等效关系。基于水量平衡原理及总防洪库容不变假设,对梯级水库的防洪库容进行聚合分解,以发电为主要目标推导了两库和... 详细信息

金沙江下游乌东德-白鹤滩-溪洛渡-向家坝梯级水库共同承担下游防洪任务,规划设计阶段没有考虑水库防洪库容之间的互补等效关系。基于水量平衡原理及总防洪库容不变假设,对梯级水库的防洪库容进行聚合分解,以发电为主要目标推导了两库和多库情况下梯级水库防洪库容优化配置公式,并采用数值求解。结果表明:把库容较小的乌东德和向家坝水库的防洪库容分别优化配置11.80亿、2.16亿m3给库容较大的白鹤滩和溪洛渡水库,乌东德-白鹤滩和溪洛渡-向家坝聚合系统7月和8月可分别增发电量4.45亿、0.32亿kW·h;金沙江下游四库防洪库容联合优化配置,年均发电量可增加10.37亿kW·h,经济效益十分显著。

关键词：防洪库容梯级水库聚合分解优化配置公式推导金沙江下游

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金沙江下游梯级水库运行期设计洪水计算方法研究

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水利学报 2024年

作者：谢雨祚郭生练钟斯睿汪肖雅王俊武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室

以金沙江下游梯级水库为研究对象，采用时变P-Ⅲ型适线法和最可能地区组成法两种途径分别隐式和显式考虑上游水库群的调蓄影响，计算水库运行期设计洪水及采用同频率法放大设计洪水过程线，推求水库运行汛期控制水位（简称汛控水位），... 详细信息

以金沙江下游梯级水库为研究对象，采用时变P-Ⅲ型适线法和最可能地区组成法两种途径分别隐式和显式考虑上游水库群的调蓄影响，计算水库运行期设计洪水及采用同频率法放大设计洪水过程线，推求水库运行汛期控制水位（简称汛控水位），分析对比发电效益。结果表明：(1)两种途径计算的水库运行期设计洪水均小于建设期设计洪水；时变P-Ⅲ型适线法无需对流量资料进行还原计算且无需考虑水库调度过程，而最可能地区组成法从上游至下游对各水库逐级调洪演算，计算复杂但实用性强；(2)上游水库的调蓄作用对下游洪水的削减显著，基于时变P-Ⅲ型适线法（最可能地区组成法），向家坝水库运行期1000年一遇设计洪峰、3d、7d和15d洪量的削减率分别为37.30%(41.65%)、35.96%(39.66%)、36.82%(35.72%)和28.03%(26.76%)；(3)维持原设计防洪标准不变，经调洪演算求得乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝水库的汛控水位分别为955.6、794.6、572.3和373.2m，与原设计汛限水位相比，6—9月份梯级水库按汛控水位运行，可增发电量27.6亿kW·h(+2.6%)，经济效益显著。

关键词：水库运行期设计洪水洪水地区组成非一致性洪水频率分析汛限水位汛控水位金沙江下游

考虑历史洪水资料的三峡水库运行期非一致性设计洪水估算

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水利学报 2024年第6期55卷 643-653页

作者：谢雨祚郭生练熊立华王俊钟斯睿杨媛婷武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072

水利水电工程规划设计采用单站的天然年最大洪水系列资料和P-Ⅲ型适线法推求设计洪水,确定水库特征水位。然而上游水库的建成运行,破坏了下游洪水资料系列的一致性假定。本文通过构建非一致性洪水频率分析时变矩模型,计算了长江上游重... 详细信息

水利水电工程规划设计采用单站的天然年最大洪水系列资料和P-Ⅲ型适线法推求设计洪水,确定水库特征水位。然而上游水库的建成运行,破坏了下游洪水资料系列的一致性假定。本文通过构建非一致性洪水频率分析时变矩模型,计算了长江上游重点水库群的水库系数;并根据连续型随机变量分布函数单调递增的特性,提出了基于Q-Q图的时变P-Ⅲ型适线法;推求出考虑历史洪水资料的三峡水库运行期非一致性设计洪水,并与极大似然法的估算成果进行比较。结果表明:①水库系数作为时变P-Ⅲ型分布的协变量,可以反映洪水系列的非一致性变化规律;②时变P-Ⅲ型适线法侧重考虑历史洪水点据的拟合,拟合效果优于极大似然法;③相较原设计成果,三峡水库运行期1000年一遇设计洪峰Q m、洪量W 3d和W 7d削减18%左右,洪量W 15d和W 30d削减14%左右,长江上游水库群的调蓄作用直接影响三峡水库运行期的防洪库容和特征水位。

关键词：设计洪水非一致性不连序系列时变矩法水库系数 P-Ⅲ型适线法极大似然法三峡水库

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金下-三峡-葛洲坝梯级水库联合优化调度方案比较研究

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水力发电学报 2024年第11期43卷 39-48页

作者：谢雨祚郭生练钟斯睿汪芸向鑫武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

依据水库调度图进行模拟调度,以检验设计值的合理性并作为方案比较的基准。分别建立金沙江下游和三峡-葛洲坝6座梯级水库联合调度和多目标优化调度模型,采用基于Gaussian径向基函数的“参数化-模拟-优化”框架和Borg算法求解优化模型的P... 详细信息

依据水库调度图进行模拟调度,以检验设计值的合理性并作为方案比较的基准。分别建立金沙江下游和三峡-葛洲坝6座梯级水库联合调度和多目标优化调度模型,采用基于Gaussian径向基函数的“参数化-模拟-优化”框架和Borg算法求解优化模型的Pareto前沿。对比研究结果表明:6库设计年发电量合理可靠,联合调度需考虑回水顶托影响;联合(优化)调度方案与单库调度方案对比,6库年均弃水量分别降低20.38%(30.44%),增发电量4.01%(5.45%),其中溪洛渡、向家坝和葛洲坝水库增发电量最大;发电量与蓄满率互相制约,三峡水库9月10日起蓄面临着枯水年难以蓄满的问题,建议进一步优化三峡水库汛期运行水位并考虑提前蓄水。

关键词：梯级水库调度图联合调度多目标优化径向基函数金沙江下游三峡水库

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金沙江下游梯级水库发电出力区间优化研究

武汉大学学报（工学版） 2024年第3期57卷 267-276页

作者：谢雨祚郭生练钟斯睿王俊李帅胡挺武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 中国长江三峡集团有限公司流域枢纽运行管理中心湖北宜昌443133

传统的水库调度单点最优决策常基于动态规划系列算法求解,据此改进得到的区间近优决策虽然提高了调度灵活性,但是受限于径流多样性与目标维度。采用随机径流模拟器扩展径流输入,构建梯级水库发电联合调度模型并结合“参数-模拟-优化”框... 详细信息

传统的水库调度单点最优决策常基于动态规划系列算法求解,据此改进得到的区间近优决策虽然提高了调度灵活性,但是受限于径流多样性与目标维度。采用随机径流模拟器扩展径流输入,构建梯级水库发电联合调度模型并结合“参数-模拟-优化”框架,对累积目标(多年平均发电量)、最值目标(最小出力)和阈值目标(出力保证率)进行稳健性优化,应用于金沙江下游梯级水库并探讨多个方案下的优化发电出力区间。结果表明:虽同为发电效益,最小出力目标与多年平均发电量、出力保证率目标依旧存在相互制约的关系;基于maximin指标优化可以提高最值目标的稳健性;折中方案在权衡多个目标的基础上可增加多年平均发电量93.2亿kW·h(+4.96%),采用20%~80%分位数归纳折中方案的坝上水位柔性决策区间,可指导金沙江下游梯级水库发电联合调度运行。

关键词：梯级水库发电调度多目标优化出力区间径流模拟金沙江下游

考虑水文改变生态指标的丹江口水库多目标优化调度

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南水北调与水利科技（中英文） 2022年第6期20卷 1041-1051页

作者：王何予田晶郭生练王俊钟斯睿武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

对水文改变指标进行分类、筛选并赋权,构建流量等级和流量波动2个生态指标;使用高斯径向基函数拟合水库调度规则,以供水量、发电量和水文改变生态指标为目标函数,在丹江口水库开展多目标优化调度研究;分析供水、发电与生态效益各指标间... 详细信息

对水文改变指标进行分类、筛选并赋权,构建流量等级和流量波动2个生态指标;使用高斯径向基函数拟合水库调度规则,以供水量、发电量和水文改变生态指标为目标函数,在丹江口水库开展多目标优化调度研究;分析供水、发电与生态效益各指标间的竞争关系,寻求社会经济和生态效益均较佳的调度方案,论证生态流量的合理性。结果表明:丹江口水库调度的供水、发电和生态效益之间存在目标冲突;同时考虑供水、发电、流量等级、流量波动4个目标的推荐方案,可在确保防洪安全并维持供水和发电量不变的前提下,保证流量等级和流量波动水文改变生态指标与天然状态相近;推荐方案尽可能达到适宜生态流量,满足了汉江中下游水生物自然繁衍需求。研究成果可为丹江口水库优化调度以及汉江中下游水生态环境保护提供参考。

关键词：水文改变指标生态流量多目标优化调度丹江口水库

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丹江口水库运行期非一致性洪水频率分析

南水北调与水利科技(中英文) 2024年

作者：钟斯睿郭生练谢雨祚何晓东丁洪亮王伟武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室汉江水利水电(集团)有限责任公司

汉江流域上游已建成投运诸多水库及引调水工程，显著改变了径流的时空分布，导致洪水资料序列的非一致性。现把洪水系列资料延长至2023年，开展非一致性洪水频率分析，以水库系数和调水工程系数作为协变量，建立时变P-III分布模型，定... 详细信息

汉江流域上游已建成投运诸多水库及引调水工程，显著改变了径流的时空分布，导致洪水资料序列的非一致性。现把洪水系列资料延长至2023年，开展非一致性洪水频率分析，以水库系数和调水工程系数作为协变量，建立时变P-III分布模型，定量估算丹江口水库运行期的设计洪水，并与原设计成果对比。结果表明：所选协变量符合水文客观规律，均可反映上游水利工程调蓄对丹江口坝址设计洪水的影响；丹江口水库运行期1 000 a一遇设计洪峰流量和7 d洪量较原设计成果均削减31%左右；汉江上游水库调蓄对设计洪水的影响比调水工程更加显著。由于丹江口水库运行期设计洪量显著减少，在防洪标准不变的前提下可酌情提高水库的运行水位，这不仅有利于增发电量，还可提高水资源利用效率和水库蓄满率。

关键词：设计洪水非一致性系列洪水频率分析水库运行期水利工程丹江口水库

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雅砻江梯级水库优化调度规则提取研究

水力发电学报 2023年第10期42卷 50-59页

作者：钟斯睿何彦锋郭生练谢雨祚余春涛马顺刚曾强武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司成都610072

针对确定性水库优化调度模型难以直接应用于实际操作的局限性,建立雅砻江流域“三库七级”梯级水库电站联合优化调度模型,采用Gaussian径向基函数提取各水库的调度规则,并率定和检验拟合效果。结果表明,雅砻江梯级水库电站联合优化调度... 详细信息

针对确定性水库优化调度模型难以直接应用于实际操作的局限性,建立雅砻江流域“三库七级”梯级水库电站联合优化调度模型,采用Gaussian径向基函数提取各水库的调度规则,并率定和检验拟合效果。结果表明,雅砻江梯级水库电站联合优化调度运行的年均发电量为983.19亿kW·h,比设计多年平均发电量增加78.94亿kW·h(+8.73%);两河口、锦屏I级和二滩水库的优化调度过程呈现一定规律,Gaussian径向基函数拟合调度过程的决定系数R2均大于90%,能有效拟合其调度规则,且模拟调度结果相比设计值增发电量51.27亿kW·h(+5.67%)。

关键词：梯级水库优化调度调度函数径向基函数雅砻江