[发明专利]基于时变设计洪水的梯级水库汛期运行水位动态控制方法

说明书

本发明属于梯级水库汛期运行水位控制技术领域，尤其涉及一种基于时变设计洪水的梯级水库汛期运行水位动态控制方法，包括：将样本数据以日期为横坐标，以年为纵坐标排列进行超定量筛选；采用带时畸参数泊松标值过程模型中的两个时畸参数：超定量均值、超定量发生强度，来反映出水库实际来水过程中的确定性因素和随机性因素；对多种设计频率的时变设计洪水进行推求，将日期，设计频率和时变设计洪水值三者相结合构成时变入库洪水识别模型来对入库洪水的设计频率、线型进行判断；上游水库在进入汛期前通过降低自身汛期运行水位来拦蓄入库洪水减轻下游水库防洪压力，下游水库通过超越汛期限制水位运行来增加梯级水库发电量。

技术领域

本发明属于梯级水库汛期运行水位控制技术领域，尤其涉及一种基于时变设计洪水的梯级水库汛期运行水位动态控制方法。

背景技术

当下，水资源匮乏、洪涝灾害频发已成为全球各个国家与地区共同面对的难题，对梯级水库的汛期运行水位进行动态控制，将危及人类生命财产安全的洪水转化为可利用的水资源，是人与自然和谐相处的有效途径之一。设计洪水作为水库调度运行方案制定的关键依据，其是否能够全面反映出水库实际来水情况，对于水库水资源利用十分重要。国内外学者对设计洪水的研究已有近百年的历史，根据设计洪水的推求步骤，可分为以下三个方面：

(1)从选样方法来说，使用较多的为年最大值法和超定量法。年最大值选样法在实际工程中使用较为普遍，但其仅考虑了洪水极值的分布规律，无法全面反映出洪水实际来水情况，适合作为水库建设规划阶段的设计洪水的选样方法；超定量法可以有效扩大样本容量，增强样本间物理相关性，提高设计洪水精度，适用于水库建成后调度运行阶段的设计洪水选样。但传统超定量法的门限值选取过程较为复杂，且取值不可唯一确定，使得门限值选取结果因人而异，因此在实际工程中使用较少。

(2)从分布曲线来说，采用3参数分布线型作为理论频率曲线计算方便，且能保证较高拟合度，我国一般选用P-Ⅲ型曲线作为理论频率曲线。1999年，王善序在超定量选样法的基础上提出了指数分布与泊松分布相结合的理论分布曲线，称为带时畸参数泊松标值过程模型，该模型包含两个时畸参数可以描述出水库实际入库洪水过程的特征，并提出了时变设计洪水的概念，但当时并未引起学术界的注意。2016年，李丹以广义Pareto(GP)分布函数参数为随机变量，利用自动阈值法对王善序所提出的方法进行了改进，构建了考虑水文序列时空分布异质性的变参数PDS/GP模型。2017年，Amr Gharib等人，分析得出超定量分布符合广义帕累托分布(GPD)，并结合SWAT模型对加拿大艾伯塔省47个流域的日流量序列进行模拟，得到了精度较高的模拟结果。此外，还有广义极值分布，对数正态分布等分布线型，使用较为广泛。

(3)从设计洪水过程线推求方法来说，我国常采用同频率法或同倍比法，由于这两种方法都需要人工修匀，因此结果受人为因素影响较大，无法保证设计洪水过程精度。随着计算机技术的发展，设计洪水过程线的生成多趋于自动化。2010年，Ladislav Gaál等人将贝叶斯MCMC技术应用于洪水频率分析当中，该方法能很好地利用历时洪水信息对设计洪水进行修正，得到精确度较高的结果。此外，应用人工智能技术模拟一定频率的设计洪水过程属于当下的热点。Lu C.等人提出了一种基于Copula-Entropy(CE)理论的新方法来识别人工神经网络模型的输入信息，对一定频率下的设计洪水过程进行了智能模拟。诸如此类还有粒子群算法，遗传算法等应用较为广泛。

动态控制梯级水库的汛期运行水位是实现洪水资源化利用的一种可操作性较高的方法。洪水资源化，是指综合系统地运用工程的和政策、规范、经济、管理、技术、调度等非工程措施，将常规排泄入海或泛滥的洪水在安全、经济可行和社会公平的前提下部分转化储存为可资利用的内陆水。通过制定合理的梯级水库汛期运行水位动态控制方案来实现洪水资源化利用的目标需设计以下两个方面的方法选择：