[发明专利]一种兼顾中华鲟繁殖需求的水库生态调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水库调度方法，具体的说是一种兼顾中华鲟繁殖需求的水库生态调度方法。

背景技术

中华鲟是一种大型溯河洄游性鱼类，亲鱼每年4月至6月由海洋进入江河进行生殖洄游。中华鲟主要分布于长江干流，繁殖季节一般在10月上旬至11月中旬。自上世纪80年代以来，受大坝阻隔、水质、航运、水库滞温等因素影响，中华鲟种群数量急剧下降，处于濒危状态，1988年被列为我国I级保护动物。长江上游水利工程的运行使中华鲟仅存的产卵场水文水动力环境发生改变，加剧了中华鲟数量的减少。为保护中华鲟资源，进行兼顾中华鲟资源保护的水库生态调度研究势在必行。

大量实践证明，水电工程运行期间，生态调度是缓解水电开发对生态与环境产生不利影响的有效措施之一。在国外发达国家已广泛将生态调度运用于河流自然径流过程的修复，亦有不少成功经验可供借鉴。然而，生态与环境问题具有地域特性，这些经验不可能照搬使用。目前，大型水利工程的生态调度在国内也逐渐受到重视，并通过实践取得了一些初步经验，但在流域梯级电站生态调度的理论、广泛性和保障机制等方面，我国与发达国家还存在巨大差距。在已有的水库生态调度方法中，有的将生态需水以最低下泄流量的形式作为一个约束条件而存在，这种调度方式虽然可操作性强，易于监督，但是由于仅仅考虑了最小生态需水的量，因而往往不能遏制生态系统恶化，更达不到维持和修复生态系统健康的要求。另外最小生态需水量并不是决定生态是否恶化的唯一因素，河床水动力及地形地质变化也是造成生态恶化的主因。因此生态调度不仅要满足最小生态需水量要求，还要满足水生动植物水动力环境需求。有的将生态需水作为唯一目标，水库调度运行完全按照生态需水量节律进行。这种方式虽然可以在最大程度上满足生态系统的需求，但由于弱化了水库建设的原有目标，使得水库丧失了应有的社会经济功能，目前仅理论上探讨，难以实践利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种兼顾中华鲟繁殖需求的水库生态调度方法，同时考虑中华鲟自然繁殖的水文水动力需求及水库的社会经济效益，使水库发挥巨大社会经济效益的同时，有效的保护中华鲟资源。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种兼顾中华鲟繁殖需求的水库生态调度方法，按以下步骤进行：

(一)根据中华鲟产卵期多年跟踪监测资料统计得出中华鲟产卵所需水文水动力条件及相关参数的适宜性曲线，以产卵场产卵加权可利用面积(WUA)表征中华鲟产卵场产卵适合度，依据河流内流量增量法(IFIM)建立中华鲟产卵适合度模型；

(二)针对中华鲟产卵场建立水动力数学模型，数值模拟大坝不同运行工况下的中华鲟产卵场水动力环境，将产卵场数值模拟结果代入产卵适合度模型得出不同大坝运行工况下的产卵场产卵适合度；

(三)以水库运行参数(包括下泄流量、下泄方式)为自变量，产卵场产卵适合度为因变量，将步骤(二)的计算工况及结果作为学习样本输入三层BP神经网络进行学习训练，建立水库调度与中华鲟产卵场适合度函数关系表达式；

(四)以中华鲟产卵场适合度最大作为产卵期(10～11月)水库调度生态目标，建立水库调度生态效益目标函数，以发电量最大建立水库调度经济效益目标函数；

(五)明确水库调度的约束条件：水量平衡约束、航运上游水位变幅约束、航运上游通航水位约束、水库最大下泄流量约束、供水最小下泄流量约束、水轮机工作水头约束、水轮机出力限制约束、水轮机最大过水量约束；

(六)建立包括步骤(五)约束条件及步骤(四)目标函数的多目标水库优化调度模型，模型以大坝出库流量、电厂发电泄流流量、泄水闸弃水流量为变量，采用理想点优化方法将多目标转化为单目标函数进行优化求解；

(七)应用逐步优化算法(POA)及复合形优化算法对转换得到的单目标调度模型进行优化求解，得到中华鲟产卵期兼顾中华鲟繁殖需求的水库最优调度过程及最优运行方式。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的兼顾中华鲟繁殖需求的水库生态调度方法，步骤(一)中，中华鲟产卵适合度模型为：