一种基于改进长系列法的水库多级调度图编制方法

摘要

本发明涉及一种基于改进长系列法的水库多级调度图编制方法，其特征在于，其步骤包括：(1)根据供水任务，计算水库综合供水流量；(2)进行长系列径流调节计算，初拟兴利库容；(3)逆时序绘制水库水位线；(4)定义两种破坏年份；(5)统计破坏年份，计算供水保证率，若不满足要求，则重复步骤(3)至(5)，确定兴利库容；(6)以保证供水流量逆时序计算水位线，取上包线作为上调配线；(7)以折减供水流量逆时序计算水位线，取上包线作为下调配线；(8)以保证供水流量顺时序计算水位线，取下包线作为限制供水线；(9)绘制水库多级调度图。本发明能够解决传统水库多级调度图编制方法的不足，为多重任务水库的运行提供有效的指导。

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程技术领域，特别是涉及一种基于改进长系列法的水库多级调度图编制方法。

背景技术

水库调度是水库运行管理的核心环节，其调度方式分为常规调度和优化调度两种，在实际运行中一般采用常规水库调度图进行水库综合调度。然而，现有的水库调度图编制方法未能实现径流调节计算与调度图编制的协调统一，绘制的结果存在一定的偏差，且大多是针对单一兴利任务的水库。综合利用水库不同的调度任务对应有各自的调度线，编制过程更为复杂。目前国内与此相关的规范为《水库调度设计规范》(GB/T 50587-2010)和《水利工程水利计算规范》(SL104-2015)，但两者对于水库调度图的编制方法尚未统一，且存在如下问题：

(1)《水库调度设计规范》(GB/T 50587-2010)和《水利工程水利计算规范》(SL104-2015)均采用代表年法进行多级调度图的绘制，但关于代表年的选择，两者存在差异，前者是以年来水量或年用水量接近设计保证率的年份作为代表年，后者则是根据丰、枯水期水量接近保证率的原则选择代表年。这两种方法尽管在一般情况下选取的代表年基本一致，但如遇到径流系列变化较大、丰枯季划分困难和年用水量变化较大的长系列径流资料时，就会导致选择的代表年存在差异。

(2)当天然径流年内丰枯变化显著、来水过程和用水过程差别较大时，尽管当年的水库可供水量满足用水量要求，但会出现部分月份因用水量变化较大无法满足当月供水任务的破坏问题，《水库调度设计规范》(GB/T 50587-2010)和《水利工程水利计算规范》(SL104-2015)均未考虑此种破坏情况。

(3)《水库调度设计规范》(GB/T 50587-2010)和《水利工程水利计算规范》(SL104-2015)对于调度线的绘制也存在不同，前者采用全部破坏年份的上包线作为降低供水线，而后者则是采用代表年份的下包线作为降低供水线。同时，采用代表年法绘制的水库多级调度图，在绘制完成后还需依据人工经验，进行长系列径流调节复核，以确保达到具体供水任务保证率要求。

因此，有效解决水库多级调度图编制的技术难题是实现水库综合利用根本保证。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术所存在的问题而提出一种基于改进长系列法的水库多级调度图编制方法。本发明通过具体定义供水破坏年份的两种水位线情况，利用长系列调度线和水库特征水位线选择破坏年份，明确给出上、下调配线和限制供水线的绘制方案，不仅能够在达到设计保证率要求的同时降低破坏深度，而且还能使多级调度图一次性绘制成功，避免人工检验和调整的繁杂，为实现水库综合利用提供技术支撑。

根据本发明提出的一种基于改进长系列法的水库多级调度图编制方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤(1)：根据综合利用水库具体供水任务的设计保证率和用水要求，计算水库在具体来水频率P下的综合供水流量Q

a.将具体供水任务的设计保证率统一转换为年保证率形式；

b.拟定具体供水任务的保证供水流量，根据具体供水任务的用水要求，确定其降低供水折减系数α

c.在前两步的基础上，对具体来水频率P，采用如下公式(1)计算承担n项具体供水任务的水库综合供水流量Q

公式(1)中：Q

步骤(2)：利用长系列径流资料，进行长系列径流调节计算，对长系列兴利库容排频，选择不小于设计保证率最小值的最小频率对应的兴利库容作为初拟水库兴利库容；

步骤(3)：对长系列年份按照具体供水任务保证供水流量，从供水期末死水位开始，逆时序绘制各时段水库水位线，直至蓄水期初回落至死水位；

步骤(4)：定义破坏年份，该破坏年份分为两种：第一种破坏年份定义为逆时序绘制的水位线在调度期内超出正常蓄水位的年份；第二种破坏年份定义为逆时序绘制的水位线在调度期初无法回落至死水位的年份；

步骤(5)：统计破坏年份，计算水库供水保证率，其值若小于具体供水任务的设计保证率最小值，则调整水库兴利库容，重复步骤(3)至(5)，直至水库供水保证率不小于设计保证率最小值，确定水库兴利库容和正常蓄水位；

步骤(6)：从长系列年份中去除破坏年份，以具体供水任务保证供水流量逆时序计算各时段水位线，取长系列结果的上包线作为上调配线；

步骤(7)：从长系列年份中去除破坏年份，对具体来水频率P，依据公式(1)，对设计保证率小于来水频率的供水任务i，以保证供水流量折减后的折减供水流量Q

步骤(8)：从长系列年份中去除破坏年份，以具体任务保证供水流量顺时序计算各时段水位线，取长系列结果的下包线作为限制供水线；

步骤(9)：利用上调配线、下调配线、限制供水线和水库特征水位线绘制水库多级调度图。

本发明进一步的优选方案是：

本发明步骤(3)所述逆时序绘制各时段水库水位线的过程分为两个时段绘制：

a.在供水期内水库当月需要供水时，代表水库在月初至少要蓄满相应的供水量，则水位从月末低水位逆时序上升到月初高水位；

b.当水库处于蓄水期且该月不需要库容供水时，把来水去除供水后的额外水量视为水库从月初到月末的蓄水量，水库水位从月末高水位逆时序降低到月初低水位。

本发明步骤(4)所述定义破坏年份所对应的水位线情况分别为：

a.第一种破坏年份的水位线为蓄水期初和供水期末水位在死水位，但蓄水期至供水期之间的调度线出现高于正常蓄水位的情况；

b.第二种破坏年份的水位线为蓄水期至供水期之间调度线在死水位与正常蓄水位之间，而蓄水期初的水位高于死水位。

本发明步骤(7)所述折减供水流量Q

公式(2)中：k

在长系列水位线绘制完成后，检验其是否满足设计保证率要求，若未满足P

本发明与现有技术相比其显著优点在于：

第一，本发明通过长系列径流调节计算和兴利库容排频，拟定水库兴利库容和正常蓄水位，能够避免代表年选择的随机性和不确定性，保证绘制的多级调度图实用性和准确性。

第二，本发明具体定义供水破坏年份的两种水位线情况，利用长系列调度线和水库特征水位线，将径流调节与调度图检验相结合，能够精确地统计破坏年份，特别是年内部分月份供水破坏的情况，解决现有方法无法识别此种类型破坏年份的不足。

第三，本发明提出的上调配线、下调配线和限制供水线编制方法是利用长系列径流数据实现，能够避免不同任务调度线之间出现交叉的问题，绘制的结果不需要反复检验和形态修正，能够实现水库多级调度图一次性绘制成功。

第四，本发明通过精确统计破坏年份数计算保证率，与设计保证率对比检验，在满足不同任务保证率要求的同时，能够尽可能减小破坏深度。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于改进长系列法的水库多级调度图编制方法的实施步骤方框示意图。

图2为不同情况下的水库调度线示意图。

图3是水库多级调度上调配线绘制过程示意图。

图4为水库多级调度下调配线绘制过程示意图。

图5为水库多级调度限制供水线绘制过程示意图。

图6为水库多级调度示意图。

图7为本发明实例提供的水库长系列水位过程线图。

图8为本发明实例提供的水库多级调度上调配线绘制过程图。

图9为本发明实例提供的水库多级调度下调配线绘制过程图。

图10为本发明实例提供的水库多级调度限制供水线绘制过程图。

图11为本发明实例提供的灌溉和供水综合任务的水库多级调度图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

结合图1，本发明提出的一种基于改进长系列法的水库多级调度图编制方法，包括以下步骤：

步骤(1)：根据综合利用水库具体供水任务的设计保证率和用水要求，计算水库在具体来水频率P下的综合供水流量Q

a.将具体供水任务的设计保证率统一转换为年保证率形式；

b.拟定具体供水任务的保证供水流量，根据具体供水任务的用水要求，确定其降低供水折减系数α

c.在前两步的基础上，对具体来水频率P，采用如下公式(1)计算承担n项具体供水任务的水库综合供水流量Q

公式(1)中：Q

步骤(2)：利用长系列径流资料，进行长系列径流调节计算，对长系列兴利库容排频，选择不小于设计保证率最小值的最小频率对应的兴利库容作为初拟水库兴利库容；

首先利用长系列资料进行径流调节计算，各项供水任务采用保证供水流量，已知来水过程和用水需求，分别计算水库每年所需的兴利库容。径流调节计算以水量平衡为基础，逐时段计算公式如下：

V

公式(3)中：V

然后将长系列兴利库容结果进行排频，选择不小于设计保证率最小值的最小频率对应的兴利库容作为初拟水库兴利库容；

步骤(3)：对长系列年份按照具体供水任务的保证供水流量，从供水期末死水位开始，逆时序绘制各时段水库水位线，直至蓄水期初回落至死水位，将调度期分为两个时段绘制：

a.在供水期内水库当月需要供水时，代表水库在月初至少要蓄满相应的供水量，则水位从月末低水位逆时序上升到月初高水位；

b.当水库处于蓄水期且该月不需要库容供水时，把来水去除供水后的额外水量视为水库从月初到月末的蓄水量，水库水位从月末高水位逆时序降低到月初低水位。

步骤(4)：定义破坏年份，该破坏年份分为两种：第一种破坏年份定义为逆时序绘制的水位线在调度期内超出正常蓄水位的年份；第二种破坏年份定义为逆时序绘制的水位线在调度期初无法回落至死水位的年份。

图2为不同情况调度线示意图，其中：

a.1线为蓄水期初和供水期末水位在死水位，蓄水期至供水期之间调度线在死水位与正常蓄水位之间，代表水库可以正常供水的年份；

b.2线为蓄水期初和供水期末水位在死水位，但蓄水期至供水期之间的调度线出现高于正常蓄水位的情况，表示该年份所需的兴利库容超过初拟的兴利库容，属于破坏年份；

c.3线为蓄水期至供水期之间调度线在死水位与正常蓄水位之间，而蓄水期初的水位高于死水位。表示水库在蓄水期蓄的水无法满足枯水期供水要求，水库需提前预蓄库容供水，这种情况常发生在径流年内分配显著不均的时候，对于年调节水库来说属于破坏年份；

步骤(5)：统计破坏年份，计算水库供水保证率，其值若小于具体供水任务的设计保证率最小值，则调整水库兴利库容，重复步骤(3)至(5)，直至水库供水保证率不小于设计保证率最小值，确定水库兴利库容和正常蓄水位；

步骤(6)：从长系列年份中去除破坏年份，以具体供水任务保证供水流量逆时序计算各时段水位线，取长系列结果的上包线作为上调配线；

图3为上调配线示意图，其中黑色虚线为按具体供水任务保证供水流量逆时序计算的各年水库水位线，黑色点划线为步骤(4)中所定义的破坏年份水位线，黑色方块线为取长系列结果上包线的水库上调配线；

步骤(7)：从长系列年份中去除破坏年份，对具体来水频率P，依据公式(1)，对设计保证率小于来水频率的供水任务i，以保证供水流量折减后的折减供水流量Q

图4为下调配线示意图，其中黑色虚线为按保证供水流量折减后的折减供水流量逆时序计算的各年水库水位线，黑色点划线为步骤(4)中所定义的破坏年份水位线，黑色三角形线为取长系列结果上包线的水库下调配线；

步骤(8)：从长系列年份中去除破坏年份，以具体任务保证供水流量顺时序计算各时段水位线，取长系列结果的下包线作为限制供水线。

图5为限制供水线示意图，其中黑色虚线为按具体任务保证供水流量顺时序计算的各年水库水位线，白色倒三角形线为取长系列结果下包线的限制供水线；

步骤(9)：利用上调配线、下调配线、限制供水线和水库特征水位线绘制水库多级调度图。

图6为将上调配线、下调配线和限制供水线绘制在同一张图上的结果。其将水库多级调度图分为4个调度区以指导水库运行，其中：

①区为加大供水区，当库水位处于该区时，在满足具体供水任务的前提下，水库蓄满后多余的水可用于加大供水量；

②区为供水保证区，此时水库能满足具体供水任务的正常用水要求；

③区为部分供水折减区，当库水位处于该区时，水库满足主要任务的供水要求，对于次要任务需按破坏深度进行降低供水；

④区为限制供水区，水库除保证基流外，对主要任务和次要任务均需分别进行降低供水。

实施例1。现以本发明应用于某综合利用水库工程为例，进一步说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

(1)设计依据

a.水库长系列径流资料，详见附表1。

b.水库灌溉需水量资料，详见附表2。

c.初始条件：

水库为一座承担灌溉和供水任务的综合利用年调节水库，水库的供水年保证率为95％，水库日均供水量为23.9万m

(2)实施过程

步骤1，根据综合利用水库具体供水任务的设计保证率和用水要求，计算水库在具体来水频率P下的综合供水流量Q

由基本资料可知，该水库主要任务为供水和灌溉，供水保证率为95％，灌溉保证率为85％，统一为年保证率。

根据供水和灌溉任务的要求，水库供水为全年供水，灌溉供水按附表2的灌溉周期来进行供水，同时拟定供水任务的降低供水折减系数为0.95，灌溉任务的降低供水折减系数为0.8。计算水库在具体来水频率下的综合供水流量：

公式(4)中：Q

表3水库长系列供水过程 单位：万m

步骤2，利用长系列径流资料，进行长系列径流调节计算，对长系列兴利库容排频，选择不小于设计保证率最小值的最小频率对应的兴利库容作为初拟水库兴利库容。

根据附表1径流资料和步骤1得到的综合供水流量进行径流调节计算，并将各年所需兴利库容排频，排频结果见下表4。

表4水库长系列径流调节兴利库容计算和排频结果

根据设计保证率最小值即85％所对应的库容，初拟水库正常蓄水位为220m，死水位为177m，兴利库容为10140万m

步骤(3)，对长系列年份按照具体供水任务保证供水流量，从供水期末死水位开始，逆时序绘制各时段水库水位线，直至蓄水期初回落至死水位，将调度期分为两个时段绘制。

以各年径流资料和用水情况绘制各时段水库水位线，见图7。

步骤(4)，定义破坏年份，该破坏年份分为两种：第一种破坏年份定义为逆时序绘制的水位线在调度期内超出正常蓄水位的年份；第二种破坏年份定义为逆时序绘制的水位线在调度期初无法回落至死水位的年份。

在图7中黑色点划线对应的年份为破坏年份，分别为1980年、1995年、2011年、1998年。

步骤(5)，统计破坏年份，计算水库供水保证率，其值若小于具体供水任务的设计保证率最小值，则调整水库兴利库容，重复步骤(3)至(5)，直至水库供水保证率不小于设计保证率最小值，确定水库兴利库容和正常蓄水位；

根据初拟的兴利库容和正常蓄水位，破坏年份数为5年，水库灌溉供水保证率为86.1％，满足任务设计保证率85％的要求，因此初拟的水库兴利库容和正常蓄水位不变，继续步骤(6)；

步骤(6)，从长系列年份中去除破坏年份，以具体供水任务保证供水流量逆时序计算各时段水位线，取长系列结果的上包线作为上调配线；

采用长系列法分别绘制各年的水库水位线，水库调节流量取供水和灌溉保证供水流量，从供水期末死水位逆时序计算至蓄水期初死水位。以1980年为例，对其计算过程见表5。

表5 1980年水库水位逆时序计算表(供水保证供水流量+灌溉保证供水流量)

同样按照表5的计算方式，计算长系列剩余年份的水库水位过程线，把所有年份的水位线绘制在一张图上，去除破坏年份后，取长系列结果的上包线作为水库上调配线，见图8。

步骤(7)，从长系列年份中去除破坏年份，对具体来水频率P，依据公式(1)，对设计保证率小于来水频率的供水任务i，以保证供水流量折减后的折减供水流量Q

采用长系列法分别绘制各年的水位过程线，水库用水过程采用供水任务保证供水流量和灌溉任务折减供水流量，灌溉用水破坏深度取20％，从供水期末死水位逆时序计算至蓄水期初死水位。以1980年为例，对其计算过程见表6。

表6 1980年水库水位逆时序计算表(供水保证供水流量+灌溉折减供水流量)

同样按照表6的计算方式，计算长系列剩余年份的水库水位过程线，把所有年份的水位线绘制在一张图上，去除破坏年份后，取长系列结果的上包线作为水库下调配线，见图9。

步骤(8)，从长系列年份中去除破坏年份，以具体任务保证供水流量顺时序计算各时段水位线，取长系列结果的下包线作为限制供水线。

根据长系列库容计算结果，以拟定的兴利库容选择满足开发任务要求的正常供水年份，自蓄水期初死水位开始顺时序调节计算，调节流量采用供水和灌溉的保证供水流量。以1980年为例，对其计算过程见表7。

表7 1980年水库水位顺时序计算表(供水保证供水流量+灌溉保证供水流量)

同样按照表7的计算方式，计算剩余年份的水库水位过程线，把所有年份的水位线绘制在一张图上，去除破坏年份后，取长系列结果的下包线作为水库限制供水线，见图10。

步骤(9)，利用上调配线、下调配线、限制供水线和水库特征水位线绘制水库多级调度图。

在步骤6、步骤7和步骤8的基础上，将上调配线、下调配线、限制供水线和水库特征水位线绘制在同一张图上，即为水库多级调度图，见图11。

附表1：水库长系列径流资料

附表2：水库灌溉需水量 单位：万m

本发明的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种基于改进长系列法的水库多级调度图编制方法技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。