梯级水库水沙联合优化调度研究

目前梯级水库调度研究大多侧重于梯级水库间水量的合理调配，很少考虑梯级水库间的泥沙调度问题。本项目以某一梯级水库为背景，在详细分析流域水文泥沙、工程及电网等资料的基础上，依据理论紧密联系实际的原则，在目前最新研究成果的基础上，采用水库优化调度、水沙运动数值模拟、多目标决策理论及技术等方法，建立集防洪、兴利、泥沙调度为一体的梯级水库水沙联合多目标决策模型，定量描述梯级水库水电站联合调度运行规则、效益指标和泥沙输移变化规律，以期达到防洪、兴利、泥沙输移最佳协调。结合传统优化算法和集群智能优化算法的优势，探索求解该模型的有效方法。最后，将上述模型和方法应用到某一流域梯级水库汛期和非汛期调度运行中，提出梯级水库减少泥沙淤积、增加库群调蓄能力的水沙调度模式。通过该项目的研究，为科学制定梯级水库水沙运用方式、获取工程最佳的综合利用效益、实现梯级水电站长期有效运用提供理论基础和技术支持。

梯级水库优化调度不仅需要对水库间水量进行合理调配，还要考虑水库间的泥沙调度问题，因此进行梯级水库水沙联合优化调度具有重要意义。项目首先进行了梯级水库优化调度方法研究，给出了梯级水库求解的免疫蛙跳算法、改进粒子群算法以及育种粒子群算法等人工智能算法，然后进行了水库水沙联合优化调度研究，围绕水沙多目标选取、模型求解方法展开系统研究，从不同角度给出水沙多目标调度模型的求解方法；接着以一维恒定、非均匀和不平衡输沙模型为基础，建立了梯级水库泥沙数学模型，并对模型的有关基本问题进行专门研究，在对模型进行验证的基础上，将模型应用于梯级水库泥沙淤积过程模拟中，分析梯级水库泥沙淤积规律。在以上研究的基础上，将梯级水库泥沙数学模型嵌套在梯级水库优化调度中，以水库防洪、发电和泥沙淤积为目标，建立了考虑泥沙淤积形态和分布的梯级水库水沙多目标决策模型，详细研究了模型非劣解的生成与评价方法，提出了基于鲶鱼效应的粒子群算法、基于逐次逼近动态规划的多目标动态规划迭代算法和基于逐次逼近动态规划的三阶段迭代并行算法，并将目标权重与综合评价方法结合起来，提出了基于组合权重的TOPSIS法（逼近理想解法）和改进TOPSIS方法，对水沙多目标问题的非劣方案进行评价。最后将上述模型和方法应用于溪洛渡-向家坝梯级水库汛末蓄水时间决策研究中，给出不同目标权重下满足发电和减淤要求的梯级水库最佳蓄水方案。通过该项目研究，为科学制定梯级水库水沙运用方式、获取工程最佳综合利用效益、实现梯级水电站长期有效运用提供理论基础和技术支持。