專利名稱：一種基于生態(tài)調(diào)度圖的水庫生態(tài)調(diào)度方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護領域，涉及一種水庫生態(tài)調(diào)度方法。尤其涉及一種把生態(tài)需 水納入到常規(guī)水庫調(diào)度圖中以實現(xiàn)水庫生態(tài)調(diào)度的方法。
背景技術：
水利工程的建設既為人類帶來了巨大的經(jīng)濟和社會利益，同時也極大的改變了下 游河流原有的自然演進和變化過程。傳統(tǒng)的水利工程不論是設計建設還是調(diào)度運行，都主 要以興利除害為目的，注重發(fā)揮水利工程在防洪、發(fā)電、供水、航運、灌溉等方面的作用，而 忽略了生態(tài)環(huán)境的要求，因此引發(fā)了河道斷流，生態(tài)退化等一系列生態(tài)與環(huán)境問題(錢正 英等，2006 ；姚維科等，2006)。近年來許多學者提出了“生態(tài)調(diào)度”的概念(董哲仁，2006 ；蔡 其華，2006 ；程根偉等，2007)，其實質(zhì)是在原有水利工程調(diào)度中加入生態(tài)環(huán)境因素的考慮， 以降低進而消除水庫對于生態(tài)和環(huán)境的負面影響、改善庫區(qū)和下游生態(tài)環(huán)境。其中生態(tài)環(huán) 境因素在調(diào)度中的主要體現(xiàn)方式，就是生態(tài)需水。目前水利工程生態(tài)調(diào)度的研究還處于初始階段，無論是理論上還是實踐上都落后 于實際需求，尚缺乏完整的理論體系以及切實可行的應用方法。在已有的水庫生態(tài)調(diào)度方 法中，有的將生態(tài)需水以最低下泄流量的形式作為一個約束條件而存在，這種調(diào)度方式雖 然可操作性強、易于監(jiān)督，但是由于僅僅考慮了最小生態(tài)需水，因而往往不能夠遏制生態(tài)系 統(tǒng)惡化，更達不到維持和修復生態(tài)系統(tǒng)健康的要求。有的將生態(tài)需水作為唯一目標，水庫 調(diào)度運行完全按照生態(tài)需水節(jié)律進行。這種方式雖然可以在最大程度上滿足生態(tài)系統(tǒng)的需 求，但由于弱化了水庫建設的原有目標，使得水庫喪失了應有的社會經(jīng)濟功能，目前僅僅是 理論上的探討，難以實踐利用。能夠綜合考慮社會經(jīng)濟目標與生態(tài)目標的水庫生態(tài)調(diào)度方法是水庫生態(tài)調(diào)度發(fā) 展的趨勢，但目前相關方法還很少，現(xiàn)有方法多數(shù)建立在多目標優(yōu)化調(diào)度模型的基礎上，然 而求解多目標優(yōu)化模型所得到的往往是多維解集空間(耿玉磊，2005)，難以直接應用。許 多學者提出不同的方法來處理這一問題。如通過設定一系列的供水短缺率值，將水庫社會 經(jīng)濟效益目標轉化為約束條件，進而得到一系列單目標優(yōu)化模型(專利“一種供水型水庫 生態(tài)調(diào)度技術”，申請?zhí)?01010100909. 6)，或首先確定水文情勢擾動閾值，將水庫的發(fā)電量 最大化為目標確定水庫調(diào)度最優(yōu)函數(shù)(專利“面向河流生態(tài)系統(tǒng)保護的發(fā)電型水庫調(diào)度函 數(shù)優(yōu)化方法”，申請?zhí)?00910265477. 1)。還有學者提出分別賦予社會經(jīng)濟目標和生態(tài)目標 一定的權重，然后將二者相加，將多目標函數(shù)轉化為單目標函數(shù)(專利“兼顧人類和生態(tài)需 求的供水型水庫調(diào)度圖優(yōu)化確定方法”，申請?zhí)?00910265478. 6)，其中社會經(jīng)濟目標和生 態(tài)目標的權重不同，代表二者在決策過程中重要性的差異，但是由于權重不具有明確的實 際意義，帶有很大的主觀性，因此為實際調(diào)度中管理者決策造成了一定的困難。此外，大部分生態(tài)調(diào)度的研究都忽略了基于調(diào)度圖的生態(tài)調(diào)度方式。而在實際水 庫調(diào)度中，傳統(tǒng)的調(diào)度圖發(fā)揮著十分重要的指導作用。因此，在現(xiàn)階段水利工程生態(tài)調(diào)度研 究的初始階段，還沒有形成完整的理論體系以及切實可行的應用方法之時，研究如何將生態(tài)需水納入到水庫傳統(tǒng)調(diào)度圖中，探究如何利用生態(tài)調(diào)度圖來指導水庫調(diào)度，將使得水庫 生態(tài)調(diào)度更加貼近實際，更容易得到實際應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對目前缺少簡單易行的同時考慮人類需求與生態(tài)系統(tǒng)需求的水庫生態(tài) 調(diào)度方法，提出了將生態(tài)需水納入到常規(guī)水庫調(diào)度圖中，即基于生態(tài)調(diào)度圖的生態(tài)調(diào)度方 法。本發(fā)明的特征在于首先將生態(tài)需水作為一個用水部門納入到水庫的供水規(guī)劃中， 并分別利用歷時法和實際代表年法計算水庫興利庫容和關鍵調(diào)度線，進而繪制水庫生態(tài)調(diào) 度圖。然后制定水庫水位位于生態(tài)調(diào)度圖中不同區(qū)域時的調(diào)度方式。該方法和多數(shù)建立在優(yōu)化模型之上的綜合考慮社會經(jīng)濟目標與生態(tài)目標的水庫 生態(tài)調(diào)度方法相比，充分考慮了傳統(tǒng)調(diào)度圖在實際水庫調(diào)度中發(fā)揮的重要作用，具有理論 意義明確、可操作性強、更容易得到實際應用的優(yōu)點。


附圖1為水庫調(diào)度圖；附圖2為水庫生態(tài)調(diào)度實施步驟；附圖3為實施例中優(yōu)化得到的兼顧人類和生態(tài)需求的水庫調(diào)度圖。
具體實施例方式(1)調(diào)整供水規(guī)劃水庫傳統(tǒng)興利調(diào)度方式主要考慮城生活用水、工業(yè)用水和農(nóng) 業(yè)灌溉用水。在生態(tài)調(diào)度中需要增加生態(tài)需水的考慮，并且設水庫調(diào)度為兩級調(diào)度即生活 用水和生態(tài)用水為高保證率用水部門，需優(yōu)先滿足。工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水為低保證率 用水部門。(2)應用實際代表年法確定關鍵調(diào)度線，其具體步驟為 選擇近年來水量接近高保證率用水部門供水保證率的年份3年。 各月入庫流量減去高保證率用水部門各月用水量，得到各月余缺水量。然后根 據(jù)各月余缺水量計算各月月末水庫蓄水量，遇缺水相加，遇余水相減，若結果小于0，則記為 0。將結果與水庫死庫容相加，得到各月月末水庫實際蓄水量。 根據(jù)水庫特征曲線確定所得到的每月水庫蓄水量所對應的水位值。 連結各月水位最高點和各月水位最低點，得到兩條水庫水位與時間的關系線， 即為限制供水線和下調(diào)配線。 各月入庫流量減去所有用水部門各月用水量，得到各月余缺水量。然后根據(jù)各 月余缺水量計算各月月末水庫蓄水量，遇缺水相加，遇余水相減，若結果小于0，則記為0。 將結果與水庫死庫容相加，得到各月月末水庫實際蓄水量。 根據(jù)水庫特征曲線確定所得到的每月水庫蓄水量所對應的水位值。 連結各月水位最高點和各月水位最低點，得到兩條水庫水位與時間的關系線， 即為上調(diào)配線和防棄水線。(3)繪制水庫生態(tài)調(diào)度圖在得到水庫正常蓄水位、關鍵調(diào)度線之后，將其與設計123.5124.3
123.1123.9
122.8123.7
123.5124.3
122.8123.7
125.2126.7
124.3126.6
124.4126.7
125.2126.7
124.3126.6
128.5128.0
128.8129.2
129.1129.2
129.1129.2
128.5128.0
129.2129.9
130.2130.7
129.9131.1
130.2131.1
129.2129.9
133.3135.8
133.8136.1
134.3136.6
134.3136.6
133.3135.8
121.8122.2
120.1121.8
120.5121.5
121.8122.2
120.1121.5 (3)制定水庫生態(tài)調(diào)度規(guī)則根據(jù)水庫生態(tài)調(diào)度圖，制定水庫生態(tài)調(diào)度規(guī)則。
5
洪水位、校核洪水位和死水位一同繪制在水庫調(diào)度圖中，即得到水庫生態(tài)調(diào)度圖。(4)制定水庫生態(tài)調(diào)度規(guī)則根據(jù)水庫生態(tài)調(diào)度圖，制定水庫生態(tài)調(diào)度規(guī)則 死水位以上、限制供水線以下的區(qū)域為限制供水區(qū)，當水庫蓄水位處于該區(qū)域 時，不能完全保證生活用水和生態(tài)用水，應優(yōu)先供應生活用水，減少對生態(tài)用水的供水量， 使月末水位處于死水位。 限制供水線以上、下調(diào)配線以下的區(qū)域為低洪水區(qū)，當水庫蓄水位處于該區(qū)域 時，生活用水和生態(tài)用水按計劃供水，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水低于計劃供水量供應。 下調(diào)配線以上、上調(diào)配線以下的區(qū)域為保證供水區(qū)，當水庫蓄水位處于該區(qū)域 時，各用水部門都按照計劃供水。 上調(diào)配線以上、防棄水線以下的區(qū)域為加大供水區(qū)，當水庫蓄水位處于該區(qū)域 時，各用水部門都按照計劃供水，并加大生態(tài)供水量。 防棄水線以上的區(qū)域為擴大供水區(qū)，當水庫蓄水位處于該區(qū)域時，各用水部門 都按照計劃供水，除加大向生態(tài)供水量外，可適當擴大其他供水部門供水量，如加大農(nóng)業(yè)灌 溉供水量，擴大灌溉面積等，使得月末水庫水位處于上調(diào)配線位置。實施例本案例選擇北方某水庫作為實例分析。應用本發(fā)明實行生態(tài)調(diào)度的步驟為(1)調(diào)整供水規(guī)劃某水庫傳統(tǒng)興利調(diào)度方式，主要考慮城生活用水、工業(yè)用水和 農(nóng)業(yè)灌溉用水。因此，在引入下游湖泊生態(tài)需水后，該水庫興利調(diào)度用水部門共有4個分 別是城區(qū)生活用水、湖泊生態(tài)需水、電廠工業(yè)用水和灌渠農(nóng)業(yè)灌溉用水。調(diào)整后的水庫調(diào) 度為兩級調(diào)度城區(qū)生活用水和下游湖泊生態(tài)需水為優(yōu)先供水部門，設定其供水保證率為 95% ；在滿足優(yōu)先供水部門用水的基礎上，供應電廠工業(yè)用水和灌渠農(nóng)業(yè)灌溉用水，其供水 保證率為50%。(2)根據(jù)實際代表年法計算該水庫關鍵調(diào)度曲線。表1限制供水線和下調(diào)配線調(diào)節(jié)計算結果
頻率各月末蓄水水位(mO1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月94%122.9123.6124.4122.3120.7120.2121.6122.6124.5125.4121.6121.896%122.5123.1123.5122.2121.2121.7123.1123.8125.2125.9120.1121.398%122.2123.0123.5122.4121.9121.7122.8124.4126.1126.8120.3121.0下調(diào)配線122.9123.6124.4122.4121.9121.7123.1124.4126.1126.8121.6121.8限制供水線122.2123.0123.5122.2120.7120.2121.6122.6124.5125.4120.1121.0表2上調(diào)配線和防棄水線調(diào)節(jié)計算結果
_各月末蓄水水位(tn)_
Τ ~2l~3 月 4 月~Te““6 月 7 月~siVn~ ο ΓΠ
線線 y°/°/^^
94恥卯棄調(diào) 防上
在得到水庫正常蓄水位、關鍵調(diào)度線之后，將其與設計洪水位、校核洪水位和死水 位一同繪制在水庫調(diào)度圖中，即得到水庫生態(tài)調(diào)度圖。根據(jù)生態(tài)調(diào)度圖和生態(tài)調(diào)度規(guī)則，計 算不同水平年入流量條件下某水庫調(diào)度運行方案。假設調(diào)度區(qū)間的開始階段，水庫處于死水位狀態(tài)，然后根據(jù)入流過程，按照時間順 序計算各月月初、月末的蓄水量和對應的水庫水位，然后根據(jù)水庫水位在調(diào)度圖中的位置， 確定該月調(diào)度規(guī)則(各部門供水量)，結合供水線路中的主要閘壩調(diào)度，即可得到基于生態(tài) 調(diào)度圖的調(diào)度方案。 平水年(50%保證率)水庫生態(tài)調(diào)度方案市區(qū)生活用水能夠足額供應，農(nóng)業(yè)灌溉用水超額供應，電廠工業(yè)用水將出現(xiàn)8. 3% 的短缺；下游湖泊平均水位為6. 87m，低于干淀水位6. 5m以下的有2個月。 豐水年(25%保證率)水庫生態(tài)調(diào)度方案豐水年，市區(qū)生活用水和電廠工業(yè)用水能夠足額供應，農(nóng)業(yè)灌溉用水超額供應。下 游湖泊平均水位為8. 42m，所有月份水位均高于6. 5m的干淀水位。 枯水年(75%保證率)水庫生態(tài)調(diào)度方案城區(qū)生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水和電廠工業(yè)的供應都不能按照計劃供應，社會經(jīng)濟 供水短缺率為32%，下游湖泊年平均水位為6. 5m，低于干淀水位的有3個月。
權利要求
基于生態(tài)調(diào)度圖的水庫生態(tài)調(diào)度，其特征在于調(diào)整供水規(guī)劃，將生態(tài)需水作為水庫興利調(diào)度的一個用水部門加入水庫調(diào)度計算，對水庫關鍵調(diào)度線和調(diào)度規(guī)則加以調(diào)整，重新繪制水庫生態(tài)調(diào)度圖以指導水庫的生態(tài)調(diào)度，從而達到設定的生態(tài)目標。
全文摘要
一種基于生態(tài)調(diào)度圖的水庫生態(tài)調(diào)度方法。首先將生態(tài)需水作為一個供水部門加入到水庫的供水規(guī)劃中，并分別利用歷時法和實際代表年法計算水庫興利庫容和關鍵調(diào)度線，進而繪制水庫生態(tài)調(diào)度圖。然后根據(jù)水庫生態(tài)調(diào)度圖制定水庫水位位于死水位以上，限制洪水位以下；限制洪水位以上、下調(diào)配線以下；下調(diào)配線以上、上調(diào)配線以下以及上調(diào)配線以上，防洪水線以下等不同區(qū)域時的調(diào)度方式。本發(fā)明將生態(tài)需水納入到傳統(tǒng)的水庫調(diào)度圖中，應用生態(tài)調(diào)度圖指導調(diào)度方式。使得水庫生態(tài)調(diào)度更加貼近實際，更容易得到應用。
文檔編號G06Q50/00GK101908181SQ20101027149
公開日2010年12月8日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權日2010年9月3日
發(fā)明者于世偉, 楊志峰, 楊盈, 陳賀 申請人:北京師范大學