[发明专利]水库汛末蓄水防洪与兴利调度合作域测度方法

说明书

本发明公开了一种水库汛末蓄水防洪与兴利调度合作域测度方法，通过求解代表不同合作情形的水库汛末蓄水调度不适定二层规划乐观模型和悲观模型，分别模拟计算兴利部门对防汛部门的完全合作与完全不合作两种情形，据此分别确定了不适定条件下防洪与兴利合作域的上下界，进而根据调度效益的比较，量化测度防洪与兴利之间的合作域。本发明为揭示和论证水库防汛部门和兴利部门之间存在合作可能性、合作空间大小提供了新的分析工具，从而弥补了现有模型理论只能描述防洪兴利竞争关系的不足，对于建立科学合理的防洪与兴利部门协调机制、提升水库综合利用效益具有重要支撑作用。

技术领域

本发明属于防汛抗旱和水资源管理领域，涉及水库调度多主体合作空间的量化方法，尤其是一种水库汛末蓄水防洪与兴利调度合作域测度方法。

背景技术

水库调度是平衡水安全和能源安全的重要纽带，处理好防洪与兴利的关系是水库调度的核心问题之一。特别地，水库汛末蓄水需同时考虑保障防洪安全与实现发电、供水等兴利效益，因此对两者关系的把握与协调尤为重要。就国内外的研究现状来看，目前对水库汛末蓄水优化调度的研究主要着眼于防洪与兴利之间的竞争性关系，即为了减少防洪风险设置较低汛限水位、延缓蓄水进度，但会降低水库蓄满率、影响枯水期兴利效益，反之亦然。其中，大部分相关研究采用基于集中式决策的多目标规划模型，将防洪与兴利调度的竞争描述为帕累托前沿上的非劣关系。有学者则进一步指出水库调度具有“兴利服从防洪”的分级管理体制特点，真实调度结果相较于集中式决策模型会存在效益偏差与效率损失，因而引入二层规划模型描述汛末蓄水调度中防洪与兴利的层级式竞争博弈。

然而，现有文献仍缺乏对水库汛末蓄水防洪与兴利调度之间合作性关系的探讨。一个重要原因在于相关研究很少考虑水库优化调度中的最优解不唯一也即不适定问题。由于蓄水发电的目标函数具有非线性特征，在给定防洪规则条件下，水库同一水平发电量可以同时对应先慢后快或先快后慢不同的蓄水进度，但等效蓄水方案造成的防洪风险则完全不同。这就带来了水库调度层级式建模求解的不适定性问题。在此背景下，兴利部门是否选择反馈对防洪更有利的蓄水调度方案，也即兴利部门对防汛部门的合作意愿将对调度效果产生影响。介于合作与非合作两种情形之间的某个区间内，当水库运行管理单位对最优蓄水方案的选择倾向在这个合作区间范围内变动时，上层防洪目标的实现程度，乃至水库调度的整体效益也随之发生变化。因此，研究不适定条件下的水库汛末蓄水防洪与兴利调度在层级式竞争博弈以外的合作关系，提出合作空间的量化测度方法，明晰两者合作域的大小十分有必要。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种充分考虑防洪与兴利之间的合作关系、在满足蓄水目标的同时可最大限度的降低防洪风险的水库汛末蓄水防洪与兴利调度合作域测度方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水库汛末蓄水防洪与兴利调度合作域测度方法，其特征在于：所述水库汛末蓄水防洪与兴利调度合作域测度方法包括以下步骤：

1)构建水库汛末提前蓄水调度问题的不适定二层规划模型，所述构建水库汛末提前蓄水调度问题的不适定二层规划模型包括水库汛末提前蓄水调度问题的不适定二层规划乐观模型以及水库汛末提前蓄水调度问题的不适定二层规划悲观模型；

2)基于模拟–优化方法，采用粒子群算法对水库汛末提前蓄水调度问题的不适定二层规划乐观模型进行求解，得到乐观模型的最优决策解，所述乐观模型的最优决策解是合作域的上边界；基于模拟–优化方法，采用粒子群算法对水库汛末提前蓄水调度问题的不适定二层规划悲观模型进行求解，得到悲观模型的最优决策解，所述悲观模型的最优决策解是合作域的下边界；

3)根据步骤2)所获取的结果对水库汛末蓄水防洪与兴利调度的合作域进行测度，水库汛末提前蓄水调度问题的不适定二层规划的乐观模型的最优决策解和水库汛末提前蓄水调度问题的不适定二层规划的悲观模型的最优决策解分别对应的防洪风险的差值即为合作域的大小。