[发明专利]一种协调水库汛期防洪风险与兴利效益的调度方法

摘要

本发明公开了一种协调水库汛期防洪风险与兴利效益的调度方法，包含：1)将水库汛期调度过程转化为当前与未来两阶段滚动决策过程；2)构建水库汛期双目标两阶段优化调度对冲模型；3)利用KKT条件，结合经济学原理，提出水库汛期兴利和防洪目标的最优协调控制条件；4)提出优化对冲模型的求解方法；5)基于优化对冲模型，揭示水库汛期防洪风险与兴利效益之间的竞争与转化关系，给出下游最小防洪安全值在小、中、大三个量级时的最优蓄水决策随未来阶段预报来水的变化曲线。本发明考虑预报信息的不确定性及防洪风险，建立一个汛限水位实时动态控制的两阶段模型，能在保证水库防洪安全的前提下，最大限度的提高水库效益。

主权项

一种协调水库汛期防洪风险与兴利效益的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，在实时调度中，依据阶段1面临阶段与阶段2余留阶段的水、雨、工、灾情信息，将水库汛期调度过程转化为当前与未来两阶段滚动决策过程；第二步，分析面临阶段的洪水预报信息和余留阶段的径流预报信息，得到洪水预报信息和径流预报信息的不确定性，基于面临阶段和余留阶段的目标函数，构建水库汛期双目标两阶段的优化调度对冲模型；2.1)面临阶段的目标函数$\min G_1=(1-\mathrm{\ω})\·R_1^b+\mathrm{\ω}\·B_1^{-}=(1-\mathrm{\ω})\·0+\mathrm{\ω}\·{(1-W_1/W_N)}^m---\left(13\right)$其中，G₁为阶段1的总目标，ω为蓄水目标权重，(1‑ω)为防洪目标权重，为阶段1下游控制站防洪风险率，为阶段1水库效益差值，W₁为水库阶段1末预蓄水量，W_N为水库正常高水位对应的预蓄水量，m水库蓄水目标函数曲线形状系数；2.2)余留阶段的目标函数$\min G_2=(1-\mathrm{\ω})\·R_2^b+\mathrm{\ω}\·B_2^{-}=(1-\mathrm{\ω})\·{\∫}_{Q_{2,\max }^b-{\stackrel{\‾}{Q}}_2^b}^{+\mathrm{\∞}}h\left({\mathrm{\ϵ}}_2^b\right){\mathrm{d\ϵ}}_2^b+\mathrm{\ω}\·1---\left(14\right)$其中，G₂为阶段2的总目标，为阶段2下游控制站防洪风险率，为阶段2水库效益差值，为阶段2下游控制站最大过水量，为阶段2下游控制站期望组合水量，为阶段2下游控制站期望组合水量误差，为的概率密度函数；2.3)优化调度对冲模型$min(G_1+G_2)=\mathrm{\ω}\·{(1-W_1/W_N)}^m+(1-\mathrm{\ω})\·{\∫}_{Q_{2,\max }^b-{\stackrel{\‾}{Q}}_2^b}^{+\mathrm{\∞}}h\left({\mathrm{\ϵ}}_2^b\right){\mathrm{d\ϵ}}_2^b+\mathrm{\ω}\·1---\left(15\right)$第三步，利用Karush–Kuhn–Tucker条件，结合经济学原理，求解优化调度对冲模型，得到水库汛期兴利和防洪目标的最优协调控制条件；所述的最优协调控制条件为蓄水边际效益和防洪边际效益接近；第四步，基于最优协调控制条件和优化调度对冲模型边际效益递减的经济学特性，提出优化对冲模型的求解方法；所述的优化对冲模型求解方法具体如下：4.1)采用一维搜索法求得满足边际效益相等原则的最优预蓄水量和最优防洪安全值δ^*；4.2)判断最优预蓄水量和最优防洪安全值δ^*是否在可行域内，若在可行域内，则和δ^*即为最优解；若不在可行域内，则相应的边界值为最优解；4.3)在得到最优预蓄水量决策后，根据当前阶段的水量平衡方程得到当前阶段泄水量决策并判断其是否在可行域内，若在可行域内，则即为最优解，若不在可行域内，则相应的边界值为最优解；第五步，得到水库汛期防洪风险与兴利效益之间的竞争与转化关系，并给出下游最小防洪安全值在小、中、大三个量级时的最优蓄水决策随未来阶段预报来水的变化曲线，该变化曲线能够直接指导水库实时调度。