摘要
气候变化及高强度人类活动干扰了渭河流域正常的水文循环过程，径流出现变异且径流量减少，影响了水资源的持续开发利用。加之灌区缺少合理的水库联合调度规则，灌区用水矛盾突出，灌溉年保证率偏低，河道生态用水遭到破坏。因此，开展灌区水库调度研究，对缓解灌区用水矛盾、指导灌区调度运行具有极为重要的意义。本文以宝鸡峡灌区水库水电站系统为研究对象，构建林家村水库多目标优化调度模型，探讨水库多目标竞争机制；依据拟定的林家村水库与灌区聚合水库联合供水规则，构建出灌区水库联合调度模型，验证其规则的合理性，并求得相应的水库调度图，旨在为灌区的科学管理与运行提供理论支撑。本文主要研究结论如下： （1）构建了基于熵理论的年径流序列变异点诊断模型。基于近似熵、样本熵、二维熵、模糊熵方法及滑动窗口技术，构建径流序列变异点诊断模型，分析径流序列的滑动熵值；借助林家村、魏家堡水文站径流序列熵值曲线分析径流序列的动力学结构特征，诊断识别径流序列的变异点；结果表明林家村站径流序列变异点发生在1971年、1993年，魏家堡站径流序列变异点发生在在1968年、1993年；采用滑动t检验和Brown-Forsythe检验方法，验证了熵理论诊断模型研究结果的可靠性。 （2）计算灌区需水量。依据灌区1987~2017年的种植数据、气象资料等，采用参考作物需水量的方法估算灌区逐月灌溉需水量；采用Tennant法、90%保证率法等水文学法估算林家村断面河道生态流量过程。 （3）构建了渠首林家村水库多目标调度模型。基于林家村水库的供水目标，建立了灌溉-发电-生态的多目标调度模型，选取灌溉效益最大、发电量最大、生态溢缺水量最小作为目标函数，采用NSGA-Ⅱ算法求解，获得了丰、平、枯水年的调度非劣解集，结果表明：不同水平年的pareto前沿基本分布在一个较光滑的空间曲面上，表明各目标之间竞争关系良好；将pareto散点图进行二维投影，分析调度目标两两之间的竞争关系，得出：对于丰水年和平水年，当生态溢缺水量一定时，随着发电效益的增加灌溉效益呈下降趋势；当发电效益一定时，随着灌溉效益的增加生态溢缺水量呈增加的趋势。对于枯水年，随着灌溉效益的增加，生态溢缺水量呈减少的趋势，发电效益呈先增加后减少的趋势；当灌溉效益一定时，发电效益与生态溢缺水量之间的竞争关系增强，即随着发电效益的增加，生态溢缺水量值也增加。 （4）构建了灌区“两库-两电站”联合优化调度模型。以灌区复杂水库水电站系统为研究对象，对灌区五座渠库结合水库进行聚合处理，拟定林家村水库与聚合水库的联合供水规则，建立“两库-两电站”的联合调度模型，采用PSO算法求解，并进行水库供水调度风险评价，将优化结果与常规调度结果进行比较。结果表明：本文制定的调度规则较合理，采用本文的调度方式能将灌区多年平均年灌溉缺水量从0.3674亿m3减少至0.3255亿m3，灌溉年保证率从56.67%提高到66.67%，灌区电站系统发电量增加约100万kWh；水库供水风险评估结果显示出优化调度的可靠性、恢复性、脆弱性等风险指标均优于常规调度。综合分析表明本文制定的联合调度规则比常规调度规则更优。
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