水库优化

2024-06-25

水库优化（精选9篇）

水库优化篇1

水库优化调度技术的发展经历了单库优化调度、梯级水库群优化调度、水火电联合优化调度几个阶段。近年来, 优化调度方法和理论在研究的深度和广度上有了长足的发展, 随着现代控制调度理论的发展和计算机技术在调度中的不断应用, 优化调度方法已逐步在实际生产中得到广泛的应用, 取得了很大的效益。

1 单一水库优化调度的研究

我国开展单一水库优化调度的研究与应用始于60年代。1963年, 谭维炎根据动态规划理论, 建立了一个长期调节水电站水库的优化调度模型.并在狮子滩水电站的优化调度中得到应用。1979年, 张勇传、熊斯毅等在建立拓溪水电站水库优化调度模型时, 用时空离散简单马可夫过程描述径流过程, 将时段入流由短期预报提供, 寻优方法采用可变方向探索法, 虽然绘制优化调度图仍用贝尔曼优化原理, 但由于引进了惩罚项, 因而提高了调度图的可靠性。

1986年, 张玉新、冯尚友建议了一个多维决策的多目标动态规划模型, 以多目标中某一目标为基本目标, 而将其它非基本目标作为状态变量处理, 求解方法仍基于一般的动态规划原理, 该法实质上是单目标动态规划法在多目标问题中的应用, 因此, 随着维数的增加.计算工作量必然增加较多。为克服这一问题, 张玉新、冯尚友又提出了一个称之为多目标动态规划迭代法的求解方法, 该法的核心是构造一个三级段函数, 计算效率有所提高。在研究以发电量和淤积量为目标的水沙联合优化调度中, 用该法求出非劣解集后再随用均衡规划法选出满意的调度方案。

2 水库群优化调度的研究

随着水资源和水电的不断开发利用, 水库群已成为最常见的水利枢纽系统。水库群优化调度虽以单一水库优化调度的理论和方法为基础, 但也不断有新的方法出现。研究开始于80年代初, 当时谭维炎、刘健民等在研究四川水电站水库群优化调度图和计算方法时, 提出考虑保证率约束的优化调度图的递推计算方法。1981年, 张勇传利用大系统分解协调的观点, 对两并联水电站水库的联合优化调度问题进行了研究, 先把两库联合问题变成两个水库的单库优化问题, 然后在两水库单库最优策略的基础上引入偏优损失最小作为目标函数, 对单库最优策略进行协调, 以求得总体最优。

1982年, 熊斯毅根据系统分析思想, 提出了水库群优化调度的偏离损失系数法, 采用马可夫模型描述径流过程, 偏离损失系数是通过逐时段求解最优递推方程求得的, 因此能反应面临时段效益和余留期影响, 不仅形式简单, 使用方便, 而且理论上比较完善, 该法在湖南拓溪—风滩水电站水库群的最优调度中得到了应用。1988年, 胡振鹏提出了大系统多目标决策分析的分解—聚合方法, 将库群多年运行的整体优化问题分解为按时间划分的一系列运行子系统, 在各子系统优化的基础上, 将各水库提供的年内运行策略聚合成上一级系统, 并由聚合模型描述和确定水库群的多年运行过程和策略, 该法为解决跨流域供水水库群联合运行中多库、多目标、多层次、调节周期长和计算时段多等复条情况提供了有效方法, 在解决丹江口水库防洪与兴利两个目标的优化调度时也应用了该法。

1991年, 吴保生等提出了并联防洪系统优化调度的多阶段逐次优化算法, 该法由三阶段于模型和跨阶段子模型组成, 以时间向后截取的防洪控制点过程的峰值最小为目标函数, 成功地解决了河道水流状态的滞后影响。1994年, 都金康等以针对上述吴保生等提出的方法寻优速度较馒的缺点, 提出了—种简便高效的水库群防洪调度逐次优化方法。

3 模糊动态优化调度的发展

上述水电站水库优化调度的研究和应用, 把入库流量过程或者视作确定性的, 或者视作随机性的, 但事实上水文现象还具有一定的模糊性。1970年Bellman和Zadeh共同提出了融经典动态规划技术与模糊集合论于一体的模糊动态规划法, 为水库优化调度开辟了一条新途径。1988年, 陈守煜提出多目标、多阶段模糊优选模型的基本原理和解法, 把动态规划和模糊优选有机结合起来。同时提出了系统层次分析模糊优选模型, 这些研究成果为水库模糊优化调度的深入研究奠定了理论基础。

1994年, 王本德等提出了梯级水库群防洪系统多目标洪水调度的模糊优选模型, 将N级有调节能力的水库顺流向分为N个阶段, 泄流过程为状态。调度方案由泄流设备开启高度构成并定义为决策, 对应前阶段不同泄流过程的可行方案集为本阶段可行方案集, 最后阶段的可行方案集为梯级水库群的可行方案集, 系统的阶段目标值矩阵的阶段数, 逐阶段增加, 逐级传递下泄过程与记录方案组合, 计算目标值, 直至最后阶段, 由阶段递推矩阵的合成。利用模糊优选原理与技术, 实现方案优选。该模型分别在丰满—白山梯级防洪系统和渭河—南城子—柴河串并联水库消防洪系统的优化调度中得到应用。2001年, 农卫红利用半结构性决策系统模糊优选理论研究了青狮潭水库水资源综合利用多目标规划问题, 半结构性决策是指既有定量目标, 又有难以量化的定性目标的多目标决策。

4 计算机智能优化调度

近年来, 计算机技术的不断发展使得大规模的数据处理成为可能, 这使得基于计算机技术的智能仿生算法有了较大的发展并被广泛应用于许多领域。

1994年, 韦柳涛在基因遗传算法基本原理基础上, 增加了区域变化这一重要环节, 采用信息载体结构记录信息, 提出了一种具有自适应杂交与自适应突变功能的启发式基因遗传算法 (NGA) , 并相应建立了电力系统机组组合优化和水电经济调度的基因遗传模型。同时, 他提出了基于遗传交换操作的神经网络训练方法, 该方法克服了训练方法中易陷入局部极小值的缺陷, 且速度较常规算法快, 便于应用。

2004年, 胡明罡利用多目标规划的思想方法, 结合遗传算法和神经网络方法建立了多沙河流水库水沙联调的多目标规划模型, 并采用神经网络预测方法计算水库泥沙淤积量。该模型为协调水库发电效益和排沙减淤之间的矛盾提供了一个新的途径, 所提出的算法是建立在非线性整体求解的理论基础之上的, 因此可以克服动态多目标规划的“维数灾”。实例研究表明, 本模型可以较好的模拟和优化水库运行状态。

参考文献

[1]张玉新, 冯尚友.多维决策的多目标动态规划及其应用, 水利学报.

[2]胡振鹏.大系统多目标决策分析的分解-聚合方法, 原理与应用, 武汉:武汉水利电力学院.

[3]王本德, 周惠成, 程春田.梯级水库群防洪系统的多目标洪水调度决策的模糊优选, 水利学报.

[4]韦柳涛.神经网络与基因遗传理论及其在水电能源系统中的应用研究, 华中理工大学博士学位论文.

水库优化篇2

1.1溢洪道泄流量设计的计算问题

在小型水库溢洪道设计的过程中，溢洪道流量的计算十分重要。由于在不同的水库中，溢流堰的结构形式存在着区别，导致在溢洪道流量计算过程中，所采用的流量系数不尽相同。因此，这就容易使设计人员在溢洪道流量计算的过程中出现差错，从而导致水库的泄洪能力和水库的设计标准不相符。

1.2布置不合理

在对小型水库溢洪道加固设计的过程中，由于其地质情况可能存在不同，有时会出现溢洪道布置不合理的情况，使溢洪道在使用过程中，容易受到周围地质情况的影响，从而出现质量问题。这不仅对水库的正常使用造成了严重的影响，还存在着一定的安全隐患。

1.3水力计算方法不合理

目前，在我国大多数小型水库除险加固设计的过程中，设计人员并没有采用科学的设计方法和专业的设计手段进行设计，这就容易导致设计成果不符合水利工程相关标准，严重影响水库工程设施的正常运行。而在溢洪道运行的过程中，由于影响溢洪道结构质量的因素很多，如果设计人员在对其进行设计的过程中，考虑得不够充分，那么就会使得溢洪道在水力冲击和周围环境的影响下出现问题。

1.4泄槽（陡坡）段存在问题

在对溢洪道泄槽段进行设计的过程中，主要存在两个方面的问题：一是泄槽段的坡度问题，二是泄槽段的转弯问题。这两个方面的问题，如果在溢洪道设计的过程中没有进行有效的处理，那么就会加大水流对溢洪道边界的冲击，使得溢洪道在水力冲击的影响下，其泄槽段存在问题，从而影响水库的正常运行。

1.5消力池问题

由于历史原因，受水库修建时的资金和技术条件限制，相当数量的小型水库都没有消能防冲设施，导致几乎每年汛期都会有溢洪道水毁事故发生。有溢洪道消力池的水库主要存在以下问题：

①消力池出口水流受阻或受陡坡段弯道影响，水流条件恶化，导致消力池破坏。有的消力池太短、太浅，水流在池内消能不充分，淘刷底板，致使消力池破坏；有的消力墩设置不当，水流紊乱，流速大时，在消力墩上会产生气蚀。

②消力池下游尾水位过低，泄洪时可能形成远驱水跃，严重冲刷下游海漫；③消能不充分，下游遭受冲刷，严重时会发展成冲刷坑，影响溢洪道安全。特别当消力池出口离坝脚较近时，水流冲刷坝脚，危及大坝安全。

2溢洪道优化设计策略

2.1在溢洪道泄流量设计计算中

要正确分清宽顶堰、实用堰、明渠三种水流形态和工作条件，这样才能正确计算溢洪道的实际过流能力，以避免造成与设计条件不相符的情况。

2.2溢洪道的布置应根据地形、地质、工程特点、枢纽布置、施工及运用条件等综合因素进行全面考虑。

如果大坝附近有天然山坳可以布设溢洪道则最为理想，如果地形狭窄无法布置正堰，则可考虑选择侧槽式溢洪道。溢洪道规划布置的主要原则是：基础坚硬均一，线路短，无弯道，出口远离大坝，工程严禁布置在滑坡或崩塌体上。

2.3针对众多小型水库现状，对不满足防洪要求的水库可进行溢洪道拓宽、拓深

对溢洪道拓宽、拓深均有困难的水库，也可考虑加高大坝与拓宽溢洪道相结合的方案进行比较，选取较优方案。此外，在洪水复核中，若为满足防洪要求的泄洪流量与现行泄洪流量相差不大时，也可改变溢洪道形式。

2.4为了使水力计算与工程特性相一致，选择正确的计算公式十分重要

具体如下：进口段的水力计算可采取自下游控制断面向上游反推求水面曲线的方法进行，进口段起始端须先计算水位雍高，才能求得泄洪时的库水位；控制段的泄流计算可根据《溢流堰水力计算设计规范》建议的方法计算，同时正确选用流量系数，使其与实际的堰型相一致；泄槽段水力计算方法较多，如对底宽渐变的陡槽段可用查氏方法分段详算，陡槽底宽固定不变时，可采用B-Ⅱ型降水曲线方法计算；消能设施的水力计算根据不同的消能方式，采用不同的计算方法，在选定消能设施的尺寸时，应该留有余地。对于一些重要的水库，其水力计算成果还应通过模型试验加以验证。侧槽段的水力计算过去常采用“扎马林法”，但由于该法计算时采用了均匀流假定，而实际水流状态是沿程变量流，故不符合适用于均匀流的泄流公式，因而与实际泄流情况有较大出入，根据水流动量或能量关系而采用的水面曲线推算的公式比较符合实际泄流情况。由于侧槽内实际的流态十分复杂，故在堰顶对面的岸坡水面要比平均水位抬高5%～20%，因此其设计的衬砌的高度、厚度要考虑上述影响。

2.5溢洪道末端的消能设施主要有底流消能、面流消能和挑流消能

对消能存在的问题，土石坝大部分采用修建消力池泄能的方式处理。消力池底板厚度应满足抗浮稳定要求，由于底板四周边界的约束作用，一般没有滑动问题，因此仅需对其抗浮要求进行稳定计算。

3结束语

水库优化篇3

关键词：水资源有效利用优化配置

1概况

东圳水库是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、供水、养殖等综合利用的多年调节的大型水库。流域面积321KM2，水库面积18KM2，总库容4.35亿M³，其中兴利库容2.787亿M³；灌苟由一条干渠长89KM，正常输水能力20M³/s，加大25M³／s，支渠24条总长为242KM，输水能力分别为0.3～6.0M³／S：渠道是以傍山半挖半填土渠为主，由于始建于二十世纪五六十年代，工程质不高，建筑物配套不足，经四五十年的运行，出现工程老化失修、衰减等问题，引起大量损失严重：另一方面随着人口增加，城市规模不断扩大，工农业生产的逐步发展，用水量相应增大，水的供需矛盾日趋突出。

2提高水资源有效利用率的途径

2.1工程措施2003年至2005年，灌区节水投资分期共2471万元，主要对主干渠、第三、四支渠实施三面砼防渗衬砌51.292KM,新建及修复各类建筑物103座，对60处险工险段进行彻底除险加固，创造的效益在近几年来引水工作中得到充分体现。干渠水利用系数得到提高，输水历时缩短，可见抓好渠道防渗衬砌是节约水资源行之有效的措施。灌区应继续抓住灌区更新改造和中低田改造的大好机遇，争取国家投入，提高工程衬砌率。主要实施：一是对平原段实施全线三面砼防渗衬砌，最理想是进行封闭式，这样城市规划美观、人员安全、便于管理，减少输水损失：二是对干、支渠因施工质量及地质问题，且经多年运行，水毁严重，输水损失大的渠道，应尽快实施更新改造，减少输水损失。

2.2管理措施灌区水资源管理是一个庞大的系统工程，是涉及到方方面面的集体行为，所以一定要遵循“优化配置、合理利用、有效保护、安全供给”16字方针。“优化配置”意味着水资源要优化到真正产生持久效益的产业中，意味水资源的管理体制也得到了优化：“合理利用”意味着产业的合理利用、生活的合理利用、环境的合理利用；”有效保护”意味着防止对水资源可能产生的各种污染；“安全供给”意味着防止水危机的产生和出现，要提供给居民卫生安全的生活用水。

2.2.1计量设施实行按方收费是水费改革的重要内容之一，同时也是促进用水户节约用水的关键措施这一。目前，我局灌区管理设施滞后，管理手段落后，根据现在有情况是水位、观测点稀少，渠道管理人员也没有做好观测、登记。这样根本无法对用水户的用水量进行实时监测。他们在斗以下分水时，主要根据斗口流量，凭经验再将水分配到各分渠，各村组实行按亩收费。由于管理粗放，造成用水搭车多、收费环节多，用水量与缴费没有直接挂钩，破坏了商品经营的公平、公正原则，同时挫伤群众缴费的积极性，致使部分群众水费有止缴也被乡(镇)村两极行正机构截留、挪用，同样也出现加价、搭车收取现象，群众情绪很大。因此，管理局决定以2003年国家发展和改革委员会和水利部联合下发的《水利工程供水价格管理办法》文中的条文明确了“水费由供水经营或者委托的单位、个人计收，其他单位或个人无权收取水费”的精神，先以北高所为试点，然后逐渐推广到各站(所)，原来由政府计收的方式将不复存在，因此，灌区管理单位更应加大力度。同时水管单位要相应建议健全水费计收和管理制度，增加透明度，做到“三公开”，接受群众监督。严格执行财务制度，按规定提取折旧费和大修费用，专项用于水利工程设施的维修、更新和改造。

2.2.2水量调配市场经济条件下的灌区管理工作，讲求以优质服务赢得市场，灵活调配争取效益，要求配水工作达到“稳、准、均、灵”(稳：即水位、流量相对稳定；准：即水量调配要及时准确；均：即各单位用水均衡；灵：即流量调配灵活)，制定最优调配方案，扩大经济效益。

2.2.2.1合理调配出口流量经过多年的农业灌溉、发电用水，乡镇供水及工业用水等运行测度，流量控制在8-20M³/S之间，水的利用系数最高，在8M³/s以下及20M³/s以上时，因流量过小及流量过大超出正常输水能力而加大水量损失及危失工程。

2.2.2.2合理确定灌溉方式渠道流量达到一定程度，水的利用系数趋于稳定。据调查、轮灌比续水利用系数提高2～5％。所以，在不引起渠蓄水量调配困难和田间用水安排发生困难的前提下，支斗渠应尽量流量集中，实行轮灌，以提高支斗渠水利用系数。同时也要应注重控制建筑物的配套完善，减少漏水、跑水，以及各级灌溉道引水时应从下到上依次进行，避免重复调水，增加流程水，加大水量损失。

2.2.2.3制定合理的畜库计划充分利用水文部门提供的水文资料及多年来积累的水文资料，根据渠道大多为土渠输水，灌区设施在不影响防汛情况下以及考虑到发电、供水、引水、养殖等诸多因素，制定出一套切实可行的蓄水计划。

2.2.3引水秩序良好的用水秩序是灌溉工作有序进行的充分保障，流量稳，测水量好结算，消费易征收。灌区经过近几年灌溉纪律整顿，目前的用水秩序已基本滤顺，上游偷水及超引水量现象基本消除。为促进灌溉工作顺利开展，灌区均衡受益，应继续实行“水量包干、流量包段”的段面结量制度，强化用水秩序，严格灌区用水制度。对上游违犯用水制度，偷水、霸水扰乱用水秩序的行为，将按“用水管理制度”规定，3～5倍加罚水量，对屡教不改者，直至解除经营管理合同。

2.3灌水技术目前，粗放的灌溉方式和落后的灌水技、术以及农民长期形成的浇地要“浇透”的习惯是导致农业灌溉用水居高不下的主要原因。因此，只有提高田间灌水水平，改变传统的浇地习惯，才能实现灌区节水的目标，扩大灌溉面积。采用地面灌溉方式，首先要平整土地，可改善田间地面灌溉效率效率和灌水均匀度：二是推广小畦灌溉，减少田间水深层渗漏及灌水定额；三是推广高新灌水技术，逐步发展滴灌、喷灌及微灌等高新节水灌溉面积。

2.4水价管理可利用的水是有限的。用水需求的不断增加，污染带的水质恶化，像所有短缺的经济商品一样，水必须有。加大水资源的管理力度，积极推进水价改革进程，通过安排合的差比价关系，促进自然资源的节约而又高效地利用，以改革目前水资源严重浪费和严重短缺并存的现象。价格机制是经济有效的利用水资源的唯一途径。水价是调节水资源消耗的杠杆，合理的水价可提高人们的节水意识，减少浪费，提高水的利用率和经济效益。从水利部对百家水管单位的调研报告来看，无法发挥价格的杠杆作用，是导致水资源浪费的重要原因之一。因此，进行农灌水价及镇供水价改革，真正形成水价补偿机制，保证水管单位的正常运行，使水利工程处于良性循环状态，促进农业节水。

2.5水资源优化调度设想随着市场经济进一步发展，灌区目前面临两个突出问题：一是靠近沿海的水资源短缺与浪费并存；二是水价不到位与亩次费用相对过高的问题。用水用户只浇保命不浇增产水，加之水库渠系防渗加固不到位，建筑物的配套还不完善，对此，我们必须通过信息工作加强水资源的优化调度，提高整个灌区管理水平。

2.5.1墒情测报。在平原段及沿海段分别布设墒情测报点，绘制灌区墒情等值线图及时间～土壤含水量关系曲线，分析日耗水量，始早时间、动物需水量，做出灌溉预报表，结合中长期天气预报将上述情况及时通报局领导和灌区群众，便于领导及时决策，群众提前准备，抓住时机开灌，缓解只浇救命水的用水矛盾和集中用水对工程管理带来的压力，也便于宣传发动充分做好放水前的各项准备工作。

2.5.2雨情、水情测报。管理局应及时与水文部与水文部门联系，也可与水文部门建立流量测报合同关系，在发生雨情及流量变化时通报工管股。在灌区各管理站所配备量雨情，及时确定和调整灌溉方案，合理安排灌溉、水量调度、减少弃水损失，提高灌溉水的利用率。

水库优化篇4

随着我国大规模的水电开发,形成了许多大型梯级水库水电站群,对这些水库群优化构成了多维、高度非线性、复杂条件下的优化问题。各种优化方法和现代启发式搜索技术都被用于求解该问题, 包括离散微分动态规划[1]、逐次优化法[2,3]、逐次逼近动态规划算法[4]、大系统分解协调法[5]、网络流算法[6,7]、遗传算法[8,9,10]、粒子群算法[11] 等,然而当库群数和时段数较多时,这些方法在一些方面都不尽人意。如离散动态规划法会陷入因离散状态空间组合所形成的维数灾问题,计算时间长;逐次优化法(POA)将多阶段优化问题分解为一系列两阶段子优化问题,在对子优化问题寻优时一般采用坐标轮换法或复合单纯形法,当变量较多时,搜索速度慢,且局部收敛;逐次逼近动态规划法(DPSP)考虑的水库上下游联系比较简单,因此不能保证收敛到全局最优解;网络流算法本质上是求解线性规划问题的,且对编程有较高要求;遗传算法具有收敛于全局最优解能力,对变量数不多的优化问题求解,效果好,但是对于时段数较多(几十乃至几百个时段)的水库群优化调度问题,搜索空间与优化变量个数(随时段数增长)呈指数关系,直接应用遗传算法不一定能在有限的时间内求得满意解[9]。针对上述问题,本文提出采用逐次优化法和遗传算法相结合的方法求解多水库群长期优化调度问题,并以大渡河干流梯级水库群长期优化为实例,对逐次优化-遗传算法的效率和结果进行验证分析。

2 水库群优化调度模型的建立

对于确定性的水库群优化调度问题,在满足水库群水电站各种约束条件下,优选水库群调度策略,使得调度期内总效益最大化。设研究对象为N个水库水电站组成的系统,以月或旬为单位将调度期分为T时段,假定调度期内水库群天然入流已知,以调度期内兼顾保证出力要求的发电量最大为优化准则,建立相应的水库群确定性长期优化调度模型。

目标函数:

$\max F = \sum_{t = 1}^{Τ} \sum_{j = 1}^{Ν} Ρ_{t, j} Δ t_{t} (1)$

式中:t为时段编号;j为水库群水电站编号,从上至下游按1,2,… ,N的顺序;Δtt为时段小时数;Pt,j为第j水库水电站第t时段出力。

约束条件:

(1)保证率约束:

$\max F = \sum_{t = 1}^{Τ} [\sum_{j = 1}^{Ν} Ρ_{t, j} - σ A (\sum_{j = 1}^{Ν} Ρ_{t, j} - Ρ F)] Δ t_{t} (2)$

式中:PF为该水电站群保证出力;A为大于0的惩罚系数;σ为0~1的变量,其取值规则为:

$σ = {\begin{cases} 0 \sum_{j = 1}^{Ν} Ρ_{t, j} \geq Ρ F \\ 1 \sum_{j = 1}^{Ν} Ρ_{t, j} ＜ Ρ F \end{cases} (3)$

(2)水量平衡约束:

$V_{t + 1, j} = V_{t, j} + (Q_{t, j} - q_{t, j}) τ_{t} - L_{t, j} (4)$

式中:Vt,j,Vt+1,j分别表示第j个水库t时段初、末的蓄水容积;Qt,j表示第j个水库t时段水库平均入库流量;qt,j表示第j个水库t时段水库平均出库流量;Lt,j表示第j个水库t时段的水量损失;τt为单位转换系数。

(3)上下游水库之间的水力联系:

$Q_{t, j} = q_{t, j - 1} + Q_{o_{t, j}} (5)$

式中:Qt,j为第j座水库t时段的入库流量;qt,j-1为第j-1座水库t时段的出库流量;Qot,j为第j座水库t时段区间来流量。

(4)水库水位限制:

$Ζ_{\min_{t, j}} \leq Ζ_{t, j} \leq Ζ_{\max_{t, j}} (6)$

式中:Zmint,j表示第j座水库在t时段允许消落到的最低水位,对应水库死水位;Zmaxt,j表示第j座水库在t时段允许蓄到的最高水位,在汛期对应汛限水位,在非汛期对应正常蓄水位。

(5)水库出库流量限制:

$Q_{\min_{t, j}} \leq q_{t, j} \leq Q_{\max_{t, j}} (7)$

式中:Qmint,j表示水库放水量下限,一般由下游综合利用要求(如灌溉、航运、生态环境等)提出;Qmaxt,j表示水库放水量上限,一般受电站过水能力和水库泄洪能力限制。

(6)电站出力限制:

$Ρ_{\min_{t}} \leq Ν_{t} \leq Ρ_{\max_{t}} (8)$

式中:Pmint表示第j座水库水电站出力下限;Pmaxt,j表示第j座水库水电站出力上限;它们通过综合考虑机组额定出力、受阻容量及调峰要求等确定。

(7)水库边界条件:

$Ζ_{1, j} = Ζ_{c, j} ‚ Ζ_{Τ + 1, j} = Ζ_{e, j} (9)$

式中:Zc,j表示调度期初水库蓄水位,一般给定;Ze,j表示调度期末水库蓄水位,可给定。

3 逐次优化-遗传算法

对于不考虑水流时滞影响的梯级水电站优化调度模型,其阶段效益函数可表达为阶段(时段)初、末水库蓄水量的函数。根据目标函数特点,可将上述T阶段的优化问题,转化为多个两阶段优化问题,对于这些两阶段的子决策采用浮点数编码的遗传算法求解。

目标函数表达为:

$\begin{array}{l} o p t F = f_{1} (Ζ Τ_{1}, Ζ Τ_{2}) + f_{2} (Ζ Τ_{2}, Ζ Τ_{3}) + \\ \dots + f_{Τ} (Ζ Τ_{Τ}, Ζ Τ_{Τ + 1}) (10) \end{array}$

式中:ZTt表示t时段初各水库的蓄水位向量,ZTt={Zt,1,Zt,2,…,Zt,N}T。算法主要步骤如下:

(1)取初始可行轨迹:{ZT $_{t}^{1}$ ,t=1,2,…,T+1},ZT $_{1}^{1}$ ,ZT $_{Τ + 1}^{1}$ 为水库边界条件。

(2)t=1时,仅对ZT2寻优,其他的ZT $_{t}^{1}$ 保持不变,原问题等价于:

$o p t F_{1} = f_{1} (Ζ Τ_{1}^{1}, Ζ Τ_{2}) + f_{2} (Ζ Τ_{2}, Ζ Τ_{3}^{1}) (11)$

记求出的最优解为ZT*2,以ZT*2代替原ZT $_{2}^{1}$ 。

(3) t=2,3,…,T-1时,对{ZTt+1}寻优,其他的{ZT $_{t}^{1}$ }保持不变,原问题等价于:

$o p t F_{t} = f_{2} (Ζ Τ_{t}^{*}, Ζ Τ_{t + 1}) + f_{3} (Ζ Τ_{t + 1}, Ζ t_{t + 2}^{1}) (12)$

记求出的最优解为ZT*t+1,以ZT*t+1代替原ZT $_{t + 1}^{1}$ ,进行下一个两阶段问题优化。如果t=T-1转入(4)。

(4)检验精度是否符合要求:如前后两次最大发电量值或水库蓄水位轨迹达到精度要求,则迭代结束;否则,记初始轨迹为{ZT*1,…,ZT*T+1},再从t=1开始第2轮计算。如此循环,直到前后两轮迭代满足精度要求。

由于第t阶段要求解的是多变量非线性优化模型,这里采用浮点数编码的遗传算法计算。将水库蓄水量映射为遗传空间,把每个可能的解向量编码成一个计算机可以识别的实型向量,每个编码称为一个个体,所有个体组成种群(种群大小用POP表示)。随机生成POP组水库蓄位序列{ZTt,1,ZTt,2,…,ZTt,POP},并以此作为母体,按适应度函数计算每个个体的适应度,根据适应度大小对每个个体进行选择、交叉、变异等遗传操作,剔除适应度低的个体,留下适应度高的个体,从而得到新的种群。这样反复迭代,直到收敛到最优解[12,13]。

逐次优化-遗传算法的特点:

(1)逐次优化-遗传算法根据贝尔曼最优化原理将多阶段问题划分为多个两阶段子问题,克服了遗传算法复杂度随阶段数增加而大大增加的缺点。

(2)采用浮点数编码的遗传算法求解子决策问题,无需离散状态变量,有助于提高解的精度。

(3)POA在求解多状态变量多阶段决策问题时,由于没有很好的方法求解单阶段多变量非线性优化问题,所以算法收敛速度慢,不易于实现,而遗传算法由于优化的随机性,对求解单阶段多变量非线性优化问题有着明显的优势。

(4)逐次优化-遗传算法在优化计算时,占用计算机内存少,计算时间快,优化效率高,编程简单易于实现。

(5)如果遗传算法在选择前保留最优个体,则以概率1收敛于全局最优解[10],因此在选取的种群数和进化代数合适时,用遗传算法求解两阶段子决策时也以概率1收敛于最优解,即逐次优化-遗传算法有较好的收敛性。

4 实例应用

大渡河是岷江水系的最大支流,全河水力资源理论蕴藏量3 367.97万kW,技术可开发装机2 401.91万kW, 大渡河干流(下尔呷-铜街子)规划22个梯级,总装机容量2 340万kW,梯级保证出力238.4万kW。考虑到大渡河流域梯级水库调节性能的差异,长期优化调度对象主要研究下耳呷(多年调节)、双江口(年调节)、猴子岩(季调节)、瀑布沟(季调节)等4个调节性能较好的水库水电站,其他调节性能较差的水库由于资料原因不作考虑。各水库的基本参数如表1所示。

采用1959~2000年共42年径流资料,以月为计算时段进行水库群长期优化调度。将梯级水电站水库群系统分解为各个单库子系统,对每个水库按单一水库优化方法求解各库的优化运行策略,并以此作为逐次优化-遗传算法(POA-GA)的初始解。为了进行比较,同时采用逐次逼近法(DPSP)进行求解。2种方法的优化结果见表2。在梯级历时保证率92%条件下,POA-GA和DPSP的多年平均发电量分别比设计值高16.82亿kWh和14.43亿kWh。

实例计算结果表明:

(1) 逐次优化-遗传算法得到的优化结果比逐次逼近法高0.7%,比梯级水库设计值高4.9%。

(2)逐次逼近法的计算时间为4~5 min,逐次优化-遗传算法的耗时一般为12 min左右,可见2种算法的计算效率都比较高,收敛速度快,耗时少;而且编程都比较简单,易于在计算机上实现。

(3)从2种算法整个调度期内的水库蓄水过程看,下耳呷作为整个梯级的龙头水库只有在遇到连续枯水年组时水库蓄水位才会消落到比较低的水位。

(4)从弃水量的比较可以看出逐次逼近法比逐次优化-遗传算法弃水量要大很多,而弃水主要发生在猴子岩水库。造成这种现象的主要原因是2种算法的收敛轨迹不同:首先是因为猴子岩水库库容较小,调节性能比较差,所以弃水相对较多;其次逐次逼近法的优化结果特点是水库在汛期比较早地蓄到汛限水位,导致水头较高,后面时段的弃水较多,而逐次优化-遗传算法的汛期是逐渐蓄水到汛限水位,所以水头较低,弃水较少。

5 结语

高维、多阶段优化模型求解是人们一直在探索的问题。直接应用遗传算法求解水库群优化调度问题时,容易受到计算时段数的制约,优化时间长;传统逐次优化法应用于水库群优化调度时,由于状态变量较多,收敛慢;而应用逐次优化-遗传算法时,从时间上划分阶段进行降维,并采用遗传算法求解子决策问题,在一定程度上解决了这些问题。逐次优化-遗传算法在解决4个水库优化调度问题时占用计算机内存少,计算时间在10 min左右,速度比较快,在对计算时间要求比较高时(如制定梯级水库水电站群实时调度方案)有其优势。总之,逐次优化-遗传算法为求解多状态变量多阶段决策问题提供了新的思路与途径,不仅可用于兴利水库调度,还可应用于防洪等其他目标的水库调度。当然,通过改进遗传算法,可望提高逐次优化-遗传算法的计算速度,同时逐次优化算法还可与其他启发式算法相结合(如蚁群算法、粒子群算法等),充分利用各个算法的优点,从而从整体上提高解的精度和求解速度。

水库优化篇5

混沌是一种普遍的非线性现象,其行为复杂且类似随机,但存在一定的内在规律性。混沌的发现,对科学的发展具有空前深远的影响。混沌具有其独特的性质[1]:初值敏感性、遍历性、规律性,针对混沌具有遍历性这一特点,可将其作为搜索过程中避免陷入局部极小的一种优化机制,如果利用混沌变量进行优化搜索,无疑会比随机搜索更具优越性,因此,混沌已成为一种新颖的优化技术,并得到广泛重视和大量研究。混沌优化方法分2个阶段进行[2]:首先,在整个空间内按混沌变量的变化规律依次考察经过的各点,接受较好点作为当前最优点;其次,一定步数后认为当前最优点已在实际最优点附近,然后以当前最优点为中心;附加一混沌小扰动,进行细搜索寻找最优点。目前利用混沌进行优化主要有3种方法:一是二次载波法[3],二是变尺度法[4],三是并行计算法[5]。其基本思想是一致的,都是先基于确定性的迭代式产生的遍历性轨道对整个解空间进行考察,当满足一定终止条件时,认为搜索过程中发现的最佳状态已接近问题的最优解(只要遍历的轨道足够长,这种情况总能实现),并以此点作为下一步“精细搜索”[6]的起点,二次载波法通过在此点附近遍历区间很小的混沌变量进行搜索,变尺度法则通过不断缩小新解产生空间以及在临时“最优点”附近产生扰动的办法实现精确搜索,并行混沌优化方法则从几组不同的初始点出发进行并行运算,并在搜索到一定程度时进行二次载波,尽快找到最优解。从试验来看,3种方法都是卓有成效的,针对不同的问题,寻优速度略有区别,限于篇幅,本文仅对第2种方法进行研究,其方法是:①按混沌搜索确定搜索的初始位置;②以初始位置为基准,不断缩小优化变量的搜索空间,③引入解向量优选,将解向量中将那些接近全局最优解的分量找出,构成一个新的向量,代入目标函数中进行计算,从而找出全局最优解。解向量优选具体做法是:对混沌搜索重复m次(一般可取m=10),利用混沌变量对初始值的敏感性,每次搜索取不同的初始值,可以得出m组解向量。尽管每一组解不尽相同,但解中的一些分量会接近最优解。为了把这些解向量中那些接近最优解的分量找出,将这些解向量构造成一个m×n的矩阵A,我们的目的是对矩阵A中的每一列选择一个分量构成一个新的向量,代入目标函数中进行计算,使得目标函数值更优。这种新向量的选择,仍然可以采用混沌变量来实现。

例如:对n=7,初始值取一随机数(比如x=0.187 901 148 530 57),取小数点后7位数字再加1(以保证这些数字是矩阵A的行数),对应的选择为2,9,8,10,1,2,2,即依次取矩阵A中每一列的第2行,第9行,…,构成一个新向量为X=(a21,a92,a83,a104,a15,a26,a27),记此选择为:

$X = s e l e c t (x) (1)$

下一个新向量的选取采用Logistic映射更新:x=4 x×(1-x)=0.610 377 227 645 86,对应的选择为7,2,1,4,8,8,3。由于混沌迭代具有遍历性的特点,这样经过反复多次选择,可获得的解在最优解的附近,称此过程为解向量优选。通过对几个常用的测试函数的仿真计算表明本文所提算法明显优于文献[3]算法。

水电站水库优化调度是一个具有复杂约束条件的大型、多目标、动态非线性优化问题,处理起来十分复杂。国内外学者曾采用动态规划[7,8]、混沌优化算法(Chaos Optimization Algorithm,COA)[9]等方法对此问题进行研究,都取得了较好的效果。但COA存在一个缺陷,即局部搜索效果较差,计算精度不高。针对这个缺点,本文将变尺度混沌优化算法[10]应用于水库优化调度问题的求解, 结合问题的特点,利用 MATLAB 语言实现算法。计算结果表明,变尺度混沌优化方法为求解水库优化调度问题提供了一种有效方法,具有较大的实用价值。

1变尺度混沌优化方法(MSCOA)

Logistic 模型是混沌研究中的最典型模型之一,本文选择Logistic 模型产生的混沌变量来进行优化搜索。其方程为:

$x_{k + 1} = λ x_{k} (1 - x_{k}) (2)$

其中λ=4。若需优化n个参数,则任意设定(0,1)区间n个相异的初值[注意不能为方程(2)的不动点0.25,0.5,0.75],得到n个轨迹不同的混沌变量。

对非线性规划处理的问题是在等式或不等式约束下的某个目标函数,求出最优解。一般表示为:

${\begin{cases} m i n f (X) \\ g_{i} (X) \geq 0 i = 1, 2, \dots, m \\ h_{i} (X) = 0 j = 1, 2, \dots, n \end{cases} (3)$

式中:X∈En;f(X)为目标函数;gi(X)、hj(X)为约束函数,这些函数中至少有一个为非线性函数。

约束条件有时用集合形式表示,令:

$S = {X | g_{i} (X) \geq 0, i = 1, 2, \dots, m; h_{j} (X) = 0, j = 1, 2, \dots, l} (4)$

称S为可行集或可行域,S中的点称为可行解。

本文提出的MSCOA优化方法步骤如下:

Step 1 初始化:

置计数器r=0,k=0,x $_{i}^{k}$ =xi(0),x*i=xi(0),a $_{i}^{r}$ =ai,b $_{i}^{r}$ =bi,其中i=1,2,…,n。这里k为混沌变量迭代标志,r为细搜索标志,xj(0)为(0,1)区间n个相异的初值,x*i为当前得到的最优混沌变量,当前最优解f*初始化为一个较大的数。

Step 2 把x $_{i}^{k}$ 映射到优化变量取值区间成为m x $_{i}^{k}$ :

$m x_{i}^{k} = a_{i}^{r} + x_{i}^{k} (b_{i}^{r} - a_{i}^{r}) (5)$

Step 3 用混沌变量进行优化搜索:

若f(m x $_{i}^{k}$ )<f*,则f*=f(m x $_{i}^{k}$ ),x*i=x $_{i}^{k}$ 否则继续。

Step 4 k=k+1,x $_{i}^{k}$ =4 x $_{i}^{k}$ (1-x $_{i}^{k}$ )

Step 5 重复Step 2,3,4,直到一定步数为止,然后进行以下步骤。

Step 6 缩小各变量的搜索范围:

$\begin{array}{l} a_{i}^{r + 1} = m x_{i}^{*} - γ (b_{i}^{r} - a_{i}^{r}) (6) \\ b_{i}^{r + 1} = m x_{i}^{*} + γ (b_{i}^{r} - a_{i}^{r}) (7) \end{array}$

式中γ∈(0,0.5),为当前最优解。为使新范围不致越界,需做如下处理:

若a $_{i}^{r + 1}$ <a $_{i}^{r}$ ,则a $_{i}^{r + 1}$ =a $_{i}^{r}$ ;若b $_{i}^{r + 1}$ >b $_{i}^{r}$ ,则b $_{i}^{r + 1}$ =b $_{i}^{r}$ 。

另外,x*i还需做如下还原处理:

$x_{i}^{*} = \frac{m x_{i}^{*} - a_{i}^{r + 1}}{b_{i}^{r + 1} - a_{i}^{r + 1}} (8)$

Step 7 本文设计把x*i与x $_{i}^{k}$ 的线性组合作为新的混沌变量,用此混沌变量进行搜索:

$y_{i}^{k} = (1 - α) x_{i}^{*} + α x_{i}^{k} (9)$

式中:α为一较小的数。

Step 8 以y $_{i}^{k}$ 为混沌变量进行Step 2,3,4 的操作。

Step 9 重复Step 7,8的操作,直到搜索空间缩小到给定的搜索空间为止。

Step 10 解向量优选:

①重复Step 2～9 m次(一般可取m=10),得出组解向量构造成一个m×n的矩阵A。

②在这些解向量中按式(1)每一列选择那些接近最优解一个分量构成一个新的向量X,计算目标函数值f=f(X)。

③如果f<f*,则更新最优值:X*=X,f*=f,获得当前的最优解。

2仿真计算

考虑多维函数:

$f (X) = g (X_{1}) + g (X_{2}) + g (X_{3}) + g (X_{4}) + g (X_{5}) + g (X_{6}) (10)$

这里g(Xi)=sin(20Xi)+1/(Xi+2),0≤Xi≤1,i=1,2,…,6,X为6维向量,重复10次计算,每次随机取一个初始值,迭代5 000次,得到如下10组结果(最后一列为对应的函数值,并按最后一列作了从小到大的排序):

$\begin{matrix} 第 1 组 ∶ & 0.545 6 & \begin{matrix} 0.851 9 \end{matrix} & 0.829 4 & 0.879 9 & 0.198 4 & 0.863 9 & - 3.176 6 \\ 第 2 组 ∶ & 0.537 1 & 0.577 6 & 0.232 0 & 0.230 9 & 0.589 5 & \begin{matrix} 0.867 1 \end{matrix} & - 3.096 2 \\ 第 3 组 ∶ & 0.870 4 & 0.531 0 & 0.922 3 & 0.554 8 & \begin{matrix} 0.534 3 \end{matrix} & 0.888 2 & - 2.928 2 \\ 第 4 组 ∶ & \begin{matrix} 0.853 1 \end{matrix} & 0.579 8 & 0.200 4 & 0.194 7 & 0.254 1 & 0.240 0 & - 2.637 4 \\ 第 5 组 ∶ & 0.581 2 & 0.558 2 & \begin{matrix} 0.556 8 \end{matrix} & 0.819 7 & 0.528 6 & 0.283 4 & - 2.549 3 \\ 第 6 组 ∶ & 0.545 7 & 0.919 3 & 0.198 8 & 0.842 9 & 0.829 8 & 0.571 4 & - 2.496 9 \\ 第 7 组 ∶ & 0.212 4 & 0.843 4 & 0.502 3 & \begin{matrix} 0.862 6 \end{matrix} & 0.493 0 & 0.541 3 & - 2.452 4 \\ 第 8 组 ∶ & 0.838 2 & 0.923 1 & 0.831 3 & 0.867 0 & 0.824 5 & 0.578 4 & - 2.447 1 \\ 第 9 组 ∶ & 0.507 8 & 0.574 6 & 0.260 0 & 0.205 5 & 0.515 8 & 0.896 8 & - 2.397 3 \\ 第 10 组 ∶ & 0.241 6 & 0.839 2 & 0.840 5 & 0.578 9 & 0.004 9 & 0.849 1 & - 2.069 5 \end{matrix}$

从这10次的计算中可以发现,不论迭代多少次,其解只有个别分量(由黑体表示的数据)接近最优解。按解向量的优选,最终得到的解为:

0.853 1 0.851 9 0.556 8 0.862 6 0.534 3 0.867 1 -3.703 2

这个解对应的就是上面矩阵中带有方框的数据,最优值-3.703 2与精确值较为接近(在没有优选时,10次中接近的解是-3.176 6)。

3算法在水库优化调度中的应用

为了验证本文提出的MSCOA在水库优化调度上的可行性与有效性,以某实际水库的优化调度问题为实例,并与运用COA得到的优化结果进行比较。该水库为一综合利用水库,以灌溉、供水为主,兼顾防洪、发电。已知水电站的水位-库容关系、下游水位- 下泄流量关系、机组预想出力曲线,以及逐月平均入库流量曲线。水库正常蓄水位1 120 m,死水位1 076 m,正常蓄水库容44.97亿m3,死库容11.37亿m3,出力系数8.5,装机容量3 200 MW,最小保证出力850 MW,机组最大过流量2 480 m3/s。结合问题的特点,建立合理的模型[10],最终结果如表1所示。MSCOA与COA最优发电流量调度线比较与最优库容调度线比较见图1、图2。

本文采用Matlab进行计算,取最大迭代次数为50次。在尽量满足死库容、正常库容、最小出力、机组最大过流能力等条件的情况下最大发电量为目标,进行优化调度。运算得到的最大值为16.324亿kWh,较之由基本混沌算法得出的发电量15.789亿kWh增加了0.535亿kWh。

4结语

本文在基本的COA上作了改进,对于水电站水库优化调度这样的非线性强约束组合优化问题, 实例计算表明,提出的MSCOA可以显著提高计算精度,具有较大的实用价值,原理简单, 易于编程实现,为求解水电站水库优化调度问题提供了一种有效方法。作为初步尝试,本文仅研究了单一水库水电站的优化调度问题,关于结合MSCOA求解梯级水电站的优化调度问题有待进一步研究。

摘要：利用变尺度混沌优化算法(Mutative Scale Chaos Optimization Algorithm,MSCOA)对水电站中长期水库调度问题进行优化计算。变尺度混沌优化算法解决水电站中长期水库优化调度问题的主要思想是利用混沌运动的特点,由Logistic方程随机生成混沌序列;将其载波到包含水电站目标函数可行域S的一个区域;利用随机性、遍历性和规律性,不断缩小优化变量的搜索空间和提高搜索精度进行全局寻优,从中搜索属于可行域S的解;同时在搜索中引入解向量优选,将解向量中那些接近全局最优解的分量找出,构成一个新的向量,代入目标函数中进行计算,从而找出全局最优解,最终求出水电站水库调度的最优调度线。水库优化调度问题是一个具有复杂约束条件的大型、多目标、动态非线性优化问题,将变尺度混沌优化方法应用到水库优化调度问题中,优化计算结果表明变尺度混沌优化方法为求解水库优化调度问题提供了一种有效方法,具有较大的实用价值。

关键词：水库,优化调度,混沌,变尺度混沌优化方法,解向量优选

参考文献

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周公宅水库调度运行的优化研究篇6

宁波市周公宅水库工程位于甬江流域奉化江的重要支流之一的大皎溪上, 水库坝址以上控制流域面积132km2, 坝址多年平均流量4.7m3/s, 设计洪水流量2780m3/s, 总库容1.118亿m3, 防洪库容0.229亿m3, 设计洪水位237.7亿m3, 正常蓄水位231.13亿m3, , 台汛期限制水位227.13m, 发电死水位175.13m, 供水死水位145.13m, 电站装机容量12.6MW, 是一座供水、防洪结合发电的综合利用大型水利工程。经过水库多年的调度运行实践, 发现初步设计的常规水库调度方案不能有效满足新时期水库的调度运用要求, 为了更好的发挥水库的防洪能力和兴利效益, 亟需对水库原设计调度方案进行优化。

2 现在水库功能的转变与设计条件的关系

2.1 供水原则———以需定供

周公宅水库电站为年调节水库, 与下游皎口水库形成梯级, 通过联合调度, 可充分利用鄞江优质的水资源。实际水库调度中, 周公宅水库通过发电向下游皎口水库下泄水量, 由下游水库统一向宁波提供优质水约40万吨每天。非汛期以供水为主, 按照供水要求来发电放水, 及时补给下游水库的水量, 确保下游水库的供水水源。汛期以防洪为主, 在满足供水要求的前提下, 适当拦蓄洪水, 保证下游的防洪安全。

2.2 社会对供水保障率的期望为100%

社会对供水保障率的要求越来越高, 要求水库调度工作更加细致、准确。在确保水库防洪安全的基础上, 最大化的发挥水库的供水作用, 尽可能的提高供水保障率。

2.3 水库总体效益发展趋势

水库效益包括防洪、灌溉、航运、养殖、发电等等, 追求水库综合效益的最大化是水库调度运行的发展目标, 其中, 兴利效益的最大化是水库总体效益最大化的关键, 打破常规调度的束缚, 根据实践经验优化水库调度运行, 是满足水库兴利效益最大化的关键。未来水库综合效益的发挥将越来越重要, 这就对水库的实际调度运行提出了更高的要求。

3 新时期水库调度图的优化转变

3.1 常规调度图的局限性

常规调度图采用时历法编制, 根据水库不同水文年逐月入库径流及城市供水量、发电用水量, 进行逆时序操作, 分别得出宁波城市供水、发电用水保证线, 它们与水库死水位线、防洪限制线构成水库发电、供水调度图。库水位处在上基本调度线上时发加大出力反映了历时法保守的一面;库水位在下基本调度线上时发保证出力则反映了历时法风险性的一面。由于历史实测水文资料的有限性, 并不能完全反映流域水文特性的客观规律;因此利用有限的水文径流资料绘制的水库调度图有其局限性, 改进优化势在必行。

3.2 常规调度图的优化改进

用水库调度图指导水库运行时, 水库的放水策略是由时段初水库蓄水位按调度图指示值决定的;因此调度图上各调度线在时段初的取值是影响水库运行策略的关键。对水库发电、供水调度图的优化就是通过对汛期与非汛期时段初水库蓄水位的寻优实现的。

3.2.1 非汛期水库调度图的优化

非汛期雨量相对较少, 基本无大洪水发生, 常规水库调度图根据发电调度原则, 将水位分成三个区, 分别为保证出力区, 加大出力区和正常供水区, 严格控制水位变化, 实际水库调度运行则是根据下游防洪对象的需求进行发电供水, 故在汛期结束前, 确保后期再无大的洪水发生时, 采用预蓄法控制库水位上调, 提高水库蓄满率, 为非汛期用水提供保障。

3.2.2 汛期水库调度图的优化

长期以来, 常规调度图在水库调度运行过程中对汛限水位管理十分严格。如果水库防洪库容较小, 受汛期防洪限制水位的制约, 往往造成汛期较多弃水或谷电量增多, 大大降低了水库的兴利效益, 实际水库调度遵循多发峰电, 少发或尽量不发谷电、少弃水或尽量不弃水的原则, 故在主汛期来临前, 采用多发峰电来预泄水量, 控制水位下调至汛限水位以下, 在提高发电效益的同时, 为主汛期预留防洪库容, 有效的指导水库调度运行。

3.3 实例

按上述优化原则进行分析, 得周公宅水库原调度图和优化调度图, 如图1和图2所示。

从图1和图2对比分析可知:主汛初期水库水位由原调度227.13m降低到优化调度的221.13m;主汛期末水库水位由原调度227.13m降低到优化调度的231.13m;多年平均发电量由原调度为3587.3×104kw.h增加到3714.5×104kw.h;多年平均发电效益由原调度为1792.4万元增加到2280.4万元;年平均弃水量由原调度1250.1×104m3减少到980.7×104m3;供水保证率由原调度的95%增加到98%。

优化后的发电、供水调度图将原调度图的加大出力区与保证出力区合并为一个区, 取名为限发峰电区, 另外对主汛前水位下调ΔZD, 可多预留防洪库容约1200万m3, 有效的增加了水库的兴利效益。汛末在预测未来无大的洪水时, 采用预蓄法将水位在汛限水位的基础上稳步上调ΔZ, 可多蓄水量800万m3, 为非汛期的用水提供了保障。

4 结束语

通过以上分析, 汛前预泄调度、汛末预蓄调度法的应用能够满足新时期水资源利用战略对水库运用的要求, 可有效的增加洪水资源的利用量, 主要包括: (1) 汛前预泄调度有效增加水库的防洪库容, 减少汛期的弃水量, 提高水库的供水、发电效益; (2) 汛末预蓄调度, 增加水库蓄水量, 保障了非汛期水库的供水、发电需求; (3) 有助于合理调配全年水资源, 按照效益最大化的制定发电、供水计划, 提高水资源的利用率。

上述调度方法有效应用的关键是对流域未来水文规律的了解和预测, 根据多年的水库运行经验, 相信这种优化调度方法将会越来越成熟, 更好的指导水库的实际调度运用。

摘要：宁波市周公宅水库防洪库容较小、汛期易产生大量弃水, 根据要求, 通过优化水库防洪调度图, 在保证水库防洪安全的同时增加水库的供水能力及发电效益, 在一定程度上实现了洪水资源化, 较好解决发电与防洪间的矛盾。

水库优化篇7

随着科学技术的飞速发展, 传统意义上的防汛调度已发生了很大的变化。水利是国民经济的基础设施, 也是一个信息密集型行业。采用自动遥测技术, 实现水情信息的自动采集、存储、传输控制、接收、写入数据库及通过计算机网络技术, 最终实现信息共享与信息发布, 使得相关部门、领导、管理人员能及时了解掌握实时水情动态, 及时决策。九峰水库现有水位雨量观测设备落后, 已不能满足洪水预报和水库管理现代化需要, 为保证水库工程库汛安全, 充分发挥水库的经济效益, 所以要采用现代化防洪调度技术来提高工作质量, 并且为水库的防汛优化调度和抢险指挥提供决策依据。

1、九峰水库简介

九峰水库位于钱塘江上游衢江支流厚大溪上, 金华市婺城区汤溪镇, 距金华市区35km, 厚大溪流域面积170.9km2, 坝址以上集雨面积119.5km2, 多年平均降水量1806mm, 多年平均来水量1.398亿M3, 是一座以防洪、灌溉为主, 结合供水、发电等综合利用的水利工程。

2、九峰水库水情自动测报系统开发

2.1 系统覆盖范围及站网布设

根据流域河道特征和水文气象特征, 九峰水库水情测报系统组网规模为1:5如表1所示, 即由1个中心站, 1个坝上水位雨量遥测站兼中继站, 1个入库水雨量站和3个库区雨量遥测站组成。

2.2 测报系统信息流向

信息流向是塔石、余仓二个遥测站信息需经中继站转发才能到中心站, 而郑家塔、入库站和坝上站的信号是直通中心站的。

2.3 测报系统的工作体制

系统采用自动式工作体制, 兼有通话功能, 自报式工作方式的遥测站平时处于值守工作状态, 当雨量或水位参数发生一个计量单位变化时, 遥测终端设备能自动上电、采集、处理和发送本站的水文信息, 实时性强, 能满足水库防汛、洪水预报及水库调度的需要。

2.4 测报系统通讯方式优化

九峰水库水情自动测报系统采用超短波150MHZ频段, 满足系统组网和通讯质量要求。

3、主要设备选型

3.1 遥测站的主要设备

由水文传感器、遥测终端机、电台、天馈线、同轴避雷器、太阳能电源板、充电控制器、蓄电池等组成。遥测设备选型的原则是:具有系统所要求的各项功能, 满足系统的技术指标;符合国家相关专业标准;选择设计定型的、经过长期应用考核证明是稳定可靠的产品;有一定的安全保障措施, 能防止一般的破坏, 在无人值守和就近管理相结合的条件下, 保证整个系统长期稳定运行;各项指标符合《水文自动测报系统规范》的要求。雨量传感器采用水利部南京水利水文自动化所防汛设备厂生产的JDZ05—1型翻斗式遥测雨量计。入库站适合建造水位测井, 宜采用浮子式水位计。选用水利部南京水利水文自动化所防汛设备厂生产的WFH-2型细井式遥测水位计。

3.2 中继站

为节省费用, 中继站将和坝上遥测站组合为一个站, 除配置中继仪外, 天线、电台、电源与遥测共用。中继仪选用水利部南京水利水文自动化所生产的ZSZJ-1型数据再生中继仪。该中继仪在设计上采用MOTOROLA公司生产的专用调制解调器芯片, Intel公司的CMOS单片机电路以及抗干扰能力强的频率锁定上电控制电路等技术。具有设计独特, 技术先进, 耗电低, 可靠性高, 抗干扰能力强, 配置灵活, 操作方便, 利于掌握等诸多优点。

3.3 中心站

中心站由控制仪, 数传电台、同轴避雷器、天线、稳压电源、主计算机、值班计算机、打印机以及中心站水情应用软件 (水情接收与查询) 组成。

3.4 电源和防雷接地

本系统的遥测站全部采用太阳能电池对免维护电池进行浮充的供电的方式。遥测站配置10W太阳能板和12V38AH免维护蓄电池, 为防止过充电或过放电, 还配置了充电控制器。由于工程地处山区, 是雷电高发区, 充分考虑避雷设计有保障遥测站正常工作减少损害。室外采用避雷针, 避雷针和引下线焊牢, 避雷针保护角为45度角, 天线、机房等设备均在保护范围内。

4. 水情测报系统软件

4.1 系统软件包应采用模块化结构,

便于功能的扩展和修改, 并预留接口, 系统应用软件应主要由以下模块构成:

(1) 数据接收、处理、存储模块; (2) 开、关中继控制、中继状态查询模块; (3) 当前编码器显示、打印模块; (4) 当天日降水量、水位变幅显示、打印模块; (5) 显示、打印测站报文计数值模块; (6) 原始报文显示、打印模块; (7) 显示、打印降水量日、月报表模块; (8) 显示、打印水位、流量日、月报表模块; (9) 显示、打印人工置数模块; (10) 显示降水量直方图模块; (11) 显示等雨量线模块; (12) 日水位、流量过程线和当前水位流量分布图模块; (1 3) 打印输出水位、流量过程线及等雨量线模块; (14) 内存数据、历史数据及非数据文件双机通信模块; (15) 日数据修正模块; (16) 数据拷贝和数据文件删除模块; (17) 雨量站数据插补、月数据生成模块 (人工干预输入) ; (1 8) 显示系统通讯网络图及站名、站号对照表模块; (19) 系统概况介绍模块; (20) 水位告警处理及中继状态显示模块; (21) 数据文件及非数据文件检索模块; (2 2) 停机前数据处理及编码器值初始化模块; (23) 菜单控制模块; (24) 洪水预报和估报模块; (25) 显示、打印输出洪水预报成果模块; (26) 与电站监控计算机联机通信模块 (27) 数据及整编要求 (1) 水情系统中, 将各种显示打印统计报表的数据能导到EXCEL电子表格中。 (2) 提供水文资料整编的部分功能。 (28) 时钟调整模块等。

4.2 数据库平台选型

遥测数据的存储对数据库管理系统 (DBMS) 要求并不高。本系统采鉴于省水情中心及已建分中心均采用的是S Q L Server数据库, 同时考虑到SQL Server数据库界面友好、易于维护对维护人员要求低, 因此采用该数据库。因此遥测数据库使用Microsoft SOL Server 2000简体中文版。用使用SQL SERVER数据库的具有以下优点:与水情中心及其它已建水情分中心保持一致, 总体上降低管理的技术难度。数据库服务器采用Windows操作平台, SQL Server可与其很好协作。SQL Server具有强大的备份与恢复功能, 有利于数据安全。支持事务、触发器、存储过程等高级功能。支持发布、订阅等功能, 支持数据库同步。SQL Server界面友好, 管理难度低。

5 结语

九峰水库水情自动测报系统根据实际运行证明系统的建设提高了管理人员的工作水平, 改善了工作环境, 能使管理人员进行接科学决策和合理调度, 确保工程安全和水资源的充分利用, 使工程达到安全、经济高效运行的目的。

摘要：为保证水库工程度汛安全, 合理利用水资源, 充分发挥水库的经济效益, 采用现代化防洪调度技术, 建成九峰水库水情遥测系统。本文介绍了系统的必要性及对系统设备配置、主要特点、作了介绍和分析。

三门峡水库桃汛期优化调度研究篇8

2002年11月起,三门峡水库进行原型试验,控制非汛期最高水位不超过318 m运用。2006年至2010年的桃汛期,黄河防总开展利用并优化桃汛洪水过程冲刷降低潼关高程试验(简称桃汛试验)。桃汛试验中,万家寨水库集中下泄桃汛水量,控制三门峡水库水位不超过313 m运用,极大地改变了三门峡水库桃汛期运用的边界条件,对三门峡水库桃汛期调度运用影响较大。通过对三门峡水库桃汛前及桃汛期进行优化调度运用的研究,在满足试验要求的前提下,实现了最大程度地减少弃水量,最大限度地提高水能利用率。

1 万家寨水库凌汛期运用

万家寨水库采用“蓄清排浑”的方式,库水位除满足泥沙冲淤要求外,还要满足防洪、防凌和机组发电等的要求。

万家寨水库凌汛期为每年11月至次年3月。水库防凌调度运用主要以水位控制为主。尽量减少库水位在封河期和开河期对库尾河段冰情的影响。一般情况下,内蒙古河段封河初期运用水位控制在968 m～970 m之间;稳定封河期适当抬高水位至970 m～973 m之间;开河期一般凌情时控制在960 m左右,遇严重冰情时降低库水位至960 m以下,并与天桥水电站联合运用,保证河曲河段和北干流河段的防凌安全;流凌结束后即可蓄水至977 m。

1.1 桃汛试验前凌汛开河期万家寨水库运用情况

桃汛试验前凌汛开河期,万家寨水库采用先泄后蓄的运用方式。即在内蒙河段开河前,万家寨水库提前降低库水位进行防凌运用,加大下泄流量,下游会出现一次较小洪水过程;在内蒙河段开河期,万家寨水库拦蓄凌汛洪水,逐步回蓄;在内蒙河段开河后,内蒙河段释放的槽蓄水量经其调节后再次加大下泄流量,在下游形成第二个较大洪水过程。这种运用方式可使万家寨水库不弃水。

2001年至2005年,该时段万家寨水库防凌运用,平均最低水位956.79 m,开河后平均库水位976.26 m,平均增蓄水量3.73×108m3。桃汛试验前万家寨水库凌汛开河期运用情况见表1。

1.2 桃汛试验后凌汛开河期万家寨水库运用情况

2006年以后,开展了利用并优化桃汛洪水过程冲刷降低潼关高程试验。即适当调整万家寨水库调度运用方式,利用并优化桃汛洪水过程,降低潼关高程,改善万家寨和三门峡水库淤积形态,进一步深化对黄河水沙运动规律的认识。

桃汛试验改变了凌汛开河期万家寨水库运用方式,试验中要求万家寨水库采用先蓄后补运用方式,在内蒙古河段开河后,将凌汛水量集中下泄。

5年桃汛试验,万家寨水库平均最高蓄水位972.37 m,平均最低水位952.66 m,较桃汛试验运用前降低4.13 m,平均补水量2.56×108m3。桃汛试验后万家寨水库凌汛开河期运用情况见表2。

2 桃汛洪水传播分析

2.1 桃汛洪水传播时间

黄河上游凌汛洪水演进到下游常出现1个小洪峰,由于正逢桃花盛开之际,便称为“桃汛”或“桃花汛”。

对历史资料统计分析,得到黄河头道拐站(万家寨水库入库站)至潼关站(三门峡水库入库站)各水文控制站间不同量级桃汛洪水传播时间(见表3)。

注:流量级的单位为立方米/秒,传播时间的单位为小时。

2.2 桃汛洪水演进过程洪量相关分析

头道拐以下受山西河曲段凌汛槽蓄水量、区间支流汇入影响,潼关站桃汛洪水流量一般比头道拐站要大。

洪水传播过程中,洪量沿程发生变化。各站10日平均洪量变化情况见表4。

单位为×108m3

从表4可以看出,头道拐至河曲1986年以前增大、1986年以后减小,河曲至府谷段洪量增加,头道拐到府谷1987年至1998年平均增大0.91×108m3。府谷至潼关各段洪量逐步增加,1987年至1998年平均增加2.00×108m3,而龙门至潼关区间增加1.41×108m3,占70.5%。万家寨水库运用后,1999年至2004年,头道拐站10日洪量增加,而河曲至潼关各站洪量减小,潼关站平均洪量比1987年至1998年减小3.40×108m3。

20世纪90年代头道拐至潼关10日洪量除1999年外都是增加,最大增加4.52×108m3(1991年),1999年是减小的,减小0.89×108m3。平均增加2.53×108m3。

3 三门峡水库桃汛期来水情况

万家寨水库投运后,其在内蒙河段开河前后的调节运用,实质上是对天然桃汛来水过程进行了再分配,对三门峡水库桃汛期来水过程产生较大影响。

3.1 桃汛试验前(1999年至2005年)三门峡水库桃汛期来水情况

该时段,在内蒙河段开河前,万家寨水库降低库水位进行防凌运用,加大下泄流量,潼关站会出现1次较小洪水过程;在内蒙河段开河后,万家寨水库拦蓄凌汛洪水,内蒙河段释放的槽蓄水量经其调节后会在潼关站形成第二个较大洪水过程。这2次洪水过程历时应全部算作桃汛期,2次洪水过程来水量应全部算作桃汛期水量。经万家寨水库调节后,潼关站桃汛洪水过程平均提前约8天,桃汛洪水过程平均历时约20天,较万家寨水库投运前增加1倍,桃汛洪峰出现日期平均提前4天～5天;与头道拐站相比,潼关站最大10日水量、洪峰流量以及最大日均流量均有不同程度减小,分别减小19%,24%,27%。该时段桃汛洪水情况统计见表5。

3.2 桃汛试验后(2006年至2010年)三门峡水库桃汛期来水情况

桃汛试验中,万家寨水库采用先蓄后补的运用方式,将凌汛水量集中下泄,潼关站出现1次历时减少、水量集中的洪水过程。与头道拐站相比,潼关站最大10日水量、洪峰流量以及最大日均流量均有较大幅度增加,分别增加13%,64%,58%。该时段桃汛洪水情况统计见表5。

4 三门峡水库桃汛期调度运用

万家寨水库防凌调节运用,改变了三门峡水库桃汛期运用的来水边界条件;加之内蒙河段开河形势复杂,开河预报精度相对较低,增加了三门峡水库调度的不确定性。

4.1 桃汛试验前(2000年至2005年)三门峡水库桃汛期调度运用情况

该时段,在桃汛洪水入库前,为充分利用桃汛水资源,避免弃水,三门峡水库要提前加大下泄流量,降低水库水位,腾出部分库容迎接桃汛洪水入库。桃汛洪水入库后,三门峡水库逐步回蓄,抬高库水位进行兴利运用。

2000年至2002年非汛期水库最高水位不超过322 m,桃汛期平均起调水位为315.33 m,洪水期间平均库水位为318.30 m。2003年至2005年非汛期控制水库最高水位不超过318 m,较以往运用降低4 m,水库可用库容减小约4.9×108;水库平均起调水位为313.70 m,较前一时段降低1.63 m;洪水期间平均库水位为316.39 m,较前一时段降低1.91 m。桃汛洪水都能被水库拦蓄,没有产生弃水。该时段三门峡水库调度运用情况见表6。

该时段,潼关站桃汛洪水过程平均提前约8天,需要三门峡水库相应提前约8天降低库水位,使得利用非汛期大修机组检修工期缩短;桃汛洪水过程延长,桃汛期水库低水位运行时间延长约10天,延长了机组相对低效率运行时间;桃汛洪水过程相对平缓使水库预留库容减小,最低起调水位相应提高。

4.2 桃汛试验后(2006年至2010年)三门峡水库桃汛期调度运用情况

桃汛试验中,三门峡水库起调水位按313 m控制。当潼关站桃汛洪水流量上涨到1 000 m3/s时,水位控制不超过313 m;当洪水流量退至1 400 m3/s时,水库逐步回蓄,控制最高运用水位不超过318 m。

三门峡水电厂6号、7号机组需在水位312 m以上运行,否则将因水位低被迫停机。这就要求在桃汛洪水入库时,水库水位在312 m～313 m。如果水库水位高于313 m,就要开启泄流孔洞弃水,控制水位满足试验要求。5年试验,通过加强水情分析、提高预报精度、优化水库实时调度等措施,实现了桃汛洪水入库前不弃水。桃汛洪水过程中,水电厂7台机组满负荷运行过机流量只有1 400 m3/s,为维持库水位不超过313 m,在入库流量超过1 400 m3/s时,需要开启泄流孔洞弃水。5年中,水库平均起调水位为312.51 m,洪水期间平均库水位为314.47 m,与2003年至2005年运用相比,分别降低1.19 m、1.92 m;桃汛洪水过程中平均弃水2.113×108m3。该时段三门峡水库调度运用情况见表6。

5 结语

桃汛试验中,万家寨水库的防凌调节运用,很大程度改变了三门峡水库桃汛期的来水过程;桃汛洪水过程中控制三门峡水库水位不超过313 m运用,极大地改变了三门峡水库桃汛期运用的边界条件。这2种因素都对三门峡水库桃汛期调度运用影响较大。通过加强水情分析、提高预报精度、优化水库实时调度等措施,实现了桃汛洪水入库前不弃水,洪水过程中少弃水,最大限度地提高了水能利用率。

建议加强内蒙河段开河期凌汛分析,提高开河期预报精度,包括开河日期以及开河期流量过程预报;加强桃汛试验效果分析,进一步优化试验效果调度方案;加强桃汛期万家寨、三门峡水库联合优化调度,避免两水库水位变幅过大,使桃汛洪水过程尽量平稳。

摘要：叙述了为万家寨水库调节,开展利用并优化桃汛洪水过程冲刷降低潼关高程试验及控制三门峡水库非汛期最高水位不超过318 m运用等,改变三门峡水库桃汛期来水过程和水库运用的边界条件,提出,加强水情分析、提高预报精度、优化水库实时调度等措施,可实现桃汛洪水入库前不弃水,洪水过程中少弃水,最大限度地提高水能利用率。

水库优化篇9

1 加固前存在的问题

天福庙水库工程于1974年12月动工兴建,1978年1月基本建成蓄水。水库经过30多年的运行,工程存在的主要问题有:(1)坝体、坝基及两坝肩存在渗漏问题;(2)左岸整体抗滑稳定安全系数不满足规范要求;(3)两坝肩及坝址区存在较大规模的危岩体;(4)坝后冲坑及边坡严重淘蚀;(5)坝体、溢洪道存在多处裂缝;闸门、钢丝绳严重锈蚀;水雨情观测和大坝安全监测设施落后,管理用房年久失修等。

2 主要除险加固措施

(1)坝体防渗:主要措施是在上游面设置变厚混凝土防渗面板;(2)坝基及左右岸坝肩加固:左岸设置2条阻滑键,并对坝基及两坝肩进行帷幕灌浆;(3)溢洪道加固:对闸墩和侧墙裂缝进行化学灌浆及贴钢板,混凝土表面喷涂丙乳砂浆处理;(4)危岩体处理:对左右岸危岩体采取清除、加砂浆锚杆和挂网喷混凝土;(5)下游冲坑的处理:清基后浇筑C20混凝土护脚;(6)金属结构及机电设备改造:对所有闸门及启闭机进行防腐处理,更换钢丝绳,增加自动监控系统等。

3 初设施工工期

天福庙加固工程施工组织中的难点:(1)工期紧,加固部位多,需统筹安排;(2)坝前淤积深,坝体防渗面板施工难度大;(3)需新建导流洞,施工导流较困难;(4)施工场地狭窄,布置困难,两岸岸坡陡峭,施工交通受限,需采取分期分区施工方式。为此,设计单位在初设报告中,把本工程施工总工期设定为30个月,其中准备期3个月,主体工程施工期27个月。从第1年1月开始至第3年6月结束。具体措施为:

第1年的1～3月施工准备,3月开始导流隧洞施工。9月初溢洪道开闸放水,9月底库水位降至溢洪道堰顶398.00 m附近。10月初,电站引水建筑物全开泄水,将灌溉放空底孔打开泄水。同时,大坝坝肩加固及两岸危岩体工程开始施工。至12月上旬,水库基本放空。此时,导流隧洞基本施工完毕,仅余洞身进口段未施工。12月中旬开始导流隧洞进口围堰施工,至12月底,进口围堰完工。第2年1～2月,进行导流隧洞进口段混凝土施工。2月底,导流隧洞施工完毕,具备通水条件。3月初拆除导流隧洞进、出口围堰,导流隧洞具备通水条件。汛前施工的项目还有左坝肩阻滑键工程、两岸危岩体及溢洪道加固工程。10月初,上、下游围堰开始进占,11月中旬开始坝前清淤,11月底围堰完工,坝体渗漏处理开始施工。第3年3月底,主体工程基本完工,3月底完成上游围堰拆除,4月初导流隧洞下闸封堵,水库开始蓄水,4月底导流隧洞堵头施工完毕。至6月底,加固工程基本完工。

4 优化方案及效果

按初设中的施工组织方案,工程开工后,大坝需经历第1年和第2年2个主汛期。第1年主汛期,导流隧洞尚在施工,不具备通水条件,水库正常度汛。汛末水库开始放水。第2年主汛期,具备泄流条件的建筑物有导流隧洞、溢洪道和放空底孔。这样,水库从第1年的10月打开放空底孔到第3年的4月下闸蓄水,再到7月份水库具备发电条件,至少要经历22个月。工程经历的时间越长,特别是经历主汛期,无论是施工成本、水库度汛的安全隐患,还是水库蓄水量和发电量的损失,都是非常巨大的;如何在确保施工质量和安全的前提下,尽可能的缩短工期,避开主汛期,是本项目建设的重中之重;因此,工程开工前,业主召集设计、监理、施工等单位在现场结合实际,对施工组织设计进行认真讨论、反复修改,提出了一套切实可行的施工方案,并在实施过程中不断完善,效果非常明显。具体安排如下:

2009年(第1年)1月工程开工,先进行导流洞开挖、下游冲坑处理、溢洪道加固等工程施工。主汛期水库正常度汛,电站正常发电。9月份水库通过溢洪道和发电输水管放水,当水库水位降至死水位后,10月中旬打开底孔,11月下旬水库放空。开始上游围堰填筑、坝前清淤、左坝肩阻滑键施工、坝基及两坝肩帷幕灌浆、放空底孔闸门更换及金属结构改造。上半年开工的导流洞开挖、溢洪道加固继续施工。2010年(第2年)1月1日上游围堰封堵,导流洞进口闸室段完工后,导流洞过水导流。开始进行坝前基坑开挖。1月12日开始浇筑防渗面板。5月18日对死水位378.0 m以下防渗面板进行验收,导流洞下闸封堵、放空底孔导流。6月1日,面板混凝土整体浇筑至高程398.0 m,放空底孔闸门关闭,水库正式蓄水,6月24日,面板混凝土整体浇筑至坝顶高程410.3 m,按设计要求浇筑完成,满足防洪度汛、蓄水发电条件。在水库正常度汛的情况下,进行其它分部工程的施工,至11月底,主体工程全部完工。

具体作法:一是加强组织领导。每星期1次施工例会,及时处理施工中的难题,调整施工方案,同时加强安全质量管理,杜绝质量返工及安全事故的发生。二是减小临建工程规模,优化施工方案。导流洞工程,初设方案长316 m,为了加快施工进度,将原右岸山体排水洞加于利用,新开挖长度只有203 m,工程量减少了近1/3;围堰工程,由于施工方案修改后,不考虑围堰度汛,取消了下游围堰,对上游围堰也进行了简化,并取消了围堰的高喷防渗墙和帷幕灌浆,改为黏土防渗墙,增加围堰的抽排水设施,节约了投资;左岸坝肩阻滑键工程,根据现场情况,取消了从坝顶分别开挖2条长度分别为40 m和14 m的竖井作为施工交通洞方案,利用原左坝肩排水洞作为交通支洞,节约石方开挖490 m3。三是减少重复施工工程量,大坝坝基和两岸坝肩帷幕灌浆部分,经分析,对基岩透水率小于3 Lu的部分,取消了Ⅲ序孔钻孔、灌浆共计1 300 m。四是科学安排施工工序,每一分部工程开工前,参建单位都要认真研究,制订科学合理的施工工序,如大坝防渗面板施工,利用水库放空的时机,通过吊篮和竹筏,随着水位的下降,提前对露出水面的坝面进行冲洗,石条勾缝和加注锚杆,为面板混凝土的浇筑创造条件。

天福庙水库除险加固工程的实际施工工期与初设相比,水库放空仅用了10个月的时间,比初设缩短了12个月;工程总工期23个月,比初设缩短了近7个月,这样不仅避免了工程在主汛期度汛,提高了水库运行的安全性能,降低了施工管理成本,也使水库提前了1年蓄水发电(据统计,天福庙水库电站1980—2010年平均发电量2 398万kW·h,产值700多万元),社会效益与经济效益显著。

5 结语

宜昌市天福庙水库除险加固工程在施工中结合实际,对初设施工方案进行了多次改进优化,在保证工程质量及安全的前提下,缩短了施工工期,妥善处理了工程度汛及电站发电的矛盾,实现了工程提前完工、质量达标的目标。

摘要：水库除险加固工程技术性强、工期较长,往往与防汛抗旱和电站发电存在矛盾。天福庙水库除险加固工程在施工中结合实际,对初设施工方案多次进行改进优化,在保证工程质量的前提下,妥善处理了水库加固与防汛抗旱及电站发电的矛盾,实现了工程提前完工、质量达标的目标。

关键词：天福庙,除险加固,施工方案,优化

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