盘石头水库实时洪水调度系统的开发研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
实时洪水调度子系统是水调自动化监控系统的一部分,其功能是根据实时洪水预报子系统的入库洪水过程线,给出满足防洪、发电等要求的水库水位与水库出流的合理或最优配合,为科学制定水库调度方案提供理论分析和技术依据,是水库洪水预报调度系统成果的最终体现。
     本论文在盘石头水库雨、水情实时信息采集子系统和实时洪水预报子系统的基础上,研究了实时洪水调度模型,并运用系统工程理论和计算机技术开发了相应的调度软件,完善了水调自动化监控系统。研究的主要内容包括:
     (1)通过SQL Server数据库接口对实时洪水预报系统预报的入库洪水进行分析,统计其洪水特性,包括洪峰流量、洪水总量、洪水频率等。其中洪水频率综合考虑了洪峰频率和洪量频率,并以重现期的形式直观地展示给用户。
     (2)在用自然样条函数拟合水库特性曲线的基础上,用四阶龙格~库塔法进行调洪演算。通过对水位~库容~泄量关系的分析,确定计算时段步长,减少了调洪演算中洪水流量过程Q(t)和水库蓄泄关系R(V)非解析性(对自变量施行任何种类的数学运算均不能准确表达其函数关系)特点引起的误差。
     (3)由于实时洪水调度所具有的特点,调度期内的入库洪水为已知,在实时调度中回答问题必须直接、清晰,因此调度
    
    太原理工大学硕士研究生学位论文
    模型属于确定性单库优化调度。在满足大坝安全的前提下,建
    立了多种满足生产实际和调度需要的水库洪水调度模型,包括
    规则调度模型、最大削峰准则调度模型、最短成灾历时准则调
    度模型、经验常规调度模型等,并用最优化方法—非线性规
    划法和逐步优化算法(POA),对模型求解。
     (4)以规则调度模型作为考核预报调度模型效果的基础方
    案,采用还原的盘石头水库设计入库洪水过程对模型进行校验,
    并对调度结果进行对比分析,给出各调度模型的适用条件及优
    缺点。
     (5)针对盘石头水库具体工程情况和流域水文情况,建立
    了适合盘石头水库的实时洪水调度模型库,开发出界面友好、
    交互性强、操作简便的实时洪水调度系统,并针对不同洪水蓄
    泄过程优化闸门开度,为闸门监控自动化系统的控制实施提供
    技术依据。
     盘石头水库为在建大H型水库,建成后水库的工程特性和
    流域水文特性等还需进一步修正,洪水预报调度系统也需经过
    实际洪水的检验,在实践中不断积累经验,以提高洪水调度的
    可靠性。另外,研究过程中由于资料、工程情况的限制,未能
    将整个卫河流域作为统一的防洪系统来对待,需在今后的研究
    中进一步完善,以提高卫河防洪能力,减轻两岸洪涝灾害。
The real-time flood scheduling subsystem is a part of the reservoir scheduling auto-monitoring systems. According to the reservoir inflow forecasted by the real-time flood forecasting subsystem, it derives the best or proper association of stage and discharge, which satisfies flood prevention and power require, supplies theory analysis and technique support for scheduling schemes of reservoir. It is the ultimate purpose of the flood forecasting and scheduling system.
    Based on the real-time automatic subsystem of hydrologic data collection and transmission and the real-time flood forecasting subsystem of Panshitou reservoir, this paper studies and develops the real-time flood scheduling subsystem by system engineering methodology and computer technique, perfects the reservoir scheduling auto-monitoring system. The main contents of this paper are as follows:
    1. The reservoir inflow, which are forecasted by the real-time flood forecasting subsystem and stored in SQL Server database, are analyzed. The statistics of flood characteristic conclude peak flow,
    
    
    flood volume, flood frequency etc. Especially, the flood frequency overall considers the peak flow frequency and the flood volume frequency and explodes to user by the form of rainfall reappearing period.
    2. By making use of reservoir characteristic curve simulated by natural spline function, the discharge of reservoir are directly derived by four-order Rung-Kutta method. At that time, thorough analysis of relations of stage, storage and discharge, the pace of calculation time is determined. This method reduces the error generated by the non-analyticity characteristic, which is that anything function can't accurately express the relation of inflow, storage and discharge in flood regulation.
    3. Since the fact that the reservoir inflow is known in term of scheduling, the problem need directly and distinctly be replied. The model is the deterministic optimize scheduling model of single reservoir. Under the precondition of dam's safety, some of flood scheduling model, which conclude the regular scheduling model, the maximum peak clipping criterion scheduling model, the minimum deluge time criterion scheduling model and the experience scheduling model etc, are established and resolved by the nonlinear programming and the progressive optimality algorithm.
    4. The regular scheduling model is regarded as the based scheme to compare with other scheduling models. The tested cases adopt the reduced design inflow of Panshitou reservoir. Through compared and analyzed, every model's application conditions and merits and faults are given.
    
    5. Based on the project conditions and the hydrographic conditions of Panshitou reservoir, the real-time flood scheduling model library is established. The real-time flood scheduling subsystem is developed, which is of excellent interface, simple and interactive manipulation. The different progress of flood storage-discharge corresponding to optimization of gate opening is derived. This system supplies technique support for the gate auto-monitoring system.
    Panshitou reservoir under construction is the II type project. After the reservoir is completed, the project conditions and the basin hydrographic conditions need to be further verified. The flood forecasting and scheduling system need to be examined by actual flood, and the reliability scheduling need to be further improved in practical. In addition, this system didn't seem Weihe catchment as a whole system because of the restriction of project data and conditions. The system need to be perfected so that the flood prevention ability of Weihe is improved and the loss of flood disaster and waterlog is reduced in last works.
引文
[1] 陈惠源、陈森林、高似春,水库防洪调度问题探讨,武汉水利电力大学学报,1998年第1期,P42-45。
    [2] 邵东国、夏军、,孙志强多目标综合利用水库实时优化调度模型研究,水电能源科学,1998年第4期,P7-11。
    [3] 姜铁兵、梁斌,洪水优化调度模型及其应用研究,水力发电,1999年第2期,P7-10。
    [4] 卢华友、沈佩君,跨流域调水工程实时优化调度模型研究,武汉水利电力大学学报,1992年第5期,P11-15。
    [5] 邓程林,辽宁省省管大型水库优化调度的有关措施,人民长江,1999年增刊,P51-53。
    [6] 程春田、王本德、李成林,白山、丰满水库群实时洪水联合调度系统设计与开发,水科学进展,1998年第1期,P29-34。
    [7] 畅建霞、黄强、王义民,水电站水库优化调度几种方法的探讨,水电能源科学,2000年第3期,P19-22。
    [8] Chen Sen-lin, et al, "Demarcation Iterative Algorithm for Equation Group of Reservoir Operation." International Journal Hydroelectric energy. 2001, No. 5: 84-86.
    [9] Tennessee Valley Authority, WRMM Staff. "Testing of Different Optimization Methods on a Reservoir Subsystem." Tennessee: 1977.
    [10] Windsor, J.S., "Optimization Model for the Operation of Flood Control Systems." Water Resource. Res. Vol. 9, No.5, 1973: 1219-1226.
    
    
    [11] Howson, H.R. et al., "New Algorithm for the Solution of Multi-state Dynamic Programming Problems." Math Program. Vol. 8, 1975: 104-116.
    [12] Turgeon A. "Optimal Short-term Hydro Scheduling from the Principle of Progressive Optimality." Water Resource Res. No. 3, 1981:17.
    [13] Marino, M.A. "Dynamic Modal for Multi-reservoir Operation." Water Resources Res. Vol.21, No. 5, 1985.
    [14] Yakowitz S. Dynamic Programming Application in Water Resources Research. 1983.
    [15] C. Lyra, et al. "A Contribution of Reservoirs for Electric Generation." IEEE. No. 3, 1991.
    [16] Loucks D.P. "Developing and Implementing Decision Support System: A Critique and A Challenge." Water Resources Bulletin. No. 4, 1995: 31.
    [17] 郭生练著,《水库调度综合自动化系统》,武汉,武汉水利电力大学出版社,2000。
    [18] 河南省水利勘测设计院,《河南省淇河盘石头水库工程初步设计报告(上、中、下)》,1999.11。
    [19] 中国水利水电科学研究院,《盘石头水库水情自动测报系统设计方案》,2000.11。
    [20] 中日合作JICA中国水利人才培训项目,《水库调度运行与自动化管理》,2003.3。
    [21] 王义民,《安康水库洪水调度系统的研究与开发》,[学位论文],西安,西安理工大学,2001.1。
    
    
    [22]钟平安、陈金水,实时水库优化调度决策支持系统及其应用,水利水电技术,1994年第12期,P2-7。
    [23]邱林、陈守煜,水电站水库实时优化调度模型及其应用,水利学报,1997年第3期,P74-77。
    [24]邱林,水电站实时优化调度模型及其应用,华北水利水电学院学报,1994年第2期,P31-35。
    [25]武全胜,浅论水库防洪实时调度信息决策系统,山西水利,1999年第4期,P14-15。
    [26]曹雁萍、沈菊琴,水库(群)实时调度智能决策支持系统总体设计,南京航空航天大学学报,1994年增刊。
    [27]谢崇宝、袁宏源、郭元裕,水库实时优化调度模糊随机模型,水电能源科学,1994年第3期,P194-199。
    [28]李智录,水库实时调度的研究,西安理工大学学报,1996年第3期,P232-237。
    [29]Wasimi, S.A. et al., "Real-time Forecasting and Daily Operation of Multi-reservoir System during Floods by Linear Quadratic Gaussian Control." Water Resource. Res. Vol. 19, No. 6, 1983: 1511-1522.
    [30]长江水利委员会,《水文预报方法》,第二版,北京,水利电力出版社,1993.6。
    [31]庄一鸰、林三益,《水文预报》,北京,水利电力出版社,1986。
    [32]赵人俊,《流域水文模拟-新安江模型与陕北模型》,北京,水利水电出版社,1984.1。
    [33]水利部和电力部,SL44-93,《水利水电工程设计洪水计算规范》。
    [34]李科国,P-Ⅲ型频率曲线分析计算软件介绍,云南水力发电,1997年
    
    第4期,P6-11。
    [35]张杨波,P-Ⅲ频率曲线离均系数φP的一种简易求解方法,甘肃水利水电技术,2002年第4期,P267—268。
    [36]王建刚、刘亚萍,P-Ⅲ型分布φ值数值计算方法比较,山西水利科技,1996年12月增刊(总第114期),P35-40。
    [37]谢崇宝、袁宏源、郭无裕,P-Ⅲ型理论频率曲线参数估计-模糊极值法,水文,1997年第3期,P1-8。
    [38]谢平,水文频率曲线计算机优化-图解混合适线法,人民长江,1995年第7期,P47-50。
    [39]任伯帆、许仕荣、王涛,皮尔逊Ⅲ分布统计参数的确定,中国给水排水,2001年第1期,P40-42。
    [40]张江华,频率计算中推求统计参数的一种新方法,太原理工大学学报,2001年第4期,P363-365。
    [41]邓育仁、丁晶、韦雪艳,水文计算中的模糊优化适线法,水电站设计,1995年第4期,P43-47。
    [42]金光炎,水文频率分析述评,水科学进展,1999年第3期,P319-327。
    [43]林莺、李世才,水文频率曲线简洁计算和绘图技巧,水利水电技术,2002年第7期,P52-54。
    [44]武鹏林、李海燕、范树禄,水文统计参数对频率曲线的影响,太原理工大学学报,2001年第1期,P192-194。
    [45]陈必红著,《用C++语言编写数学常用算法》,北京,人民邮电出版社,2000.12。
    [46]周煦,《计算机数值算法及程序设计》,北京,中国科学技术出版社,1997.7。
    [47]《现代应用数学手册》编委会,《现代应用数学手册-运筹学与最优化
    
    理论卷》,北京,清华大学出版社,1998。
    [48]谢承迪,调洪解析演算的试验差值函数法,红水河,1994年第3期,P76-80。
    [49]陈守煜,水库调洪计算的数值解法及其程序,水力学报,1980年第2期。
    [50]陈开得,调洪演算的有限差分方法,长江职工大学学报,1999年第2期,P36-38。
    [51]马春青,数值算法在水库防洪调算中的应用,淄博学院学报,2002年第2期,P61-63。
    [52]水利部长江流域规划办公室、河海大学、水利部丹江口水利枢纽管理局合编,《综合利用水库调度》,北京,水利电力出版社,1990。
    [53]刘柏青,《水利工程管理自动化》,武汉,武汉大学出版社,2002。
    [54]樊尔兰、李怀恩、沈冰,PAPOA法在黑河综合利用水库优化调度中的应用,西北水资源与水工程,1995年第3期,P7-11。
    [55]杨侃、丰景春,水库调度中逐次优化算法(POA)的收敛性研究,河海大学学报,1996年第1期,P104-107。
    [56]都金康、周广安,水库群防洪调度的逐次优化方法,水科学进展,1994年第2期,P134-141。
    [57]畅建霞、王义民,安康水库洪水调度软件设计与开发,人民长江,1999年增刊,P56-57。
    [58]周惠成、梁国华、王本德,水库洪水调度系统通用化模板设计与开发,水科学进展,2002年第1期,P42-48。
    [59]华东水利学院、富春江水电厂、上海计算技术研究所、华东电管局电网总调度所合编,《电子计算机在洪水预报水库调度中的应用》,北京,水利电力出版社,1983。
    
    
    [60]麻荣永,《水电站水库随机优化方法》,北京,水利水电出版社,2001。
    [61]窦万峰、张子瑜,《Delphi 5.0功能解析》,北京,电子工业出版社,2000.2。
    [62]史彦军,《Delphi 5.0开发大全》,北京,中国水利水电出版社,2000.1。

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700