水资源规划及利用第八章课件

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1、第八章 水资源管理与保护,第一章 目录,第一节 水库运行调度 第二节 水资源合理配置 第三节 水资源管理 第四节 水资源保护,第一节 水库运行调度,概述 水库调度的意义 实施合理科学的水库调度，对于确保水库安全，充分发挥防洪和兴利、生态等综合效益，实现水资源的合理配置和可持续利用，促进经济社会可持续发展及人与自然和谐相处，具有十分重要的意义。 水库调度的特点及分类 水库调度的特点： 多目标性 风险性 经济性 灵活性,第一节 水库运行调度,水库调度的分类： 按调度目标分类 防洪调度： 根据河流上、下游及水库自身的防洪要求、自然条件、洪水特性、工程情况等，拟定合理的运行方式，控制水库蓄泄洪水的过程

2、； 兴利调度： 为满足发电、灌溉、供水、航运等兴利部门的需要，拟定合理的水库运行方式，一般包括发电调度、灌溉调度、供水调度和航运对水库调度的要求等； 综合利用调度： 对综合利用水库，根据综合利用原则，拟定合理的水库运行方式，使国民经济各部门的要求得到较好的协调，获得较好的综合利用效益。,第一节 水库运行调度,按调度周期分类 长期调度： 对于具有年调节以上性能的水库，制定合理的运行方式和蓄水、供水方案，将较长时期（季、年、多年）内的水量（能量）合理分配到较短的时段（月、旬、周、日）； 短期调度： 将水库长期调度分配给当前时段的水量（能量）在更短的时段间进行合理分配；厂内经济运行：根据水电站设备的

3、动力特性和动力指标，将水电站的总负荷在机组间进行合理分配，并合理确定运行机组台数、组合和启动、停用计划。 按水库数目分类 单一水库调度 水库群（梯级、并联、混联）的联合调度,第一节 水库运行调度,按调度方法分类 常规调度： 根据已有的实测水文资料，计算和编制水库调度图，并以此为依据进行水库控制运用的调度方法。 优化调度： 运用最优化技术，寻求较理想的调度方案，使发电、防洪、灌溉、供水等各部门在整个分析期内总体效益最大的调度方法。 单一水库优化调度、水库群优化调度 确定型优化调度、随机型优化调度。 水库调度所需的基本资料 水库运用调度的政策法规及标准。 水库调度运用的主要参数及水利动能指标 其他

4、基本资料,第一节 水库运行调度,水库常规调度 水库调度图： 根据实测径流时历特性资料和枢纽的综合利用任务编制而成，由若干具有控制性意义的水库蓄水量（或水位）变化过程线（称为调度线）组成。 水库常规兴利调度 兴利调度的任务： 依据规划设计的开发目标、运用参数和兴利部门间的主、次关系及要求，合理调配水量、水能，改善水质，充分发挥水库综合利用效益。 年调节水库调度图绘制,第一节 水库运行调度,1.基本调度线的绘制（图8-1） 上基本调度线（防破坏线）： 表示水电站按保证出力图工作时，各时刻所需的最高库水位，利用它就使水库管理人员在任何年供水期中（特枯年例外）有可能知道水库中何时有多余水量，可以使水电

5、站加大出力工作，以充分利用水资源。 下基本调度线（限制出力线）： 表示水电站按保证出力图工作所需的最低库水位，当某时刻库水位低于该线所表示的库水位时，水电站要降低出力。,第一节 水库运行调度,第一节 水库运行调度,下基本调度线的修正（图8-2）（图8-3）,第一节 水库运行调度,图8-3 蓄水下基本调度线的修正,第一节 水库运行调度,2.加大出力线的绘制（图8-4） 立即加大出力（图8-4中的曲线） 后期集中加大出力（图8-4曲线） 均匀加大出力（图8-4中的曲线） 分级列表法计算绘出加大出力线的步骤。 3.降低出力线的绘制 立即减少出力（图8-4中曲线）； 继续按保证出力图工作，直至死水位(

6、图8-4中曲线)； 均匀减少出力直至供水期结束（图8-4中曲线）。 采用与计算加大出力线类似的分级列表法计算、绘制降低出力调度线，所不同的是此时以下基本调度线为出发点绘制。 水库调度全图： 由水库基本调度线、加大出力线、降低出力组成，用于指导水电站的运行。,第一节 水库运行调度,多年调节水电站水库调度图绘制： 与年调节水库类似，采用简化方法，只研究枯水年组的第一年和最后一年的情况。 绘制方法及其特点 用计算典型年替代长系列法 计算典型年及其选择 枯水系列的第一年年末多年库容蓄满 枯水系列的最后一年年末多年库容放空 两个典型年该年来水可满足保证出力图要求 基本调度线的绘制,第一节 水库运行调度,

7、年调节水库灌溉调度图绘制 灌溉、航运等部门从水库上游侧取水，是如何从天然来水中扣去引取的水量水库调度线； 综合利用用水部门从水库下游取水，按不同的保证率分别绘调度图中基本调度线；,第一节 水库运行调度,水库常规防洪调度 防洪调度： 运用防洪工程及非工程措施，对汛期发生的洪水，有计划地进行控制调节的工作。 防洪调度图 防洪调度图： 由防洪调度线、防洪限制水位等汛期各个时刻蓄水指示线及由这些指示线所划分的汛期各级调洪区构成。 图8-5为某水库兴利调度和防洪调度图。 防洪调度线的绘制。,第一节 水库运行调度,第一节 水库运行调度,水库调洪方式 水库防洪调度的任务： 在发生设计洪水或校核洪水时确保水利

8、枢纽的安全； 在发生下游防洪标准洪水时，确保下游防洪安全。 水库调洪方式： 根据水库防洪要求，对洪水进行防洪调度时，利用泄洪设施泄放流量的时程变化的基本形式。 下游无防洪任务的水库调洪方式 采用自由泄流或敞开泄洪的调度方式，只考虑水库工程本身的防洪安全，下泄流量不受限制。,第一节 水库运行调度,下游有防洪任务的水库调度方式 分别拟定水库本身及下游防洪各自的调度方式，考虑两者如何统一调度问题。 不考虑区间来水的调度方式。 考虑区间来水的调度方式。 水库调洪规则： 根据水库防洪调度原则和实际情况进行水库调洪，决定水库调洪方式的有关具体要求和规定，包括判别洪水大小的具体条件、控制流量的等级与数值、各

9、种调洪库容与其它防洪措施的使用方式与程序等。 几种常用判别方法及其相应的调洪方式： 最高水位判别法 最大流量判别法 综合判别法 综合考虑入库流量、水库前期蓄水量、及后期最陡退水曲线等进行判别和控制泄流的方法,第一节 水库运行调度,综合利用水库的常规调度方法 具有防洪任务的发电水库调度图（图8-6） 图8-6 具有防洪任务的发电水库调度图,第一节 水库运行调度,防洪调度线和兴利调度线不相交或仅交于一点，该图即为满足防洪和兴利要求的调度图。 防洪调度线和兴利的防破坏线相交，汛期按兴利要求的蓄水位将超过防洪限制水位，即不能保证满足下游的防洪要求；若汛期控制兴利蓄水位不超过防洪限制水位，汛后将不能保证

10、设计保证率以内年份的正常供水，将影响兴利效益的发挥。修正方法： 水库以兴利为主（图8-7） 水库以防洪为主。 为充分发挥水库效益，使防洪与兴利尽可能地结合起来，应利用水文预报进行防洪预报调度。 具有发电和灌溉任务的水库调度 水电站上游库区引水灌溉时的水库调度 水电站下游有引水灌溉时的水库调度,第一节 水库运行调度,图8-7 防洪与兴利调度线组合图,第一节 水库运行调度,水库群联合调度 水电站库群、非发电库群联合调度 水库群兴利调度 水库群防洪调度 根据水库群的结构确定总防洪库容以及各水库必需防洪库容，对防洪库容进行分配，方法有各水库蓄洪抵偿系数分配法、各水库总兴利效益最大或总兴利损失最小法、总

11、年费用最小分配法。 在分配方案选定后，用典型设计洪水进行各水库调洪和下游泄流演算，校核是否满足下游防洪要求，确定是否要加大总防洪库容。 最后选定水库群的防洪调度方式，进行水库群调度。,第一节 水库运行调度,水库优化调度 根据对水库入库径流的处理方法将水库优化调度分为确定型和随机型两大类。 径流描述 确定型描述 概率型描述 随机序列模型 数学模型 水库优化调度的数学模型由最优化的目标函数和约束条件组成，分为静态模型和动态模型、确定性模型和随机模型、线性模型和非线性模型。 最优准则。 它是衡量水库运行方式是否达到最优的标准。,第一节 水库运行调度,目标函数： （8-1） 其中，xi为决策变量；sj

12、为状态变量；pk为系统参数。 水库优化调度目标函数的具体形式依所拟定的最优准则而定。 以防洪为单一目标的水库，最优准则可归纳为三种形式： 最大削峰准则； 最短洪水淹没历时准则； 最小洪灾损失或最小防洪费用准则。 最大削峰准则的水库优化调度的目标函数： 无区间洪水时 （8-2） 有区间洪水时 （8-3） 若水电系统以水电站群发电量最大为最优准则，则水库群优化调度的目标函数可写为： （8-4）,第一节 水库运行调度,约束条件 水库运行过程中蓄水量（或蓄水位）的限制，水库泄水能力的限制，水电站装机容量的限制，水库及下游防洪要求限制和水量与电量平衡的限制，以及调度时必须考虑的边界条件等 最优化方法 古

13、典微分法、拉格朗日乘数法、变分法、数学规划法（线性规划、非线性规划、动态规划等） 考虑水质问题的优化调度,第二节 水资源合理配置,概述 水资源配置的涵义 涵义： 在流域或特定的区域范围内，遵循有效性、公平性和可持续性的原则，利用各种工程与非工程措施，按照市场经济的规律和资源配置准则，通过合理抑制需求、保障有效供给、维护和改善生态环境质量等手段和措施，对多种可利用水源在区域间和各用水部门间进行的配置。 水资源合理配置的实质：提高水资源的配置效率（水的分配效率、水的利用效率）。 现行水资源配置模式：市场配置、行政配置、用户参与式配置以及综合配置模式。 我国水资源配置： 第一阶段（19491965年

14、），供水不收费，水资源配置是国家按需无偿配置； 第二阶段（19651978 年），水资源所有权益和经营权益有所体现，但仍属于计划经济下的水资源低价配置模式； 第三阶段（1978 年至今），水资源产权和配置制度改革和政策变迁的时期, 经济杠杆成为主要调控手段之一，多元化配置机制也逐渐发挥效应。,第二节 水资源合理配置,水资源配置的内容及主要任务 水资源合理配置的目标是： 通过对水资源在时间、空间、数量和质量上分配，解决各种水资源供需矛盾（包括各地区与部门用水竞争、经济与生态环境用水效益、当代社会与未来社会用水等等），从有限的水资源获得最大的利用效益，满足社会、经济、生态的协调的、可持续的发展。

15、水资源配置的内容： 社会经济发展问题 水环境污染问题 水资源需求问题 水价问题 水资源开发利用方式、水利工程布局等问题 供水效益问题 生态环境问题 供需平衡分析问题 技术与方法研究问题 水资源管理问题,第二节 水资源合理配置,对水资源进行合理配置，就是要实现以下主要任务： 建设节水治污型社会 制定水资源战略规划 实施跨流域调水 开发利用多种水源 建立指标体系 深化水管理体制改革 水资源配置的原则 公平性原则 高效性原则 可持续原则 优先性原则,第二节 水资源合理配置,水资源配置技术简介 水资源配置技术分类 按范围分：子系统级别、区域尺度、流域尺度、跨流域尺度等； 按建模技术方法分：模拟模型、优

16、化模型、模拟优化相结合的综合模型。术作简要介绍。 建模技术 模拟模型 根据模拟的对象不同，模拟模型包括流域径流模拟，如AQUATCOL模型；流域水质模拟模型；流域水权模拟模型；综合流域模拟模型等。 国外较有影响的几个模型 优化模型 优化模型基本类型： 水文优化模型，目标是在水文规范的要求下优化配置部门内部的水资源； 经济优化模型，通过水资源的优化配置，优化部门间的水资源配置，而其它准则，如公平性和环境质量等也应该在模型中考虑到。 模拟和优化综合模型,第二节 水资源合理配置,需水预测 需水量预测： 根据用水量的历史资料，考虑现实条件与环境的变化，运用适当的技术与方法，对未来需水量进行估计和推测。 需水预测方法： 趋势分析法 指数分析法 回归分析法 灰色预测模型法 判断预测法 因果预测法,第二节 水资源合理配置,方案评价 指标体系的确定 现有评价指标体系大多是为评价区域/流域的社会经济可持续发展水平、水资源开发利用水平、