本發(fā)明涉及水庫(kù)調(diào)度決策，具體地指一種水庫(kù)防洪調(diào)度方案的階梯狀修正方法。

背景技術(shù)：

1、水庫(kù)防洪調(diào)度是指利用水庫(kù)的調(diào)蓄作用和控制能力，有計(jì)劃地控制調(diào)節(jié)洪水，以避免下游防洪區(qū)的洪災(zāi)損失。目前，水庫(kù)防洪調(diào)度的研究主要聚焦于調(diào)度方法理論，卻忽視了對(duì)調(diào)度模型計(jì)算結(jié)果合理性與實(shí)操性的深入探討。這種偏向常導(dǎo)致計(jì)算方案成果在實(shí)際應(yīng)用中難以直接運(yùn)用和提供有效的決策支持。

2、具體地，在水庫(kù)防洪調(diào)度領(lǐng)域，優(yōu)化調(diào)度模型和規(guī)則調(diào)度模型求解結(jié)果可能會(huì)遭遇下泄流量(即決策變量)的突變與鋸齒狀波動(dòng)問題。在實(shí)際操作中，下泄流量的突變和鋸齒狀波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致水庫(kù)調(diào)度難度增加、操作困難，同時(shí)也可能會(huì)影響水庫(kù)防洪安全，并加劇下游洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和造成生態(tài)環(huán)境破壞。對(duì)于優(yōu)化調(diào)度模型而言，優(yōu)化算法在尋找最優(yōu)解的過程中，可能會(huì)因?yàn)槟繕?biāo)函數(shù)的復(fù)雜性和約束條件的多樣性而產(chǎn)生不連續(xù)的搜索路徑，從而導(dǎo)致下泄流量的突變和鋸齒狀波動(dòng)。而對(duì)于規(guī)則調(diào)度模型而言，調(diào)度規(guī)程通?；谒畮?kù)入庫(kù)條件和下游防護(hù)對(duì)象的水位流量條件制定，但制定規(guī)程時(shí)往往顆粒度較粗，導(dǎo)致相鄰時(shí)段間調(diào)度條件發(fā)生變化時(shí)調(diào)度規(guī)程的頻繁交替，進(jìn)而造成下泄流量的來回波動(dòng)。

3、因此，如何解決水庫(kù)防洪調(diào)度模型計(jì)算方案成果下泄流量的突變與鋸齒狀波動(dòng)問題，提高調(diào)度模型的實(shí)用性和準(zhǔn)確性，是目前水庫(kù)管理領(lǐng)域亟需攻克的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服上述技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種水庫(kù)防洪調(diào)度方案成果的階梯狀修正方法，解決傳統(tǒng)水庫(kù)防洪調(diào)度模型在面臨不確定性邊界條件和高度非線性特征求解問題時(shí)，計(jì)算方案成果可能會(huì)遭遇的下泄流量(即決策變量)的突變與鋸齒狀波動(dòng)問題，提高模型的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種水庫(kù)防洪調(diào)度方案的階梯狀修正方法，包括以下步驟：

4、1)基于水庫(kù)防洪調(diào)度模型，獲得水庫(kù)防洪調(diào)度方案；所述水庫(kù)防洪調(diào)度方案包括水庫(kù)各時(shí)段出庫(kù)流量；

5、2)對(duì)所述水庫(kù)各時(shí)段出庫(kù)流量進(jìn)行平滑處理，得到平滑處理后的各時(shí)段出庫(kù)流量；

6、3)設(shè)定水庫(kù)調(diào)度階梯窗口和階梯窗口內(nèi)水庫(kù)允許出庫(kù)流量操作變幅；所述階梯窗口為修正采用的時(shí)段長(zhǎng)度，操作變幅是指階梯窗口內(nèi)的出庫(kù)流量允許變化的幅度；

7、4)對(duì)各個(gè)所述階梯窗口內(nèi)平滑處理后的各時(shí)段出庫(kù)流量進(jìn)行計(jì)算獲得階梯窗口內(nèi)斜率和截距；

8、5)判斷所述斜率是否大于對(duì)應(yīng)階梯窗口內(nèi)水庫(kù)允許出庫(kù)流量操作變幅；

9、5.1)如果斜率≤階梯窗口內(nèi)水庫(kù)允許出庫(kù)流量操作變幅，以階梯窗口內(nèi)平滑處理后的出庫(kù)流量平均值作為階梯窗口內(nèi)各時(shí)段修正后的出庫(kù)流量；

10、5.2)如果斜率>階梯窗口內(nèi)水庫(kù)允許出庫(kù)流量操作變幅，基于階梯窗口和階梯窗口內(nèi)的初始出庫(kù)流量重新計(jì)算獲得新的斜率、截距和出庫(kù)流量，并判斷新的出庫(kù)流量是否滿足約束條件：

11、a、如果新的出庫(kù)流量不滿足約束條件，則回到步驟2)，根據(jù)約束條件對(duì)步驟2)中平滑處理后的各時(shí)段出庫(kù)流量再次進(jìn)行平滑處理后依次進(jìn)行步驟3)～5)；

12、b、如果新的出庫(kù)流量滿足約束條件，則以重新計(jì)算的新的斜率的絕對(duì)值為速率進(jìn)行出庫(kù)流量的增加或減少；

13、6)根據(jù)水庫(kù)各個(gè)階梯窗口內(nèi)修正后的各時(shí)段新的出庫(kù)流量生成新的調(diào)度方案。

14、進(jìn)一步地，所述水庫(kù)防洪調(diào)度模型包括優(yōu)化調(diào)度模型。

15、作為優(yōu)選方案，步驟2)中，所述平滑處理采用移動(dòng)平均法。

16、進(jìn)一步地，所述平滑處理采用的公式如下：

17、

18、式中，n為平滑移動(dòng)窗口大小，根據(jù)實(shí)際需求確定；yi為經(jīng)平滑處理后的i時(shí)段出庫(kù)流量；qi為所述水庫(kù)防洪調(diào)度方案中i時(shí)段出庫(kù)流量。

19、進(jìn)一步地，步驟3)中，所述水庫(kù)調(diào)度階梯窗口m和階梯窗口內(nèi)水庫(kù)允許出庫(kù)流量操作變幅allowq，根據(jù)水庫(kù)調(diào)度的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定；階梯窗口是指一次修正計(jì)算的時(shí)段數(shù)，操作變幅是指階梯窗口內(nèi)的出庫(kù)流量變幅。也可理解為，階梯窗口是指水庫(kù)可按照某一套固定的流程進(jìn)行操作的時(shí)長(zhǎng)，操作變幅是指水庫(kù)可按照某一套固定的流程進(jìn)行操作的出庫(kù)流量變幅。

20、作為優(yōu)選方案，步驟4)中，所述斜率和截距通過最小二乘法進(jìn)行計(jì)算。

21、進(jìn)一步地，所述斜率的計(jì)算公式如下：

22、

23、所述截距的計(jì)算公式為：

24、

25、式中，為階梯窗口m內(nèi)平滑處理后各時(shí)段的出庫(kù)流量平均值，為階梯窗口m內(nèi)各時(shí)段i的平均值；i0代表階梯窗口m內(nèi)的初始時(shí)段；yi為階梯窗口內(nèi)i時(shí)段平滑處理后的出庫(kù)流量。

26、優(yōu)選地，所述時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)為1h。

27、作為優(yōu)選方案，步驟5)中，如果斜率>階梯窗口內(nèi)水庫(kù)允許出庫(kù)流量操作變幅，新的出庫(kù)流量ynew的計(jì)算公式如下：

28、

29、其中，為新斜率，＝為新截距。

30、如果出庫(kù)流量設(shè)置的斜率和截距需重新賦值，解決階梯窗口間出庫(kù)流量首尾值設(shè)置不一致的問題。

31、進(jìn)一步地，所述新斜率和新截距的計(jì)算公式如下：

32、

33、其中，ybegin代表當(dāng)前階梯窗口的上一個(gè)階梯窗口最后一個(gè)時(shí)段的修正后出庫(kù)流量。

34、作為優(yōu)選方案，步驟5)中，所述約束條件包括相鄰時(shí)段的流量與變幅關(guān)系、最大出庫(kù)和最小出庫(kù)約束、水量平衡關(guān)系、水位-庫(kù)容關(guān)系和非負(fù)約束。

35、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

36、本發(fā)明通過引入階梯狀修正策略，對(duì)水庫(kù)調(diào)度模型求解出的出庫(kù)流量進(jìn)行平滑處理，避免了出庫(kù)流量的突變和鋸齒狀波動(dòng)，同時(shí)考慮了多種邊界條件和影響因素，使得修正后的方案更加符合實(shí)際情況，為水庫(kù)調(diào)度提供了更加科學(xué)、合理的決策支持。

技術(shù)特征：

1.一種水庫(kù)防洪調(diào)度方案的階梯狀修正方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯狀修正方法，其特征在于：所述水庫(kù)防洪調(diào)度模型包括優(yōu)化調(diào)度模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯狀修正方法，其特征在于：步驟2)中，所述平滑處理采用移動(dòng)平均法。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的階梯狀修正方法，其特征在于：所述平滑處理采用的公式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯狀修正方法，其特征在于：步驟3)中，所述水庫(kù)調(diào)度階梯窗口m和階梯窗口內(nèi)水庫(kù)允許出庫(kù)流量操作變幅allowq，根據(jù)水庫(kù)調(diào)度的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯狀修正方法，其特征在于：步驟4)中，所述斜率和截距通過最小二乘法進(jìn)行計(jì)算。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的階梯狀修正方法，其特征在于：所述斜率的計(jì)算公式如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯狀修正方法，其特征在于：所述時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)為1h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯狀修正方法，其特征在于：步驟5)中，如果斜率>階梯窗口內(nèi)水庫(kù)允許出庫(kù)流量操作變幅，新的出庫(kù)流量ynew的計(jì)算公式如下：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的階梯狀修正方法，其特征在于：所述新斜率和新截距的計(jì)算公式如下：

11.根據(jù)權(quán)利要求1～10任意一項(xiàng)所述的階梯狀修正方法，其特征在于：步驟5)中，所述約束條件包括相鄰時(shí)段的流量與變幅關(guān)系、最大出庫(kù)和最小出庫(kù)約束、水量平衡關(guān)系、水位-庫(kù)容關(guān)系和非負(fù)約束。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種水庫(kù)防洪調(diào)度方案的階梯狀修正方法，包括以下步驟：基于水庫(kù)防洪調(diào)度模型，獲得水庫(kù)各時(shí)段出庫(kù)流量；對(duì)出庫(kù)流量進(jìn)行平滑處理、計(jì)算階梯窗口內(nèi)斜率和截距并根據(jù)斜率和階梯窗口內(nèi)水庫(kù)允許出庫(kù)流量操作變幅確定修正方案；根據(jù)水庫(kù)各個(gè)階梯窗口內(nèi)修正后的各時(shí)段新的出庫(kù)流量生成新的調(diào)度方案。本發(fā)明通過引入階梯狀修正策略，對(duì)水庫(kù)調(diào)度模型求解出的出庫(kù)流量進(jìn)行平滑處理，避免了出庫(kù)流量的突變和鋸齒狀波動(dòng)，同時(shí)考慮了多種邊界條件和影響因素，使得修正后的方案更加符合實(shí)際情況，為水庫(kù)調(diào)度提供了更加科學(xué)、合理的決策支持。

技術(shù)研發(fā)人員：劉昱,唐海華,馮快樂,丁小玲,黃瓅瑤,劉志鵬,季振宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15