水庫調(diào)度與防洪度汛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

吳漢青

【摘要】近幾年，隨著我國大力發(fā)展水電方針的落實，水電事業(yè)得到快速發(fā)展。截至2015年底，全國水電裝機達3.2億kW，占全國總裝機容量的21.2%，全國水電年發(fā)電量9960億kW·h，占總發(fā)電量的17.7%。與此同時，水電站水庫調(diào)度技術(shù)得到了較大發(fā)展，已形成國家電網(wǎng)水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)，為各級調(diào)度機構(gòu)進行科學(xué)的水庫調(diào)度發(fā)揮了積極作用，梯級水庫集控技術(shù)也得到飛速發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】水庫調(diào)度；防洪度汛；發(fā)展現(xiàn)狀；展望

1、水庫調(diào)度工作進展

我國系統(tǒng)地研究水庫優(yōu)化調(diào)度問題開始于20世紀(jì)80年代。1981年，張勇傳在研究兩并聯(lián)水電站水庫的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度問題時，利用了大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)的觀點，先把兩水庫聯(lián)合優(yōu)化問題變成兩個水庫的單庫優(yōu)化調(diào)度問題，然后在兩水庫單庫最優(yōu)策略的基礎(chǔ)上引入偏優(yōu)損失最小作為目標(biāo)函數(shù)，對單庫最優(yōu)調(diào)度策略進行調(diào)整，最后求得整體最優(yōu)解。此后，多位學(xué)者對水庫群優(yōu)化調(diào)度進行了深入研究，取得了豐富的研究成果。水庫優(yōu)化調(diào)度研究主要解決兩方面的問題，一是如何確定水庫的最優(yōu)準(zhǔn)則、建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；二是如何選擇求解數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)方法。結(jié)合當(dāng)前研究現(xiàn)狀，梯級水庫群調(diào)度研究進展有：以運籌學(xué)理論為主體，序列運算理論、決策論、系統(tǒng)參數(shù)辨識理論、群集智能與計算機技術(shù)相結(jié)合，理論研究豐富且趨于多元化、交叉等綜合發(fā)展；傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化算法（如線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)）算法改進趨于完善，基本上克服了梯級調(diào)度中的“維數(shù)災(zāi)”；水文預(yù)報發(fā)展大大提高了徑流預(yù)報精度和預(yù)見期，確定性優(yōu)化調(diào)度優(yōu)勢明顯；現(xiàn)代智能優(yōu)化算法如遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法、混沌理論、模擬退火算法、克隆選擇算法、差分進化算法等算法，以及其改進算法研究如火如荼。啟發(fā)式規(guī)劃方法如遺傳算法（GA）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）等與傳統(tǒng)優(yōu)化方法相比，通?？梢缘玫饺肿顑?yōu)解；根據(jù)實際情況將多種方法耦合也是一種研究水庫群優(yōu)化調(diào)度的途徑。

近年來，隨著電力市場的建設(shè)，許多學(xué)者研究了電力市場環(huán)境下梯級水電站優(yōu)化調(diào)度的模型和算法，將上網(wǎng)電價作為約束條件，研究梯級電站經(jīng)濟運行的收益最大目標(biāo)，如蔡興國等提出了以火電廠總的購電費用最小為目標(biāo)的水電站優(yōu)化調(diào)度模型，并用改進的網(wǎng)絡(luò)流算法對其進行求解；李承軍等建立了以期望調(diào)峰效益最大為目標(biāo)的模型等。

光伏發(fā)電具有隨機性、間歇性和周期性的特點，大容量并網(wǎng)光伏電站電能的送出與消納、電站的運行控制、電網(wǎng)的調(diào)峰、電能質(zhì)量、抗擾動能力等因素對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來一定的影響。黃河公司已開展龍羊峽水電站水光互補研究，提出將光伏電站視為龍羊峽水電站的“虛擬水電機組”的概念，把光伏電站接入龍羊峽水電站，利用龍羊峽水電站330kVGIS備用間隔及送出線路接入電網(wǎng)，提出水電調(diào)節(jié)光伏發(fā)電的設(shè)想，通過水電與光電聯(lián)合運行，利用水電資源豐富、調(diào)節(jié)性能好的特點對光電進行補償，大大減弱光伏發(fā)電對電網(wǎng)運行的不利影響。大規(guī)模水光互補關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用的成功，對國內(nèi)外其他水光互補項目具有指導(dǎo)意義，對推動我國新能源行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，促進能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展作用重大，對未來行業(yè)或國家規(guī)范的制定或修訂必將起到積極的推動作用，開啟了新能源開發(fā)建設(shè)的新模式，具有較高的社會經(jīng)濟效益。

水庫優(yōu)化調(diào)度研究主要集中在模型和算法上，且研究對象多是單一水庫電站，對于由多個年調(diào)節(jié)性水庫組成的梯級水庫群的優(yōu)化調(diào)度，還需進一步研究完善；隨著生態(tài)調(diào)度的不斷進展，對水庫優(yōu)化調(diào)度提出了更多的約束條件；對于小型水庫群，易于實際操作的簡易優(yōu)化調(diào)度方法的研究更具有實際意義。

2、防洪度汛工作進展

2.1洪水調(diào)度方案編制

水庫防洪調(diào)度是依據(jù)相關(guān)法律法規(guī)和上級批復(fù)的水庫防洪預(yù)案，依照編制的操作規(guī)程進行水庫入、出庫水量的調(diào)度，確保工程安全度汛和工程發(fā)揮最大經(jīng)濟效益。按照洪水調(diào)度權(quán)限，全國大江大河流域機構(gòu)制定防御洪水方案，報國務(wù)院批準(zhǔn)，目前黃河、長江、松花江、淮河等已完成，年度洪水調(diào)度方案報水利部，其他水庫防洪調(diào)度運用計劃按《水庫大壩安全管理規(guī)定》由業(yè)主編制，報有相應(yīng)調(diào)度權(quán)限的水行政部門（省、地市、縣水利廳局）審批。

2.2洪水應(yīng)急管理

目前國外發(fā)達國家就流域梯級水電站安全應(yīng)急管理與協(xié)調(diào)機制的立法均較為完備。我國有關(guān)法律涉及應(yīng)急的內(nèi)容較為原則、抽象，可操作性不強，缺乏對危機預(yù)警機制、資源儲備與調(diào)動機制、災(zāi)后補償機制的規(guī)定。為此由水電水利規(guī)劃設(shè)計總院牽頭，聯(lián)合國內(nèi)大型水電公司、設(shè)計院承擔(dān)“流域梯級水電站安全與應(yīng)急研究”課題研究，主要目的是提出適應(yīng)于我國流域水電安全與應(yīng)急特點的安全與應(yīng)急管理機制、安全與應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)體系等，為完善我國流域梯級水電站安全與應(yīng)急管理體制機制提出建議，建立流域梯級水電站安全與應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范流域梯級水電站安全與應(yīng)急管理，建成智慧型流域梯級水電站安全與應(yīng)急綜合信息試驗平臺，為政府應(yīng)急管理決策提供技術(shù)支撐，提升流域梯級水電站安全應(yīng)急管理能力和水平，保障人民生命財產(chǎn)安全。

3、未來發(fā)展趨勢

隨著系統(tǒng)科學(xué)理論、方法和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展、以及大規(guī)模梯級水庫群的形成，水庫優(yōu)化調(diào)度研究將緊跟現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將理論研究應(yīng)用到生產(chǎn)實際中，并在生產(chǎn)實踐中不斷完善理論成果，在更大范圍內(nèi)開展研究。具體講水庫調(diào)度方面發(fā)展三大趨勢：一是研究新環(huán)境下，高維梯級水電站水庫調(diào)度最優(yōu)準(zhǔn)則、數(shù)學(xué)模型的建立及求解方法；二是深入生產(chǎn)實際，了解優(yōu)化調(diào)度的各種約束條件，描述各約束條件之間的關(guān)系，使理論與實際更加緊密地結(jié)合；三是電力市場下開展水電與火電、光伏及風(fēng)電等多能源互補研究。防洪調(diào)度領(lǐng)域科技發(fā)展體現(xiàn)的三大趨勢：一是自然科學(xué)中相關(guān)學(xué)科的深入與綜合，同時社會科學(xué)在交叉領(lǐng)域的開拓與交融，非工程措施得以加強；二是基于風(fēng)險的洪水管理得到發(fā)展；三是強化整體論的預(yù)報集成技術(shù)逐步形成。

4、結(jié)語

對近年來水庫調(diào)度與防洪度汛兩個方面的專業(yè)發(fā)展方向進行回顧和總結(jié)，并結(jié)合當(dāng)前電力改革形勢和防洪度汛理念進行探討，在此基礎(chǔ)上對今后的發(fā)展趨勢進行了展望。

參考文獻：

（1）任明磊，何曉燕.對水庫防洪調(diào)度的認(rèn)識與探討[J].人民長江，2011.

（2）林一萍，王勇.水庫群優(yōu)化調(diào)度研究進展綜述[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2007.