闸坝群水质－水量多目标联合调度及风险分析技术_管理技术_水专项_技术

应用领域：闸坝群“防洪、防污、供水”于一体的水质－水量多目标联合调度及风险分析

技术应用形成：; 药剂; 菌剂; 材料; 仪器; 装备; 服务; 其他;

技术成熟度：推广应用; 示范工程; 中试; 推广应用; 产业化; 市场化;

知识产权形式：自主研发

技术简介/摘要

一、基本原理

针对流域水文水质要素特性及空间分布的特点，对多维复杂系统进行分解，建立多目标水质水量联合调度数学模型；分析不同雨水情下，闸坝水质水量联合调度的规律，提出了“防污三段调度法”，在历史仿真调度模拟中取得了良好的效果；在河流水环境系统不确定分析的基础上，分析了影响水质水量联合调度的不确定性因素，建立了基于copula函数的水量水质联合调度风险率计算方法和调度方案模糊优选方法，提出了流域防污体系与防污标准概念，探讨了基于copula函数的流域防污标准确定方法。

二、工艺流程

系统主要功能包括地理信息查询、实时水情监测、优化调度、风险分析、配置管理等5大模块。

三、关键技术

建立了以多闸坝重污染河流污染事故控制为核心的河流水质-水量联合调度模型，突破了多闸坝重污染河流水质-水量联合调度关键技术；实现了多闸坝重污染河流水质-水量联合调度方案模糊优选，突破了多闸坝重污染河流水质-水量联合调度的风险分析技术。

推广应用案例

针对流域水文水质要素特性及空间分布的特点，对大系统进行分解，建立了多目标水质水量联合调度数学模型；分析了不同雨水情情景下，闸坝水质水量联合调度的规律，提出了“防污三段调度法”，在历史仿真调度模拟中取得了良好的效果；在河流水环境系统不确定分析的基础上，分析了影响水质水量联合调度的不确定性因素，建立了基于copula函数的水量水质联合调度风险率计算方法和调度方案模糊优选方法，提出了流域防污体系与防污标准概念，探讨了基于copula函数的流域防污标准确定方法。主要技术指标和参数:

（1）闸坝群水质水量联合调度模型及求解

针对闸坝群水质水量联合调度系统要素特性及空间分布的特点，采用大系统分解法将系统分解为子系统。分解后的子系统将通过关联因素起整体的耦合作用。建立水质水量联合调度的数学模型。目标函数包括防污目标函数、防洪目标函数、供水目标函数。根据分期调度的主要矛盾，拟将防洪目标、供水作为约束条件，将多目标问题转化为单目标问题进行求解。约束条件包括水库（闸坝）水量平衡约束、库容（闸坝）约束、泄流特性约束、水库（闸坝）综合利用约束、水库（闸坝）引水约束、水库（闸坝）水质平衡约束、汇流节点水量平衡条件、汇流节点水质平衡条件、洪水演进方程、水质演进方程。

根据模型的实际结构，采用大系统分解协调方法进行整体优化；基于闸坝对突发污染事件的预报预警技术，构建多调度情景，进行大规模优化计算。

（2）闸坝群水质水量联合调度的防污三段调度法

调度过程可以划分为三期：洪水预见期、涨水期、退水期。

洪水预见期（预泄）：在洪水来临之前，闸坝利用水环境容量，尽量下泄，一方面减轻污染水体对干流的污染，另一方面为汛期防污调度留出库容。

涨水期（蓄水）：在洪水来临时，要充分利用闸坝所形成的河道库容，进行调蓄，延长污染水下泄时间，尽可能减缓污染水体对干流的影响。

退水期（泄水）：洪峰到来之后，可根据后期天气预报情况，协调防洪与兴利之间的矛盾，合理确定控制水位，或者维持高水位，来多少泄多少；或者降低期末水位，按照入库流量与上一时刻的下泄流量的平均值下泄。

污染水体浓度极值一般出现在洪水预见期。

（3）水质水量联合调度风险分析与模糊优选

河流水质水量联合调度风险识别：是指找出造成水质水量联合调度风险的不确定因素，并对其重要性做出排序。河流水质水量联合调度风险的识别是指在对河流水环境系统不确定分析的基础上，分析联合调度风险的形成机理，找出对影响水质水量联合调度风险的各种不确定性因素，并对其作定性描述或定量分析。河流水质水量联合调度风险的识别选用故障树分析方法。河流水质水量联合调度风险因子包括：水文风险因子、气象风险因子、水力风险因子、水质风险因子、调度方案风险因子。

调度方案模拟与模糊优选：应用随机模拟方法，生成不同来水和水质条件组合形成的调度情景共1000种，应用水量水质联合调度模拟BP人工神经网络水量模型、高锰酸盐指数模拟模型和氨氮模拟模型，预测水质达标控制断面水质状况，分别计算高锰酸盐指数和氨氮的水质超标概率。采用多目标模糊综合评价法对调度方案作出综合评价。

（4）水质水量联合调度风险分析

通过对水质超标风险率、防洪风险率和供水风险率的分析计算，采用多目标模糊优选方法对水质水量联合调度方案进行优劣排序，并进行风险综合分析。

工艺流程图：