水库生态调度
1.水库生态调度的基本内容
（1）一般来说，水库调度就是利用相关枢纽工程，根据当地的水文条件以及其他因素，进行综合控制水资源利用的技术手段，它对现实当中的水资源控制是很有用的。
（2）水库调度的任务：水库具有调节天然径流的作用，它不仅能防洪、灌溉，为城市提供优质水量，为工业提供廉价的电力，为交通提供经济的水运，为渔业提供丰富的水产，而且能为居民创造优美的环境，做到一库多用，充分发挥水资源的综合效益。
（3）水库调度的基本原则：在确保水电站大坝工程安全的前提下，分清发电与防洪及其他综合利用任务之间的主次关系，统一调度，使水库综合效益尽可能最大。当大坝安全与满足供电、防洪等要求有矛盾时，应满足大坝安全；当供电的可靠性与经济性有矛盾时，应先满足可靠性[1]。
2.现行的水库生态调度方式
目前，我国的水库调度主要是围绕防洪、发电、灌溉、供水、航运等综合利用效益所进行的。依据水库既定的水利任务和要求而制定的蓄泄规则，就是我们通常所说的水库调度方式。现行水库调度方式主要分为两大类，即防洪调度与兴利调度。
（1）防洪调度的主要任务是确保水库大坝安全和处理防洪与兴利的矛盾，利用水库的滞洪、错洪作用，有效地拦蓄洪水，消减洪峰流量，
保证汛期下游人民生命财产的安全。对于不承担下游防洪任务的水库而言，防洪调度的主要任务是在确保水库大坝安全的前提下充分发挥水库兴利效益；对承担下游防洪任务的水库，防洪调度的主要任务是在确保水库大坝安全的前提下处理好防洪与兴利之间的矛盾。
（2）兴利调度是指利用水库重新分配天然径流，以达到满足各兴利部门用水需要的目的。兴利调节计算的任务是在已知河川径流过程及用水要求的前提下，对研究时期的各个计算时段内水库的水量供需平衡进行计算，求出供水量、水电站出力、水库水位、蓄水量等水利水能要素的时间过程。一般是在非汛期，按照水库所承担兴利任务的重要程度，合理分配水资源，谋求经济效益最大化的调度方式。
水文ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡＨＹＤＲＯＬＯＧＹ 第２８卷第１期 ２００８年２月 Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．１Ｆｅｂ．，２００８ １引言 自然流程是江河生态系统的重要“驱动者”。大坝 建设改变了江河的自然径流状况，使大坝上游从急流 （流水）区转化为静水（滞水）区［１－３］。因此伴随有水文和生 态过程的改变。从现象上看，大坝对于河流生态系统的影响包括两个方面：一是大坝与水库本身带来的负面影响，造成大坝上下游河流地貌学特征的变化［４］。二是在大坝运行过程中对生态系统的胁迫，造成自然水文周期的人工化。 现阶段，要减轻大坝对河流生态的负面影响，应改变现行的水库调度方式，使其对河流的影响降到最小程度。而现行水库的管理制度和调度运行模式主要是考虑如何处理、协调防洪和兴利的矛盾以及利益。从河流生态系统保护的角度看，由于对水库下游生态保护和库区水环境保护重视不够，大多数的水库调度方案没有考虑坝下游生态保护和库区水环境保护的要求［５］，而对生态与环境造成了一定的负面影响。这就要求我们采取制定合理的水库调度规程的办法，把生态调度纳入水库调度统一考虑，可以弥补或减缓其造成的对生态环境的影响。探索防洪、兴利与生态协调的水库综合调度方式，建立基于河流流域生态健康的水库调度 模式。 ２生态调度 生态调度是伴随水利工程对河流生态系统健康 如何补偿而出现的一个新概念。从河流生态安全的角度讲，生态调度概念的提出具有现实意义。它的提出有助于改变人类对强加于河流的影响，是对筑坝河流的一种生态补偿。 什么是“生态调度”？它应该包括哪些方面的内容？目前学术界对“生态调度”各自提出了自己的观点，但还没有给出十分明确的定义。为保护河流生态系统，调整水库的调度规程，以提高中下游地区的生态环境质量和改善水生生物生存条件。董哲仁提出了水库多目标生态调度方法［６］，其定义为：指在实现防洪、发电、供水、灌溉、航运等社会经济多种目标的前提下，兼顾河流生态系统需求的水库调度方法。蔡其华提出［５］，在满足坝下游生态保护和库区水环境保护要求的基础上。充分发挥水库的防洪、发电、灌溉、供水、航运、旅游等各项功能，使水库对坝下游生态和库区水环境造成的负面影响控制在可承受的范围内，并逐步修复生态与环境系统。为减轻大坝对河流的生态造成的影响［７］，应在一定时期内，致力于改变水库调度 水库调度的新阶段———生态调度 王远坤１，２，夏自强１，２，王桂华１ （１．河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京２１００９８； ２．河海大学水文水资源学院，江苏南京２１００９８） 摘要：现行水库调度方式以防洪调度与兴利调度为主，从保护河流生态系统的观点看，没有涉及生态因素，调度应兼顾河流生态系统需求。分析了生态调度的内涵，介绍了国内外大型水利工程生态调度的进展情况，分析了生态调度包含的内容。在此基础上，提出了生态调度的专项调度：生态需水量调度、生态洪水调度、泥沙调度、水质调度、其他生态因子调度和涉及几个专项的综合调度。关键字：水库调度；生态调度；河流生态中图分类号：ＴＶ２１３．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－０８５２（２００８）０１－０００７－０３ 收稿日期：２００７－０４－１１ 基金项目：国家自然科学基金重大项目资助课题（３０４９０２３５）大型水利工程对重要生物资源不利影响的补偿途径作者简介：王远坤（１９８１—），男，山东济宁人，博士研究生，主要从事水文水资源和生态水利的研究。
水库群优化调度总结报告 -----水文专业 姓名： 学号： 专业： 时间： 河海大学文天学院 2013年9月
目录 一、概述 (3) 二、线性规划非线性规划方法 (4) 2.1 线性规划 (4) 2.2 非线性规划 (4) 三、动态规划（DP） (4) 四、增量动态规划（IDP） (6) 五、两时段滑动寻优算法（POA） (6) 六、轮库迭代法 (7) 七、总结 (7)
一、概述 水库优化调度是一个多阶段决策过程的最优化问题, 是在常规调度和系统工程的一些优化理论及其技术的基础上发展起来的。其基本内容可描述为:根据水库的入流过程,遵照优化调度准则,运用最优化方法,寻求比较理想的水库调度方案,使发电、防洪、灌溉、供水等各部门在整个分析期内的总效益最大。通过水库优化调度，可以解决各用水部门之间的矛盾，经济合理地利用水资源及水能资源，因而，在现今我国乃至世界水资源贫乏、开采利用不合理的情况下，水库优化调度具有非常重要的意义。开展水库的优化调度研究工作，提高水库的管理水平，几乎在不增加任何额外投资的条件下，便可获得显著的经济效益。 关于水库优化调度的研究最早从20世纪40年代开始，美国人Mases于1946年最早将优化概念引入水库优化调度。国内的相关研究则是从上世纪60年代起步。华中科技大学的张勇传是国内水库优化调度的开拓者。这些年，随着系统工程优化理论和数学规划理论的日臻完善，随着计算机技术在这两大领域的应用，水库优化调度的方法也愈加丰富。从径流描述上分，一般可分为确定型和随机型两种；从所包含的水库数目划分，可分为单库优化调度和水库群优化调度两方面。单从优化调度所采用的优化方法划分，一般可分为线性规划、非线性规划、动态规划、增量动态规划、两时段滑动寻优算法和轮库迭代法等。
水库调度研究现状及发展趋势 摘要：实施梯级水电站群联合优化运行是统筹流域上下游各电站流量、水头间的关系，从而实现科学利用水能资源的重要手段，符合建设资源节约型、环境友好型社会的要求，是实现节能减排目标的重要途径，对贯彻落实科学发展观，促进流域又好又快发展具有重要意义。本文拟介绍水库调度研究现状及发展趋势，对工程实际具有重要的理论意义。 关键词：水库;优化调度;研究形状;发展趋势 随着水电发展的规划推进落实，大型流域梯级水库群将逐步形成，其联合调度运行必将获得巨大的电力补偿效益和水文补偿效益，同时在实际工程中也会不断涌现新的现象和问题。在新形势下综合考虑梯级上下游电站之间复杂的水力、电力联系，开展梯级水库群联合调度新的优化理论与方法应用研究，统筹协调梯级水库群上下游电站各部门的利益及用水需求，结合工程实际探索梯级水库群联合优化调度的多目标优化及决策方法，实现流域水能资源的高效利用、提高流域梯级水库群的联合运行管理水平乃至达到流域梯级整体综合效益的最大化，对缓解能源短缺、落实科学发展观、贯彻国家“节能 减排”战略以及履行减排承诺均具有重要的理论指导意义和工程实用价值[1]。 1 水库调度研究现状 水库调度研究，按其采用的基本理论性质划分，可分为常规调度(或传统方法)和优 化调度[2]。常规调度，一般指采用时历法和统计法进行水库调度;优化调度则是一种以 一定的最优准则为依据，以水库电站为中心建立目标函数，结合系统实际，考虑其应满足的各种约束条件，然后用最优化方法求解由目标函数和约束条件组成的系统方程组， 使目标函数取得极值的水库控制运用方式 [3]。 常规调度 常规调度主要是利用径流调节理论和水能计算方法来确定满足水库既定任务的蓄泄过程，制定调度图或调度规则，以指导水库运行。它以实测资料为依据，方法比较简单直观，可以汇入调度和决策人员的经验和判断能力等，所以是目前水库电站规划设计阶段以及中小水库运行调度中通常采用的方法。但常规方法只能从事先拟定的极其有限的方案中选择较好的方案，调度结果一般只是可行解，而不是最优解，且该方法难以处理多目标、多约束和复杂水利系统的调度问题。 优化调度 为了充分利用有限的水资源，国内外从上世纪50年代起兴起了水库优化调度研究。其核心有两点:一是根据某种准则建立优化调度模型，二是寻找求解模型的优化方法。 1946年美国学者Masse最早引入优化概念解决水库调度问题。1955年美国人Little[4]采
水库多目标生态调度 董哲仁孙东亚赵进勇 中国水利水电科学研究院，100038 摘要：本文分析了现行水库调度方法的不足，指出应在实现社会经济多种目标的前提下，兼顾河流生态系统需求,实行水库的多目标生态调度。文章讨论了水库多目标生态调度的方法，包括建立相应法规体系；保证维持下游河道基本生态功能的需水量；模拟自然水文情势的水库泄流方式；进行水库泥沙调控及水库富营养化控制；减轻水体温度分层影响；进行防污调度以及增强水系连通性等方面的调度技术。 水库蓄水运行后，对于河流上下游的物理性质的负面影响可以划分为两类：第一类问题是栖息地特征变化，主要指库区淹没、泥沙淤积，水库下游冲刷引起河势变化，河湖联通关系的变化等，由此引起栖息地特征的变化，进而影响生境质量。第二类问题是水文、水力学因子影响，即流量、流速、水温、水质和水文情势等变化，由于水文、水力学因子变化，引起生态过程的变化。解决第一类问题主要靠河流生态修复工程。解决第二类问题的手段，目前可能选择的办法是改善现行的水库调度方法，在不影响水库的社会经济效益的前提下，尽可能满足水生生物对于水文、水力学因子的需求。另外，采用新的水库调度模式对于减轻水库淤积，改善河湖联通性等也会带来益处。可以说，实施“水库的多目标生态调度”，是对筑坝河流的一种生态补偿（图1）[1][2]。 图1 水库运行的生态影响及生态补偿 （左侧为水利工程生态影响机理，右侧为生态补偿方法）
这里不妨给“水库多目标生态调度方法”这样的定义：水库多目标生态调度方法是指在实现防洪、发电、供水、灌溉、航运等社会经济多种目标的前提下，兼顾河流生态系统需求的水库调度方法。 1 现行水库调度方式的缺陷 至今沿用“水库调度方式”，是指依据水库担负的社会经济任务而制定的蓄泄规则。现行的水库调度方式主要有两大类，即防洪调度和兴利调度。我国的大多数水库都具有防洪、发电、供水、灌溉等综合功能，而每一座水库的功能有所侧重。现行水库调度方式的主要缺陷，是注重发挥水库的社会经济功能，力求经济效益的最大化，但是忽视对于水库下游及库区的生态系统需求。主要表现在以下方面： 1.1 河流生态最小需水量 以发电为主要功能的水库，在进行发电和担负调峰调度运行时，发电效益优先，往往忽视下游河流廊道的生态需求，下泄流量无法满足最低生态需水量的要求。还有一种情况是引水式水电站，运行时水流引入隧洞或压力钢管，进水口前池以下河道不下泄水流，造成若干公里的河段脱流、干涸，对于河流的沿河植被、哺乳动物和鱼类造成毁灭性的破坏。我国最典型的案例当数岷江干支流水电开发的生态影响问题。 在我国北方，水库的兴建为发展灌溉事业和供水提供了巨大的机会。但是，通过水库和闸坝大量引水，导致下游河道的断流、干涸，河流廊道生态系统受到破坏。 1.2 水文情势变化对于生物的影响 水文情势（ecological regime ）主要指水文周期过程和来水时间。未经改造的天然河流随着降雨的年内变化，形成了径流量丰枯周期变化规律。在雨季洪水过程陡峭形成洪峰，随后洪水消落，趋于平缓，逐渐进入枯水季节。在数以几十万年甚至数百万年的河流生态系统演变过程中，河流年内径流的水文过程是河流水生动植物的生长繁殖的基本条件之一。如同年内季节气温、降雨的周期变化一样，具有周期性的水文过程也是塑造特定的河流生态系统的必要条件，成为生物的生命节律信号。研究表明，水文周期过程是众多植物、鱼类和无脊椎动物的生命活动的主要驱动力之一。比如据1965年调查资料显示，长江的四大家鱼每年5~8月水温升高到18℃以上时，如逢长江发生洪水，家鱼便集中在重庆至江西彭泽的38处产卵场进行繁殖。产卵规模与涨水过程的流量增量和洪水持续时间有关。如遇大洪水则产卵数量很多，捞苗渔民称之为“大江”，小洪水产卵量相对较小，渔民称为“小江”。家鱼往往在涨水第一天开始产卵，如果江水不再继续上涨或涨幅很小，产卵活动即告终止。在长江中游段5~6月家鱼繁殖量占繁殖季节的70~80 ％。另外，依据洪水的信号，一些具有江湖洄游习性的鱼类或者在干流与支流之间洄游的鱼类，在洪水期进入湖泊或支流，随洪水消退回到干流。比如属于国家一级保护动物的长江鲟，主要在宜昌段干流和金沙江等处活动。春季产卵，产卵场在金沙江下游至长江上游的和江处。在汛期，长江鲟则进入水质较清的支流活动[3]。 河流建设大坝以后，水库按照社会经济效益原则和既定的调度方案实施调度。在汛期利用水库调蓄洪水、削减洪峰，控制下泄流量和水位，确保下游防洪安全。在非汛期调度运行中，利用水库调节当地水资源的年内分布的丰枯不均，无论是发电、供水还是灌溉等用途，都趋于使水文过程均一化，改变了自然水文情势的年内丰枯周期变化规律，这些变化无疑影响了生态过程。首先是大量水生生物依据洪水过程相应进行的繁殖、育肥、生长的规律受到
《水库群优化调度》教学大纲 一、课程编号：0101041 二、课程名称：水库群优化调度 (Optimal Operation of Reservoir Systems) 三、学分、学时：1学分； 16学时 四、教学对象：水文与水资源工程专业本科生 五、开课单位：水资源环境学院 六、先修课程：水利计算，运筹学，工程经济学 七、课程性质、作用、教学目标 本课程为水文与水资源工程专业选修课程，主要讲解最优化理论在水库运行管理中的应用。通过学习使学生能从事水电系统运行管理，水库运行管理，水利系统综合规划等方面的工作。 八、教学内容 第一章概述 第一节引言 第二节系统与系统分析 第三节径流特征及其处理 第二章单库发电优化调度 第一节引言 第二节动态规划模型 第三节动态解析模型 第四节水电站机组负荷分配 第三章库群发电优化调度 第一节数学模型 第二节增量动态规划轮库迭代优化算法 第三节动态解析模型 第四章水库防洪优化调度 第一节引言 第二节单库最大削峰准则调度 第三节单库破坏历时最短调度 第四节库群防洪优化调度 第五章水电站水库随机模型 第一节随机模型的特点与径流描述方法
第二节有预报的随机模型 第六章水库供水调度 第一节确定性模型 第二节随机线性规划模型 第三节机遇约束模型 第七章实例 九、实践性环节的内容、要求 十、多媒体教学手段运用的内容、要求及占用学时（或学时比例） 十一、教材与参考书 教材：陈乐湘主编《库群优化调度》，自编讲义。 参考书：长江流域规划办公室，河海大学，丹江口水利枢纽管理局合编 《综合利用水库调度》水利电力出版社，1990。 十二、考核方式 笔试 十三、教学大纲说明 （一）本课程的性质和任务 本课程为水文水资源工程专业选修课程，主要讲解最优化理论在水库运行管理中的应用。通过学习使学生能从事水电系统运行管理，水库运行管理，水利系统综合规划等方面的工作。 （二）本课程的基本要求 学生学完本课程后应达到以下基本要求； 1.掌握不同时间尺度的径流描述方法； 2.掌握利用动态规划求解单库发电优化调度问题； 3.掌握轮库迭代优化算法在库群优化调度中的应用； 4.掌握防洪库群优化目标确定及优化调度模型的建模与求解； 5.了解水电站水库调度的随机模型； 6.掌握供水水库调度的确定性模型。 （三）本课程与其它课程的联系与分工 本课程与水利计算、工程经济学、运筹学基础，概率论与数量统计等课程有联系，原则上，本课程应在上述课程之后进行。 径流调节的基本原理在水利计算课程中讲授。 工程水文学中的径流系列计算，设计洪水计算，典型年选择等内容不在本课程中讲授，本课程只将以上内容作简要回顾。
水库调度的内容及其发展方向 张玲玲 2012301580305 水库调度是水库工程管理的主要环节之一。其内容包括：拟定水库调度方式、编制水库调度计划及确定各项控制运用指标、进行面临时段的实时调度等。运用水库的调蓄能力，按来水蓄水实况和水文预报，有计划地对入库径流进行蓄泄。在保证工程安全的前提下，根据水库承担任务的主次，按照综合利用水资源的原则进行调度，以达到防洪、兴利的目的，最大限度地满足国民经济各部门的需要。 水库调度是一种控制运用水库的技术管理方法。是根据各用水部门的合理需要，参照水库每年蓄水情况与预计的可能天然来水及含沙情况，有计划地合理控制水库在各个时期的蓄水和放水过程，亦即控制其水位升、降过程。一般在设计水库时，要提出预计的水库调度方案，而在以后实际运行中不断修订校正，以求符合客观实际。在制定水库调度方案时，要考虑与其它水库联合工作互相配合的可能性与必要性。 水库调度的理论与方法是随着20世纪初水库和水电站的大量兴建而逐步发展起来的，并逐步实现了综合利用和水库群的水库调度。在调度方法上，1926年苏联Α.Α.莫洛佐夫提出水电站水库调配调节的概念，并逐步发展形成了水库调度图。这种图至今仍被广泛应用。50年代以来，由于现代应用数学、径流调节理论、电子计算机技术的迅速发展，使得以最大经济效益为目标的水库优化调度理论得到迅速发展与应用。随着各种水库调度自动化系统的建立，使水库实时调度达到了较高的水平。中国自50年代以来，水库调度工作随着大规模水利建设而逐步发展。目前，大中型水库比较普遍地编制了年度调度计划，有的还编制了较完善的水库调度规程，研究和拟定了适合本水库的调度方式，逐步由单一目标的调度走向综合利用调度，由单独水库调度开始向水库群调度方向发展，考虑水情预报进行的水库预报调度也有不少实践经验，使水库效益得到进一步发挥。对多沙河流上的水库，为使其能延长使用年限而采取的水沙调度方式已经取得了成果。由于水库的大量兴建，对于水库优化调度也在理论与实践上作了探讨。在中国，丰满水电站、丹江口水利枢纽、三门峡水利枢纽等水库的调度工作都积累了不少经验。 水库调度的运用指标，即在水库调度中用作控制条件的一系列特征水位与数据。它们应当根据水库设计中规定的相应特征水位（见水库特征值），考虑工程安全情况、国民经济各部门的现实要求，以及水文数据的变化等具体情况研究确定，并应获主管部门审查批准。水库控制运用指标主要有：①允许最高水位，即水库遇校核洪水允许充蓄到的最高水位，是判断水库防洪安全的重要指标；②防洪限制水位，是水库在汛期为预留防洪库容而限制蓄水的上限水位；③汛末蓄水位，即水库在汛末计划充蓄到的正常高水位，它在很大程度上决定了水库在下一个汛期到来之前可能发挥的兴利效益；④兴利下限水位，即水库在正常兴利运用情况下允许消落到的最低水位，它反映兴利需要及各方面的控制条件；⑤防洪运用标准，即为水库本身及为下游防洪安全制定的防洪标准，一般采用一定重现期的设计洪水或以可能最大洪水为标准。 由水库管理部门在每年初根据本水库的控制运用指标、水库调度方式及当年各方面的要求制定。主要内容包括：当年的入库径流量及过程的预测，各运行期的运行方式及各种控制水位，遭遇各种洪水的调度规则，兴利计划供水过程和计划效益指标（如灌溉面积及计划供水过程、计划发电出力过程及年发电量、工业及城市供水计划与供水量等），以及在调度中应注意的事项等。还可以根据长期径流预报及其误差概率分布，并结合水库调度图拟定年内
长江上游水库生态调度 （1）维持河道基本生态需水量。河流基本生态需水量是指维护生态系统健康、保护物种的多样性及生态系统的完整性的一定数量和质量的径流。或者是指保证湿地、河流和湖泊生态系统完整性的最小净水量。水的连续性是维持河道健康生命的最低要求，水量萎缩则会导致河流死亡。在过去一段时间里，岷江流域过度挤占生态用水的代价十分沉痛。由于多数水电站采用引水发电模式，各水电站为了获取最大的发电效益。基本未考虑河道内生态用水，导致干流约80 km、支流约60 km 的河段出现间歇性脱水。因此，在制定长江上游水库群综合调度规程时，首先应考虑河道基本生态需水量。 （2）维系下游河道洪水脉冲。脉冲式洪水具有重要的生态效应，是生物生命史中的必要条件。洪水的发生也是生物开始新一轮生命周期的驱动力，特别是对产漂流性卵的“四大家鱼”而言，洪水脉冲水文条件十分重要，具体而言有7个重要的水文因子：洪峰过程数、洪峰发生时的初始水位、水位的日上涨率、断面初始流量、流量的日涨率、涨水持续时间和前后两个洪峰的事件间隔。长江上游水库群建设以后，必然对下游洪水会产生“削峰补枯”的水文效应。适度维系水库下游洪水脉冲是实施水库生态调度的必然需求。 （3）调节下泄水流的水温。长江上游大中型水库通常会存在水温分层问题，水库低温水的下泄将影响鱼类的产卵、繁殖和生长，以三峡水库为例，10月～11月份中华鲟繁殖期间，水库调节后下泄水水温比自
然情况有所升高，这对中华鲟的产卵及孵化具有一定程度的正面影响。但是在5月～6月份“四大家鱼”繁殖期间，水温比天然情况下有所降低，导致“四大家鱼”开始产卵的时间被推迟，产卵期被缩短。目前，长江上游一些水库根据水库水温的垂直分层结构，结合下游河段水生生物（特别是鱼类）的生物学特性，通过制定大坝不同高程泄水空口的运行调度规则。满足鱼类产卵、繁殖和生长的需要。 （4）适度抑制水库库湾水华。水华是水体富营养化的恶性病理反映。通常认为，藻类水华发生条件为充足的营养盐（主要是氮、磷物质）、低流速水体环境以及合适的温度和光照。由于长江流域TP的本底浓度较高。TN又难以控制，所以长江上游的大型水库多已达到中营养一轻富营养状态。而水华易发期3月～4月份。温度和光照适宜，长江上游的水库则均处于高水位运行期，库区流速较缓，特别是支流库湾区域。成为准静止区。这给水华的暴发提供了条件。优化水库运行过程，通过增加水位波动和水流紊动，打破水华暴发的临界流速，被认为是抑制水库库湾水华的有效措施。 （5）维持河道输沙平衡。河道形态是泥沙与水流条件长期相互作用的产物。稳定条件下的河流基本可达到输沙平衡，河道形态不会发生明显变化；但是人类活动的干扰使这种自然平衡被打破。特别是水库群的建设运行，表现出的基本规律就是库区泥沙发生淤积。坝下游河道由于清水下泄发生长距离冲刷。三峡工程在设计时，就考虑采用“蓄清排浑”的运行方式，以缓解库区泥沙淤积，同时也可以对下游“补沙”
浅谈水库生态环境 浅谈水库生态环境 摘要：水库的修建给防洪、灌溉、供水、发电、航运等方面带来了巨大的经济效益，但是，由于过于追求水资源利用效益最大化和经济的飞速发展，水库的修建也给库区的生态环境带来了一系列负面影响。 关键词：水库；生态环境；水质；影响 随着我国对水利方面的重视，现如今建成水库有8万多座，水库总库容有5千多亿立方米。但由于这些水库大部分修建于50年代到70年代，限于当时的历史条件和资源与技术方面的不足，部分水库达不到国家规定的防洪标准，且随着水库运行时间延长，水库设施和各种设备不断老化，有些水库工程存在较严重的质量问题，水库不能正常运行。尤其近年来，我国水电开发高速发展，在带来巨大的社会效益与经济效益的同时，不科学的水库建设潜在的负面影响也逐步显露出来，如：河流枯竭、泥沙淤积、生态恶化、物种减少等。 1 水库对生态环境的影响 1.1 对水质的影响 水库建设施工期间由于工程残渣、生活垃圾等不可避免的会对水质造成一系列不好影响。水库蓄水后，被淹没土壤中的有害物质和营养物质被水溶解，引起水库水质下降；水库建成后，由于水库蓄水，上游水体由河道型变为湖泊型，库区及上游游速减缓，一方面库水滞留时间增加，有利于有机污染物在水库中降解净化，生化需氧量的降解量要比建库前天然河流状况下增加；另一方面库水流速减缓，复原能力减弱，将使生化需氧量降解量减少。 主要表现为水库水体盐度增高、水库水温分层、库中藻类繁殖加剧等。 1.2 对河流水文特性的影响 大坝拦断江河后，会淹没上游的土地，对天然河流的水文情势产生了一定的影响，同时会产生大量移民。移民及城镇的建迁会加剧人
地矛盾，并由此加剧植被的破坏、水土流失和生态恶化，同时也将改变整个河流的水文情势，比如水量、水温、流速、水位及对泥沙的影响。其中，影响最大的是多年调节型水库，影响相对较小的是日调节型水库。水库水位的变化与天然江河大不相同，这取决于不同类型的调节方式，以防洪为主要目的的水库，其水位的变化在季节上与天然河流是相反的，水位变幅较大，汛期水库处于低水位运行；在汛末蓄水，水库处于高水位运行。这样，增加了江河枯水期流量，减少了丰水期流量，提高了下游的防洪标准。同时，提高了下游工业生产和农业灌溉的用水保证率，增加水电站的保证出力。 因为流域内的地表水与地下水有密切联系，河流水文条件的改变必将影响地下水的水位 与水质变化。坝址上游水库蓄水使其周围地下水水位抬高，从而扩大水库浸没范围，导致土地的盐碱化和沼泽化。同时，拦河筑坝也减少了坝库下游地区地下水的补给来源，致使地下水水位下降，大片原有地下水自流灌区失去自然条件，从而降低了下游地区的水资源利用率，对灌溉造成不利影响。 1.3 对生物多样性的影响 大坝兴建后，库区本身由于水面增加，水流变缓，由河道型变为湖泊型，水文条件改变较大，水中的营养盐类、悬浮物以及沉淀物都将有所改变。 首先，水库对陆生动植物额影响。水库建设需要大量的移民、施工以及库区形成的蓄水淹没，淹没陆生动植物的栖息地，破坏原陆生植物系统，引起资源的变化。其次，对水生动植物的影响。此类影响更为复杂，不仅限于库区的淹没与动物栖息地环境的改变，还影响水库下游河段水生动植物及其栖息环境。生物物种因其生存和生活空间的丧失而面临濒危或灭绝。 1.4 可能诱发地震或者滑坡 水库蓄水以后，迫使上游及其支流水位抬高，水库两岸在水体浸泡下，会产生个再造的过程，可能会诱发库岸崩塌、山体滑坡、地震等灾害。此外，水库蓄水增加后压力加大，可能会增加引发地震的频次、加大地震的级别。当然并非所有发生在水库附近的地震都是由水
Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2014, 3, 404-411 Published Online October 2014 in Hans. https://www.doczj.com/doc/c78752330.html,/journal/jwrr https://www.doczj.com/doc/c78752330.html,/10.12677/jwrr.2014.35049 Research on Ecological Operation of Xiaolangdi-Xixiayuan Cascade Reservoirs Xuejiao Meng, Jianxia Chang, Xuebin Wang, Tian Tian State Key Laboratory Base of Eco-Hydraulic Engineering in Arid Area, Xi’an University of Technology, Xi’an Email: mengxuejiao@https://www.doczj.com/doc/c78752330.html, Received: Oct. 1st, 2014; revised: Oct. 8th, 2014; accepted: Oct. 15th, 2014 Copyright ? 2014 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/c78752330.html,/licenses/by/4.0/ Abstract The cascade reservoir operation just considering power generation of the Lower Yellow River has caused serious environmental problems, because it ignored the ecological water requirement. Therefore, an ecological operation model of Xiaolangdi-Xixiayuan cascade reservoirs was devel-oped to explore trade-offs between hydropower generation and ecological water requirement. The results show that the new ecological operation can greatly improve the ecological environ-ment in the case of reducing the power generation, which has vital significance on the ecological environment management and restoration. Keywords Lower Yellow River, Reservoir Operation, Ecological Water Demand, Power Generation 小浪底–西霞院梯级水库生态 调度研究 孟雪姣，畅建霞，王学斌，田甜 西安理工大学，西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地，西安 Email: mengxuejiao@https://www.doczj.com/doc/c78752330.html, 收稿日期：2014年10月1日；修回日期：2014年10月8日；录用日期：2014年10月15日 作者简介：孟雪姣(1988-)，女，硕士研究生，主要从事水库调度研究。
水库多目标优化调度理论和应用研究 摘要:本文提出了综合利用水库的多目标优化调度的理论 ,并将该理论应用在综合利用水库优化调度过程中,在此应用中用马尔可夫单链弹性相关理论处理径流,并在引入“有效雨量”的基础上,将供水量作为决策条件,以满足用水保证率条件下供水量最大为目标函数,建立了相应的数学模型和编制了相应的计算程序,绘出了综合利用水库三维优化调度图,利用三维优化调度图进行综合调节计算,计算结果理想、效益显着,且大大增加了调度过程的灵活性。经沐浴水库等多个综合利用水库的实践证明,本方法是可靠有效的。 关键词:优化调度弹性相关径流动态规划 综合利用水库的优化调度受多因素影响,如径流,水库特性、用水特性以及电站的机电特性等,其中径流的影响较大。本文采用马尔可夫单链弹性相关理论处理径流,以供水流量为决策变量,在考虑有效雨量的基础上建立了动态规划数学模型,编制了结构简明,功能完善,便于操作使用的大型优化调度计算程序,自动绘制出三维优化调度图,利用优化调度图进行综合利用水库调节计算,在几乎不增加投资的条件下,产生了巨大的经济效益。经实践证明,本方法准确可靠,适合于大、中、小型水库,也适合于平原水库、地下水库;更适合于我国北方水资源紧缺地区使用。 1 采用离散的马尔可夫随机过程描述径流 用马尔可夫过程描述径流 为了计算和应用的方便,将时间序列离散化(即分为若干时段:月),相邻时段存在着依赖关系,以水库来水的3个相邻时段t1、t2、t3间径流关系进行分析。用X1、X2、X3表示3个时段的径流,三者之间的相关情况可分为2种情况:(1)直接相关。即不管X2取值怎样(或不计X2取值的影响)的条件下,X1与X3相关,称为偏相关,其相关程度用相关系数表征,可用数量表示为γ13。(2)间接相关。即因存在着X1和X2、X2和X3之间的相邻时段相关关系,故X1的大小影响着X2的大小,从而又影响着X3的大小。这种相关是由中间量X2传递的,不是直接的,因此叫间接相关。 计算相应条件概率 当一年分成K个时段(月),每个时段的径流以平均值来表示,记作QK(K=1,2,3,……,K)。
收稿日期:2007-05-10基金项目:国家973项目课题“水沙过程变异与河流系统相互作用”(2003CB415203)子题—水电工程调节对径流的影响作者简介:翟丽妮,女,武汉大学水利水电学院,硕士研究生。 文章编号:1001-4179(2007)08-0056-02 水库生态与环境调度研究综述 翟丽妮 梅亚东 李 娜 段文辉 (武汉大学水利水电学院,湖北武汉430072) 摘要:水电工程为人类带来经济与社会效益的同时,却对河流生态系统产生了胁迫,威胁着人类的可持续发展。开展水库生态与环境调度是趋利避害的有效措施。介绍了水库生态与环境调度的研究背景及内涵,并综述了 国内外的研究进展。总体来看,水库生态与环境调度正处于起步阶段,目前研究多限于宏观定性的论述,缺乏微观定量的研究。因此,探索兼顾河流生态系统健康的水库调度方式已成为解决人类生存与发展的重要研究课题。 关 键 词:水库生态;生态调度;环境调度;研究现状;可持续发展中图分类号:TV697.1:X171 文献标识码:A 经济社会的发展离不开水利水电工程。但是在我们享受着 水利工程带来的经济与社会效益的同时,河流生态系统却承受着前所未有的压力。拦河筑坝破坏了河流的连续性,水库调度又改变了河流天然径流的时空分配,这些变化都将直接或间接影响流域重要生物资源的栖息水域和生活特性,严重时,物种将面临衰退、濒危和绝迹的威胁。然而,笼统地反对建设大坝,主张一律拆除大坝的观点带有“因噎废食”的片面性,也脱离了中国经济社会的发展实际。理性、务实的观点应该是权衡利弊,趋利避害,在满足人类社会经济需求和兼顾河流生态系统健康两者之间寻找适当的平衡点,实现可持续发展的目标。而水库生态与环境调度作为一门新兴的管理技术,正是兼顾人类生存与发展行之有效的非工程措施。 1 水电工程对河流生态系统的不利影响 河流生态系统是河流内生物群落和河流环境相互作用的统一体,是包括陆地河岸生态系统、湿地及沼泽生态系统、水生生态系统等一系列子系统组合而成的复合系统。完整的河流生态 系统应该是动态的、开放的、连续的,河流的连续性不仅是指河流在地理空间上的连续,而更重要的是指生物过程及非生物环境的连续。拦河筑坝显然破坏了河流的连续性,对河流的生态系统产生了极大的干扰,甚至是不可逆转的改变。这种由于人类活动对生态系统产生的干扰,在生态学中称为“胁迫”(stress )。水利水电工程对河流生态系统造成胁迫主要有两方面原因:①自然水文条件的改变;②河流自然地貌特征的改变。前者是指水量减少,水质恶化以及自然水文脉冲式周期被人为平均化的调度方式所代替。后者主要是指闸坝引起河流的非连续化,堤防妨害了河流的侧向联通性,河流的直线化改造和硬质护坡等。从河流生态系统的组成结构及功能分析,上述变化对河流生态系统造成的不利影响主要有: (1)原有物种所适应的天然径流和水文条件的栖息地丧失; (2)河流作为生物和营养元素交流廊道的功能不复存在;(3)沿岸带连接高地和水域生态系统的“过滤”作用降低。筑坝对生态系统长期和广泛的不利影响极大地削弱了水电能源的开发利用价值,国内有专家对于我国西南一些河流的水电开发计划已提出了质疑,主张要“保留一条原始生态河流”。20世纪70年代在西方国家出现的大坝建设的利弊之争,如今终于波及到了中国。理论和实践表明,积极探索各种工程、生物和管理措施,对筑坝河流进行生态补偿,才是妥善解决筑坝之争的明智之举。 2 水库生态与环境调度的研究背景及内涵 长期以来,水库调度对水库下游生态保护和库区水环境保护重视不够,在进行防洪和兴利调度的同时,没有考虑其对下游生态和库区水环境的影响,以至长期累积下来的生态和环境的反作用在这几年以各种方式显现出来。随着人类对自然认识的逐渐提高,环保意识的不断增强,水库对河流生态系统的负面影响也逐渐为人们所关注。在这样一个大的背景下,水库调度也将发生本质性的变化。除了传统的兴利与防洪目标外,水库调度还将肩负着控制河流断流、河床抬高、河流污染、河口咸潮入侵、调节泥沙以及维持河流生态系统健康等任务。 这里讲的生态与环境调度是通过调整水库的调度方式从而减轻筑坝对生态环境的负面影响,又可分为环境调度和生态调度。环境调度以改善水质为主要目标,生态调度以水库工程建设运行的生态补偿为主要目标,两者相互联系并各有侧重。以改善水质为重点的工程调度是指水库在保证工程和防洪安全的前提下多蓄水,增加流域水资源供给量,保持河流生态与环境需水量;通过湖库联合调度,为污染物稀释、自净,创造有利的水 第38卷第8期人 民 长 江 Vol .38,No .82007年8月 Yangtze River Aug ., 2007 DOI :10.16232/j .cn ki .1001-4179.2007.08.018
水库生态调度 1.水库生态调度的基本内容 （1）一般来说，水库调度就是利用相关枢纽工程，根据当地的水文条件以及其他因素，进行综合控制水资源利用的技术手段，它对现实当中的水资源控制是很有用的。 （2）水库调度的任务：水库具有调节天然径流的作用，它不仅能防洪、灌溉，为城市提供优质水量，为工业提供廉价的电力，为交通提供经济的水运，为渔业提供丰富的水产，而且能为居民创造优美的环境，做到一库多用，充分发挥水资源的综合效益。 （3）水库调度的基本原则：在确保水电站大坝工程安全的前提下，分清发电与防洪及其他综合利用任务之间的主次关系，统一调度，使水库综合效益尽可能最大。当大坝安全与满足供电、防洪等要求有矛盾时，应满足大坝安全；当供电的可靠性与经济性有矛盾时，应先满足可靠性[1]。 2.现行的水库生态调度方式 目前，我国的水库调度主要是围绕防洪、发电、灌溉、供水、航运等综合利用效益所进行的。依据水库既定的水利任务和要求而制定的蓄泄规则，就是我们通常所说的水库调度方式。现行水库调度方式主要分为两大类，即防洪调度与兴利调度。 （1）防洪调度的主要任务是确保水库大坝安全和处理防洪与兴利的矛盾，利用水库的滞洪、错洪作用，有效地拦蓄洪水，消减洪峰流量，
保证汛期下游人民生命财产的安全。对于不承担下游防洪任务的水库而言，防洪调度的主要任务是在确保水库大坝安全的前提下充分发挥水库兴利效益；对承担下游防洪任务的水库，防洪调度的主要任务是在确保水库大坝安全的前提下处理好防洪与兴利之间的矛盾。 （2）兴利调度是指利用水库重新分配天然径流，以达到满足各兴利部门用水需要的目的。兴利调节计算的任务是在已知河川径流过程及用水要求的前提下，对研究时期的各个计算时段内水库的水量供需平衡进行计算，求出供水量、水电站出力、水库水位、蓄水量等水利水能要素的时间过程。一般是在非汛期，按照水库所承担兴利任务的重要程度，合理分配水资源，谋求经济效益最大化的调度方式。
河流生态修复 摘要：河流生态修复的理念逐渐被人们所认知，一些符合生态修复理念的规划设计方法在 工程建设中被逐步采用。在水利部科技创新项目和地方政府的支持下，一些河流生态修复 示范工程取得了很好的建设效果并发挥了良好的示范效应。文中结合几个案例，介绍近几 年在河流生态修复技术和实践方面所取得的部分进展。 关键字：生态修复技术 20世纪70年代以来，一些发达国家的科技界和工程界针对水利工程对于 河流生态系统产生的负面影响，提出了如何进行补偿的问题，在此基础上产生了河流生态修复的理论与工程实践。 我国的河流生态修复正处于起步阶段，在理论和实践方面也进行了有益的探索。按照生态水利工程学理论，河流生态修复的任务，一是水文条件的改善，二是河流地貌学特征的改善(董哲仁，2003，2004)。其目的是改善河流生态系统 的结构与功能，标志是生物群落多样性的提高。一些地区结合河流整治和城市水利工程建设，即与防洪、排水、疏浚、供水、城市景观、水文化、人文历史等工程相结合，开展了河流生态修复示范工程建设。这类工程既具备特定的水利功能，可以满足经济社会发展的需求，同时也兼顾河流生态系统健康和可持续性的需求，以实现水利功能与生态系统功能的统一。本文主要介绍我国近几年在河流生态修复技术和实践方面所取得的部分进展。 1.水库多目标生态调度 河流是生态系统物质流、能量流和信息流的载体，是一个连续的系统。自然河流的连续性不仅包括水文过程的连续性，还包括营养物质输移的连续性、生物群落的连续性和信息流的连续性。大坝工程对河流生态系统的影响主要表现在顺水流方向的非连续化问题，即水文过程和营养物质输移的非连续化。大坝对于河
水库生态调度研究动向与发展趋势 水资源研究所游进军、魏传江、季海萍、杜明月 1 水库生态调度 水库的建设使人类能够对水资源进行更为有效的管理和充分利用，但水库为人类带来巨大社会经济效益的同时，不可避免地对河流生态环境系统造成胁迫。筑坝建闸破坏河流的连续性，水库调蓄将周而复始的洪枯演替均一化，河流形态多样性降低，由此引发了水温、流速、流量、泥沙、营养物质等生态因子的较大改变，在很大程度上破坏了河流自然水文情势，导致了一系列河流生态恶化事件的出现（Whiting P J，2002）。笼统地反对建设水库不仅带有“因噎废食”的片面性，也不符合中国经济社会发展的实际需要，如何在满足人类发展需求和河流生态环境系统健康两者之间寻找平衡点迫在眉睫。 “生态调度”通过改变水库调度方式弥补或缓解水库对生态环境的影响，已成为现阶段减轻水库对河流健康负面影响的研究热点与重点。国内外学术界尚未对“生态调度”给出明确的定义，国外学者的理解更接近于“生态修复”，国内学者也有各自不同阐述。蔡其华（2006）提出生态调度应在满足坝下游生态、库区水环境保护要求基础上，充分发挥水库社会经济功能，使水库对河流生态环境的负面影响控制在可承受范围内并逐步修复生态环境系统；董哲仁（2007）认为生态调度是在实现防洪、发电、供水、灌溉、航运等社会经济多目标的前提下兼顾河流生态需水的水库调度方法；胡和平（2008）认为水库生态调度就是要在实现基本的生态环境目标的前提下，发挥水库的社会经济效益，但是其大前提是保证人民群众的生命财产安全和正常的生活；梅亚东（2009）给出了生态与环境调度的概念，认为在研究调整水库的调度方式减轻筑坝对生态环境的负面影响的过程中，应该把环境和生态区分开来进行，环境调度以改善水质为主要目标，生态调度以水库工程建设运行的生态补偿为主要目标，两者相互联系并各有侧重。各方认识虽不一致，但其核心是在水库运行和管理过程中考虑生态因素，通过调整水库现有的调度与运行方式最大程度地满足河流生态环境需水。 2 调研背景概述 20世纪70年代以来，国外学者针对水库引起的生态环境问题就已开展全面系统的研究，生
水电站群联合优化调度系统 技术简介 1.技术原理 用数学模型及方法解决水电站群优化调度应用问题，从科学问题出发，在技术系统的支撑下展开研究。对流域实测径流资料进行水文分析，对各电站基本参数进行拟合及整理；建立流域水电站群梯级优化调度模型，分析水电站群发电优化调度结果及进行调度规则研究，开发流域水电站群联合优化调度系统。 2.技术特点 首次在水库调度系统中引入大规模非线性优化求解软件GAMS，首次提出基于可行空间搜索的改进遗传算法；不仅在算法上解决了水库群优化调度“高维”问题，还开发了水库任意选择、灵活组合的复杂水电站群梯级联合优化调度系统。 3.解决的具体问题 ①以梯级水库群发电优化为主建立多目标数学模型，在兼顾多方利益条件下实现整体发电效益最大化。②开发“基于可行空间搜寻遗传算法”，实现对传统遗传算法的改进和创新。③采用“基于GAMS非线性规划法”，首次将GAMS软件应用于求解梯级水库群优化调度模型，实现了梯级水库群的多目标寻优。④实现了调度系统中水库的勾选，有效解决了水电站群水量利用效益最大化和流域不同投资主体水电站效益最大化的矛盾。⑤软件系统开发了常规、优化调度6个核心算法，提供多种调度依据。 技术指标 （1）以水库群发电量最大为主构建多目标决策数学模型。 （2）将GAMS软件首次应用于求解梯级水库群优化调度模型，应用可行空间搜索技术对遗传算法进行改进，有效解决梯级水库群的多目标求解问题。 （3）技术研究算法和系统软件开发分别在相关查新机构进行科技成果查新3次。（4）研发了基于非线性模型算法的水库群优化调度系统，取得计算机软件著作权3项。 （5）在重点期刊发表论文5篇，相关专利申请4项。 （6）经鉴定会专家鉴定，项目创新性突出，研究成果整体达到国际先进水平，其中，基于可行空间的优化搜索技术国际领先。 （7）该系统技术可平均提高流域水电站群总发电量2%～20%，对流域集控中心和各电站而言增加发电收益，对于电网公司可减少购电成本。 技术持有单位介绍 中国水利水电科学研究院隶属中华人民共和国水利部，是从事水利水电科学研究的公益性研究机构。历经50余年的发展，已建设成为学科门类齐全、人才优势明显的国家级综合性水利水电科学研究和技术开发的中心。 主要研究领域覆盖了水文学与水资源、水环境与生态、防洪抗旱与减灾、水土保持与江湖治理、农村与牧区水利、水利史、水力学、岩土工程、水工结构与材料、工程抗震、机电、自动化、工程监测与检测、风能等可再生能源、信息化技术等多个学科方向。 多年来，主持承担了一大批国家级重大科技攻关项目和省部级重点科研项目，承担了国内几乎所有重大水利水电工程关键技术问题的研究任务，取得了一大批原创性、突破性科研成果。