[發(fā)明專利]基于航道水動(dòng)力計(jì)算的梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310413836.X
• 申請(qǐng)日: 2013-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN103440538A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡亞安;張銘;范子武;汪梅華;沙海飛;趙建平;費(fèi)香波;烏景秀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 北京尚德技研知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11378
• 代理人: 陳曉平;嚴(yán)勇剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉航運(yùn)調(diào)度領(lǐng)域，尤其是一種梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的方法。

背景技術(shù)

隨著我國三峽梯級(jí)、黃河上游梯級(jí)、金沙江梯級(jí)等一大批梯級(jí)航電樞紐的陸續(xù)建成和投入運(yùn)行，制定梯級(jí)樞紐的聯(lián)合調(diào)度方案，并按照該方案進(jìn)行調(diào)度，成為了發(fā)揮其通航、發(fā)電等綜合利用效益的關(guān)鍵。

目前，國內(nèi)外關(guān)注的樞紐群聯(lián)合調(diào)度的目標(biāo)主要是發(fā)電效益與防洪安全。隨著水資源可持續(xù)發(fā)展觀念的日益增強(qiáng)，綜合考慮水資源、生態(tài)和環(huán)境的多目標(biāo)調(diào)度問題，是近年來國內(nèi)外研究的一大熱點(diǎn)。劉攀、郭生練、王小君、和陳華等，發(fā)明了一種面向發(fā)電風(fēng)險(xiǎn)的水電站優(yōu)化調(diào)度圖編制方法（專利號(hào)：CN201010562037），楊志峰、尹心安、楊薇和陳賀等，發(fā)明了一種面向河流生態(tài)流量維持的水庫優(yōu)化調(diào)度方法（專利號(hào)：CN201010127116）。

梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合調(diào)度，可以渠化航道，淹沒險(xiǎn)灘，提高枯水期樞紐泄流量，改善樞紐上下游口門區(qū)和引航道通航水流條件，提高通航保證率。然而，基于航運(yùn)效益最大化的梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，尚未得到管理和科研人員的足夠重視。究其原因，一方面是在于交通部門更多關(guān)注船閘或升船機(jī)等通航建筑物的通過能力和對(duì)船舶（船隊(duì)）的調(diào)度計(jì)劃（可參見劉云峰,齊歡.DFS算法在三峽永久船閘優(yōu)化編排中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程,2002,28(8):224-226，以及傅希德,張曉盼,袁曉輝,范宏飛.基于氣象預(yù)報(bào)的三峽工程兩壩聯(lián)合通航調(diào)度方法[J].水電能源科學(xué),2011,29(2):28-31，以及張曉盼,齊歡,袁曉輝.三峽葛洲壩聯(lián)合通航調(diào)度的混合整數(shù)規(guī)劃[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版),2007,31(1):1-4），尚未形成以整個(gè)梯級(jí)樞紐為對(duì)象研究通航效益的認(rèn)識(shí)和理念；另一方面則是由梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度自身的特點(diǎn)決定的。

與梯級(jí)樞紐聯(lián)合發(fā)電或聯(lián)合防洪調(diào)度不同，樞紐通航對(duì)口門區(qū)和航道流場水流特性的規(guī)范性要求決定了梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的極端復(fù)雜性。通航調(diào)度樞紐泄流過程不僅要滿足航道設(shè)計(jì)通航流量與設(shè)計(jì)通航水位的要求限制，而且對(duì)在上、下游口門區(qū)形成的流場及流速特性要求極為苛刻，不能有明顯漩渦或橫向流速超過內(nèi)河航道通航設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)0.3m/s，以保障船舶通航安全。

由此可見，在對(duì)梯級(jí)通航樞紐進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度過程中，不僅需要對(duì)梯級(jí)各樞紐的調(diào)度方案基于數(shù)學(xué)規(guī)劃方法進(jìn)行優(yōu)化；而且還需要對(duì)每一個(gè)調(diào)度方案下，整個(gè)航道以及梯級(jí)樞紐上下游口門區(qū)、引航道及連接段的流場水力性狀進(jìn)行精確計(jì)算，以評(píng)估對(duì)通航船舶的安全影響，然而基于圣維南方程的水力學(xué)計(jì)算問題歷來又是水動(dòng)力計(jì)算的難點(diǎn)，尤其是針對(duì)地形復(fù)雜的山區(qū)型航道而言，計(jì)算難度尤為更甚。

因此，在追求梯級(jí)通航樞紐航運(yùn)效益最大化的過程中，不僅需要進(jìn)行航道一維水力學(xué)計(jì)算，以獲得樞紐調(diào)度過程航道水位值；還需要進(jìn)行口門區(qū)及引航道精細(xì)二維水力學(xué)計(jì)算，以獲得樞紐調(diào)度過程口門區(qū)的橫向與縱向流速值，通過航道水位和口門區(qū)流速特征判斷樞紐調(diào)度方案的適航性。

如上所述，基于航運(yùn)效益最大化的梯級(jí)樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，需要進(jìn)行航道一維與口門區(qū)二維水動(dòng)力耦合模型計(jì)算。航道水動(dòng)力模型計(jì)算不僅是確定計(jì)算過程各航段通航水位及口門區(qū)流速的必要條件，更是解決梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中水量平衡計(jì)算的關(guān)鍵。