[發(fā)明專利]考慮跨流域調(diào)水影響下的水庫分期汛限水位優(yōu)化設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110390810.2
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113128757B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張曉琦;許繼軍;劉攀;姚立強(qiáng);許斌;鄢波;孫可可;周濤
• 申請（專利權(quán)）人: 長江水利委員會長江科學(xué)院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F17/18;G06Q50/26
• 代理公司: 武漢楚天專利事務(wù)所 42113
• 代理人: 孔敏

1.一種考慮跨流域調(diào)水影響下的水庫分期汛限水位優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：推求考慮跨流域調(diào)水影響下的水庫汛期分期入庫流量；

步驟2：根據(jù)步驟1推求得到的水庫汛期分期入庫流量建立考慮跨流域調(diào)水影響下水庫汛期分期洪水過程間的聯(lián)合分布函數(shù)，確定分期洪水量級特征參數(shù)之間的聯(lián)合分布關(guān)系及條件發(fā)生概率；

步驟3：引入經(jīng)濟(jì)學(xué)條件風(fēng)險價值理論，構(gòu)建適用于水庫調(diào)度領(lǐng)域的水庫防洪損失條件風(fēng)險價值評價指標(biāo)，并在步驟2確定的分期洪水量級特征參數(shù)之間的條件發(fā)生概率基礎(chǔ)上推求水庫在整個汛期可能發(fā)生潛在防洪損失的計算式；

步驟4：以步驟3構(gòu)建的水庫防洪損失條件風(fēng)險價值評價指標(biāo)為主要防洪約束條件，建立水庫分期汛限水位優(yōu)化設(shè)計模型，并求解水庫分期汛限水位優(yōu)化設(shè)計模型得到考慮跨流域調(diào)水影響下的水庫分期汛限水位優(yōu)化設(shè)計方案；

步驟1具體包括：

步驟1-1，采用汛期分期研究領(lǐng)域變點分析法，將水庫汛期分期劃分為前汛期D₁和后汛期D₂兩期，或前汛期D₁、主汛期D₂和后汛期D₃三期，分期數(shù)記為M，并對應(yīng)將第j年各分期T_i時段內(nèi)入庫流量記為整個汛期時段長度其中j＝1,…,N,N為實測入庫徑流序列年數(shù)，t＝1,…,T_i，i＝1,…,M；

步驟1-2，將汛期跨流域調(diào)水工程的最大引水能力記為Q_Y，并將其納入汛期各分期洪水特性分析中，推求考慮跨流域調(diào)水影響下的水庫各年汛期入庫流量

步驟2具體包括：

步驟2-1，根據(jù)步驟1推求得到的考慮跨流域調(diào)水影響下的水庫各年汛期入庫流量分別統(tǒng)計計算汛期各分期D_i的洪水特征參數(shù)值序列，統(tǒng)一記為變量其中X＝{Q,W}，a＝{p,3d,7d,15d,30d}，具體包括洪峰值最大3天洪量值最大7天洪量值最大15天洪量值最大30天洪量值

步驟2-2，依據(jù)Copula函數(shù)原理，構(gòu)建考慮跨流域調(diào)水影響下各分期內(nèi)入庫洪水量級特征參數(shù)之間的聯(lián)合分布關(guān)系：

式中：為變量的邊緣分布函數(shù)，為變量的聯(lián)合分布函數(shù)，C_λ(·)為Copula聯(lián)結(jié)函數(shù)，λ為Copula函數(shù)的參數(shù)，由其與Kendall秩相關(guān)系數(shù)的關(guān)系求得；

步驟2-3，依據(jù)步驟2-2建立的聯(lián)合分布關(guān)系，推求各分期洪水量級特征參數(shù)之間的條件發(fā)生概率；

分期D_i客觀發(fā)生時間早于分期D_i+1，當(dāng)給定分期D_i洪水量級特征參數(shù)時，記為洪水風(fēng)險事件A_i，分期D_i+1洪水量級特征參數(shù)記為洪水風(fēng)險事件A_i+1，分期D_i和分期D_i+1洪水量級特征參數(shù)之間的條件發(fā)生概率計算式為：

式中，X＝{Q,W}，a＝{p,3d,7d,15d,30d}，和分別為分期D_i和分期D_i+1洪水量級特征參數(shù)的閾值，根據(jù)防洪對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)確定；

步驟3具體包括：

步驟3-1，根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)條件風(fēng)險價值理論的定義，將其拓展于水庫調(diào)度領(lǐng)域并建立水庫防洪損失條件風(fēng)險價值評價指標(biāo)；

條件風(fēng)險價值的含義為，在置信水平α條件下，損失超過閾值F_α的平均水平，其通用表達(dá)式如下：

式中：y為決策變量，θ為隨機(jī)變量，L(y,θ)為損失函數(shù)，max和F_α分別為損失函數(shù)最大值、置信水平α下的函數(shù)值，f(·)為防洪損失的概率密度函數(shù)；

根據(jù)水庫調(diào)洪演算原理，選取決策變量為水庫汛限水位、隨機(jī)變量為入庫洪水量級構(gòu)建各分期防洪損失函數(shù)并在條件風(fēng)險價值指標(biāo)通用表達(dá)式(5)的基礎(chǔ)上推求水庫在置信水平α_i條件下、分期D_i的防洪損失條件風(fēng)險價值指標(biāo)如下：

式中：為分期D_i的水庫汛限水位，為分期D_i的入庫洪水量級，為分期D_i時段內(nèi)相應(yīng)于置信水平α_i的閾值，為分期D_i內(nèi)損失函數(shù)的最大值，為分期D_i內(nèi)防洪損失的概率密度函數(shù)；

設(shè)分期D_i內(nèi)洪水風(fēng)險事件發(fā)生概率為P(A_i)，則置信水平α_i與分期D_i內(nèi)洪水風(fēng)險事件發(fā)生概率P(A_i)滿足關(guān)系式P(A_i)+α_i＝1；

步驟3-2，在步驟2-3確定的各分期洪水量級特征參數(shù)之間的條件發(fā)生概率計算式的基礎(chǔ)上，結(jié)合洪水風(fēng)險事件發(fā)生的固有自然特性，推求水庫在整個汛期時段可能發(fā)生的潛在防洪損失CVaR_α計算式：

式中：X＝{Q,W}，a＝{p,3d,7d,15d,30d}，X和a根據(jù)水庫自身面臨的入庫洪水特性進(jìn)行選擇，P(A_i)為分期D_i洪水風(fēng)險事件A_i的發(fā)生概率，P(A_i+1|A_i)表征當(dāng)給定分期D_i洪水風(fēng)險事件A_i發(fā)生時，分期D_i+1洪水風(fēng)險事件A_i+1發(fā)生的條件概率，見式(4)；α_i＝1-P(A_i)，其中i＝1,…,M；

步驟4中以水庫現(xiàn)狀設(shè)計汛限水位方案對應(yīng)的汛期防洪損失條件風(fēng)險價值β_α為防洪約束條件，建立水庫分期汛限水位優(yōu)化設(shè)計模型；水庫分期汛限水位優(yōu)化設(shè)計模型的目標(biāo)函數(shù)和主要約束條件如下：

式中：代表各分期汛限水位優(yōu)化組合方案，B(·)代表水庫汛期興利效益，CVaR_α(·)代表相應(yīng)于水庫分期汛限水位優(yōu)化組合方案的防洪損失條件風(fēng)險價值，其計算過程中的隨機(jī)變量采用的是考慮跨流域調(diào)水影響后的入庫洪水過程；代表分期汛限水位現(xiàn)狀組合方案，β_α(·)代表相應(yīng)于水庫分期汛限水位現(xiàn)狀組合方案的防洪損失條件風(fēng)險價值，其計算過程中的隨機(jī)變量采用未受跨流域調(diào)水影響下的入庫洪水過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮跨流域調(diào)水影響下的水庫分期汛限水位優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：步驟2-2中Copula函數(shù)包括二元正態(tài)Copula函數(shù)、二元t-Copula函數(shù)、二元Archimedean-Copula函數(shù)，采用離差平方和最小準(zhǔn)則OLS來選取OLS最小的Copula函數(shù)表達(dá)形式作為聯(lián)結(jié)函數(shù)，OLS的計算公式如下：

式中，n為樣本數(shù)，Pe_i、P_i分別為經(jīng)驗頻率和理論頻率。