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水 利 学 报

２０２２年 １２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 １２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）１２ － １４１０ － １１

黄河梯级水库群多过程协同调度模型与方法

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彭少明 １，２ ，王 煜 ，郑小康 ，金文婷 ，尚文绣 ，陶奕源 １
（１．黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 ４５０００３；２．水利部水利水电规划设计总院，北京 １００１２０；
３．安康学院 旅游与资源环境学院，陕西 安康 ７２５０００）
摘要：黄河水少沙多，河道内外用水矛盾突出，梯级水库群调度下供水、输沙、发电、生态等用水过程之间存在
复杂的竞争与协作关系，协同调度是提升综合效益的重要途径。本文采用多尺度嵌套和多过程耦合方法，建立了
融合供水、输沙、发电、生态等过程的黄河梯级水库群协同调度模型，研究以综合满意度为引导的优化求解方
法，选取代表径流系列，提出多过程协同调度方案。结果表明，通过优化黄河梯级水库群蓄泄秩序和下泄过程，
协调多用水过程的关系，能显著提高水库调度的综合效益：通过优化河段取水过程，实现了供水时空均衡，流域
缺水率控制在 １１．６％～１８．８％；优化水库拦沙－ 河道输沙过程，减少水库淤积 ０．６５亿ｔ，增加河道输沙 １．１６亿ｔ，下
游河道年均冲刷 ０．２６亿ｔ；优化梯级水库群发电下泄过程，增加发电量 ６４．２５亿ｋＷ·ｈ；优化断面流量过程，增加
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非汛期生态水量 ４．８８亿ｍ 。本研究可为梯级水库多目标调度与流域综合管理提供方向性参考。
关键词：梯级水库；多过程协同；嵌套；耦合；综合满意度
中图分类号：ＴＶ２１２；Ｘ５２ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０４４２
文献标识码：Ａ

１ 研究背景

梯级水库群具有防洪、供水、发电、灌溉、航运、生态等多方面功能，联合调度的潜力与效益巨
大 ［１ － ２］ 。科学调控上下游梯级水库群蓄泄方式、协调不同调度目标间的关系是充分发挥梯级水库群综
合效益的必要条件，对优化水资源配置、协调水沙关系、提高水电能源效率、改善生态环境意义重
大 ［３ － ５］ 。梯级水库群调度受水文过程、用水需求、发电控制、输沙冲淤、生态要求等因素影响，服务
和调度主体非单一，具有高维、非线性以及多尺度、多层次、多目标的特征，一直是水利科学与系统
科学交叉研究的前沿和难点问题之一 ［６］ 。
经过多年发展，水库调度研究已由传统的单库多目标逐渐演变到梯级水库群多目标联合优化调
度，并形成较为完整的框架 ［７］ 。当前梯级水库群多目标调度研究多把生态流量作为约束处理 ［８ － ９］ ，对
供水、灌溉、输沙、发电和生态多目标相互影响及其过程作用考虑不足，难以协调多个调度目标间的
制约冲突关系，无法适应超大梯级水库群综合效益最大化发挥的新需求 ［１０ － １２］ 。随着流域水库数量不断
增加、调度目标日益多元化，水沙过程不断变化下梯级水库群调度不同目标与过程、单库与多库的矛
盾问题不断深化，具有复杂水力联系的梯级水库群系统优化面临着棘手的 “维数灾” 问题，传统优化
调度理论与方法已无法满足大型流域复杂梯级水库群系统整体优化的需求，亟需发展新的协同调度理
论与方法 ［１３ － １４］ 。有别于以往多目标调度主要侧重综合效益和整体协调性，多过程协同调度则面向河流

收稿日期：２０２２ － ０６ － ０６；网络首发日期：２０２２ － １１ － ２５
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２１１２４．１４３４．００１．ｈｔｍｌ
基金项 目： 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 （２０２１ＹＦＣ３２００２０３）； 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （５１８７９２４０）； 河 南 省 重 大 公 益 专 项 项 目
（ ２０１３００３１１４００）
作者简介：彭少明（ １９７３ － ），博士，正高级工程师，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｐｅｎｇｓｈｍｉｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者：郑小康（１９８３ － ），硕士，高级工程师，主要从事水资源与水环境研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｘｋ．ｚｈｅｎｇ＠１６３．ｃｏｍ

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