基于防洪对象安全的水库群决策实时动态调整方法与流程

1.本发明涉及防洪技术领域，具体地指一种基于防洪对象安全的水库群决策实时动态调整方法。


背景技术：

2.流域防洪主要依靠水库、堤防、渠道、蓄滞洪区等各类防洪工程保障防洪对象安全。不同防洪工程对洪水的抵御方式各不相同，其中堤防和渠道主要以行洪为主、蓄滞洪区主要以分洪为主、水库则以调洪为主。
3.行洪和分洪都是针对既定洪水过程的被动防御方式，只能接纳洪水而不能改变洪水；调洪则具备主动防御能力，可充分利用水库工程的防洪库容科学制定水库蓄泄策略，通过削峰减量改变水库下游洪水过程的峰值和量级，从而保障下游防洪对象安全。因此，流域防洪调度的总体模式为：充分利用流域内各水库工程的防洪库容，对流域内发生的洪水过程进行联合调蓄控制，尽可能保障所有河道堤防都能安全行洪，避免发生洪涝灾害；对于超出水库群调蓄能力和堤防行洪能力的洪水过程，则必须舍小保大，启用蓄滞洪区工程进行分洪，提前转移区域内的人员和财产，然后再将超额洪水分流到该区域，从而尽量减小洪灾损失。由此可见，如何利用各水库防洪库容对洪水过程进行调蓄对实现全流域大规模防洪对象整体安全至关重要。
4.水库防洪调度决策的主要依据是防汛主管部门批复的各水库汛期调度方案，该方案编制时通常只考虑水库自身及其防洪对象的安全情况。然而，在流域防洪调度场景下，上下游、干支流之间的水力联系、边界约束错综复杂，不同量级(反映洪水的大小)、不同组成(反映洪水的空间分布)的洪水过程，其调度偏好与协同需求往往存在较大差异，单纯依靠考虑水库自身及其防洪对象安全所制定的调度方案，很难统筹兼顾大规模防洪体系下水库群及防洪对象的整体安全。因此，当流域防洪体系内各水库根据入库来水情况和自身调度规程生成调度决策后，通常会存在部分防洪对象产生安全预警的现象。
5.针对这一现象，现有技术主要通过以下两种方式进行调整：一是防汛调度人员根据自身经验人工调整部分水库的调度决策；二是以防洪对象不产生安全预警为目标，通过数学优化模型调整各水库的调度决策。
6.(1)人工经验调整水库决策：防汛调度人员首先根据当前流域上下游、干支流不同地方的洪水预报结果、水库调度结果及安全预警结果，结合流域内各水库的剩余防洪库容和预警站点，人工筛选出合适的调节水库，并以安全预警的严重程度为依据，按经验研判出各水库的决策调整方式；然后将系统切换到决策模拟功能模块(或计算模式)，提取当前方案的结果作为计算依据，按决策调整方式设置各水库对应的决策值，无需调整的水库则保留原决策值；最后进行流域调度决策模拟计算，若调整后还存在安全预警，则重复以上步骤继续调整决策值，如此反复，直到消除安全预警或将预警降低到可接受的程度为止。
7.(2)数学优化调整水库决策：防汛调度人员首先将系统切换到优化调度功能模块(或计算模式)，提取当前方案的所有输入条件作为计算依据；然后设置各防洪对象控制站
点的安全目标，以及各水库允许运行的最高水位、最低水位、最大出库流量等各类约束条件；最后采用动态规划、遗传算法等各类数学优化方法对各水库的运行过程进行调整，使得各水库的调度决策既能满足其自身的边界约束条件，又能满足防洪对象控制站点的安全目标要求。
8.然而上述现有技术存在以下缺点：
9.1、无论是人工经验还是数学优化方式，都需要重构一套新的决策调整方案，流域拓扑结构中水库、水文测站和控制断面等多类型节点缺乏统一设计，需重新准备输入条件和约束边界，准备过程繁琐、工作量大，容易出现错误操作的情形。
10.2、人工调整或者数学优化方法计算后各节点之间的区间流量与现有预报调度信息中的区间流量通常存在不一致现象，会影响水库调度与河道演算一体化模拟，将使得调整后方案与现有方案失去可比性，从而导致调整结果难以应用于实际调度决策。
11.3、对于人工经验调整水库调度决策，需要多次反复试算，随机性高、主观性强、效率低下，难以在短时间内获取到合适的调度决策方案。
12.4、对于数学优化方法调整水库调度决策，存在优化速度慢的问题，决策时效性不足；另，数学优化存在收敛性不稳定的问题，若设置的约束边界不合适，有可能找不到可行解；此外，最终优化获取的调度决策方案来源于纯数学原理，与防汛主管部门批复的调度方案基本脱节，难以兼顾水库的多目标综合调度需求，调度结果缺乏物理涵义，可执行程度不高。


技术实现要素：

13.本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于防洪对象安全的水库群决策实时动态调整方法，能够保证还原后的区间流量满足一致性原则，并在短时间内快速分配剩余防洪库容，最终在防汛主管批复调度方案的基础上实现全流域防洪对象的整体安全目标。
14.本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种基于防洪对象安全的水库群决策实时动态调整方法，它包括以下步骤：
15.步骤1)：节点概化：流域中所有对象均采用单点和双向的概念化模型进行描述，单点指流域中任意对象节点，双向包括指向和流向两个属性，其中指向反映父子层级关系，流向反映同层级上下游关系；
16.步骤2)：拓扑构建：流域拓扑结构采用点线式构建，点即为步骤1)中描述的对象节点，线即为节点之间构成的河段节点；
17.步骤3)：节点排序和拓扑校验：按照先支流后干流、先上游后下游的顺序对流域节点集合进行排序，同时校验节点、河段之间拓扑关系是否存在错误和矛盾的情形，并区分计算节点和非计算节点；
18.步骤4)：预报调度信息提取：遍历节点集合，提取出所有点式计算节点的来水预报和调度决策信息；
19.步骤5)：区间流量一致性还原：针对某一河段，首先基于河段上节点预报调度信息获取上边界流量过程，采用河道模拟演进方法推演得到上游流量传播至河段下节点时的下边界演算流量q
i
'，然后计算河段下节点预报调度信息获取得到的下边界原始流量q
i
与演算流量q
i
'之差，以此作为该河段的区间流量；
20.步骤6)：调度演进模拟器构建：在流域拓扑结构和一致性还原区间流量的基础上，构建所有计算节点的调度演进模拟器，实现水库调度、河道演进和测站分析的一体化模拟计算；
21.步骤7)：防洪对象安全判别：按顺序遍历所有拓扑节点中的点式节点；
22.步骤8)：可调水库集合识别：若产生预警节点，则针对每一预警节点，都根据拓扑关系筛选出对应的可调水库集合；
23.步骤9)：剩余防洪库容快速分配：按预警节点顺序遍历，若该节点的可调水库集合非空，则在原下泄流量q
o
的基础上，采用等步长递增方式进行拦蓄试算。
24.优选地，所述步骤1)中，单点指流域中任意对象节点，包括河流、水库、水位站、河段和防洪关键控制断面对象，包括编码、名称和类型三个属性；步骤4)中，来水预报和调度决策信息包括水库的入库流量、出库流量、坝上水位，以及测站的水位过程、流量过程信息。
25.优选地，步骤2)中，点为步骤1)中描述的水库、水位站和防洪关键控制断面类型节点，线为节点之间构成的河段节点，整个拓扑结构通过步骤1)中各节点的指向和流向两个属性进行自动组织构建，实现全流域通用化概念描述和动态解析生成。
26.优选地，步骤5)中，河道模拟演进方法具体为滞时演算模型法，其具体为：根据上节点的流量过程，按统一的传播时间进行流量平移，以及统一的坦化系数进行流量缩放，当传播时间与流量过程的时段步长不呈整数倍关系时，下节点流量会根据传播时间与时段步长进行线性插值确定，即：
27.q
t
＝i
t
‑△
t
*cs
ꢀꢀꢀ
(1)
28.式中，q
t
和i
t
‑△
t
分别是河段的上游入流和下游出流；t为当前时段；
△
t为河段上下边界之间的流量传播时间；cs为坦化系数。
29.优选地，步骤5)中，河道模拟演进方法具体为马斯京根模型法，其具体为：将连续方程简化为河段水量平衡方程，将动力方程简化为槽蓄方程，然后联立求解；即：
[0030][0031]
s＝k[xi
‑
(1
‑
x)q]
ꢀꢀꢀ
(3)
[0032]
式中，i和q分别为河段的上游入流和下游出流，s为该河段内的需水量，k值是槽蓄曲线的坡度，从物理意义上讲，k值等于在相应需水量s下稳定流状态的河段传播时间；x为流量比重因子，反映水面曲线的形状和河段槽蓄作用的大小。
[0033]
上述两式的差分解即为马斯京根法河道洪水演进公式：
[0034]
q
t
△
t
＝c0i
t
△
t
c1i
t
c2q
t
ꢀꢀꢀ
(4)
[0035][0036][0037][0038]
若上式中参数k和x已定，则c0、c1和c2可求得；已知时段初入流量i
t
、出流量q
t
以及时段末入流量i
t
△
t
，即可滑动求出整个时期在每个时段末的出流量q
t
△
t
。
[0039]
优选地，步骤6)中，水库采用调度决策模型，以动用防洪库容最小或防洪控制对象超安全流量最少等为目标函数，考虑水位、流量、水量平衡方程等约束条件，不同调度时段可任意设置不同的洪水调度决策指标和决策值，然后采用流量控制模式或者水位控制模式计算得出相应水库的运行过程，并将调度运行过程与决策指标进行比较看是否满足决策条件；河道演进采用与步骤5)区间流量还原步骤中一样的演进方法和演进参数；测站则重点分析关键统计指标，包括洪峰水位、洪峰流量和峰现时间；此外针对排序后的所有计算节点集合，在上述调度决策过程中还可任意指定计算的起点和终点，仅计算给定起点和终点范围内所有计算节点，获得对应的调度演进结果；
[0040]
梯级水库群防洪库容总耗用最小模型在保证防洪控制对象满足防洪要求、不超安全流量、不超限制水位的基础上使得梯级总动用的防洪库容最小，目标公式如下：
[0041][0042]
其中，v
i,t
为第i个水库在第t个时段动用的防洪库容；n为水库总数；t为汛期整个调度时段集合；
[0043]
梯级水库群防洪控制对象超安全流量最小模型在汛期来水极大情况下，所有防洪库容全部用完仍无法使得防洪控制对象满足防洪要求(不超安全流量、不超限制水位)，此时在水库满足自身防洪要求基础上使得防洪控制对象超安全流量最小；
[0044][0045]
其中，q
i,t
和q
i,t,safe
分别是第i个防洪控制对象在第t个时段的流量和安全流量；n为防洪控制对象总数；t为汛期整个调度时段集合；
[0046]
模型约束条件如下：
[0047]
一、最高最低水位约束：
[0048][0049]
其中，z
i,t
为第i个水库t时段平均水位；分别为第i个水库t时段可运行的最低最高水位；
[0050]
二、水量平衡约束：
[0051]
v
i,t
＝v
i,t 1
(i
i,t
‑
q
i,t
)
△
t
ꢀꢀꢀ
(11)
[0052]
其中，v
i,t
和v
i,t 1
分别为i水库t时刻和t 1时刻的初末库容，q
i,t
是i水库在t时段内的平均出库流量，i
i,t
是i水库在t时段的平均来水；
[0053]
三、泄流能力约束：
[0054][0055]
其中，q
i,t
为i水库t时段平均出库流量；为相应水位下水库i在水位为z
t
时的最大泄流能力，可通过水位流量关系得到；
[0056]
四、出库流量约束：
[0057]
[0058]
|q
i,t
‑
q
i,t
‑1|≤
△
q
i
ꢀꢀꢀ
(14)
[0059]
其中，q
i,t
为i水库t时段的平均出库流量；和为第i水库在t时段的最小和最大出库流量；i水库的流量变幅不能超过
△
q
i
；出库流量不大于入库流量则水库累计库容为消耗防洪库容；
[0060]
五、防洪安全保障流量约束：
[0061][0062]
其中，q’i,t
为t时段水库出库流量经河道演算到下游防洪控制点i的流量；
△
q
i
(t)为t时段上游水库群到防护点i的区间流量；为使防护点安全的最大流量；
[0063]
六、梯级水库间的水力联系：
[0064][0065]
其中，i
i,t
为电站i在时段t的入库流量；为上游电站的出库流量；τ
i
‑1为第i
‑
1个电站到第i个电站的水流时滞；q
i,t
为电站i在时段t的区间入流。
[0066]
优选地，步骤7)中，对于测站类节点，可分别基于流量准则和水位准则判别，其中流量准则判断计算洪峰流量是否超过警戒流量或保证流量，水位准则判断计算洪峰水位是否超过警戒水位或保证水位；对于水库类节点，则基于水位准则判别，判断水库调洪过程的最高坝上水位是否超过汛限水位。若超过上述任一准则限制，则标记为预警节点，同时记录该节点的最晚预警时段序号；最后，针对所有预警节点，记录所有预警节点的全局最晚预警时段序号tce。如果全流域没有产生预警节点，则说明全部满足防洪安全要求，直接返回，不需要对现有方案进行调整。
[0067]
优选地，水位判别准则如下：
[0068][0069]
tce
z
＝t s.t. f
z,0:t
‑1＝0,f
z,t
＝1
ꢀꢀꢀ
(18)
[0070]
式中，当存在某一时刻的水位超过安全水位时，水位准则值f
z,t
标记为1，否则标记为0；水位预警时段序号tce
z
需满足以下条件：该时刻之前的水位准则值均为0，该时刻的水位准则值为1；
[0071]
流量判别准则如下：
[0072][0073]
tce
q
＝t s.t. f
q,0:t
‑1＝0,f
q,t
＝1
ꢀꢀꢀ
(20)
[0074]
式中，当存在某一时刻的流量超过安全流量时，水位准则值f
z,t
标记为1，否则标记为0；水位预警时段序号tce
q
需满足以下条件：该时刻之前的流量准则值均为0，该时刻的流量准则值为1。
[0075]
优选地，步骤8)中，可调水库的筛选标准为：一是在当前预警节点上游且与当前预警节点存在直接或间接水力联系；二是还存在剩余防洪库容或还具有调节能力；三是若当前预警节点为水库，则包含自身。
[0076]
优选地，步骤9)中，设定出库流量拦蓄的步长增量为dq，对各可调水库的出库流量过程进行调整试算：将各可调水库0
‑
tce时段内的下泄流量减小dq；调用调度演算模拟器，计算调整后全时间尺度所有节点对象的调度运行过程；判断全流域是否还存在预警节点，若不存在预警节点，则调整结束，输出当前调整后调度决策方案；若依然存在预警节点，则筛选出新的可调水库集合，继续按照步长减小dq出库流量，重复本步骤，直到不存在预警节点为止；若所有可调水库的出库流量已调整为0，或所有预警节点的可调水库集合均为空，则说明所有水库的调节能力已全部启用，强制退出本步骤；
[0077]
其中，q'＝q
‑
dq
[0078]
式中，q'和q分别表示调整后和调整前的出库流量；dq表示流量调整步长。
[0079]
本发明的有益效果：
[0080]
(1)本发明设计的概念描述模型具有通用性，可适用于任意流域；并且本发明基于概念描述模型可实现流域拓扑结构的自动解析，准确性高，方便高效。
[0081]
(2)本发明提出的区间流量还原方法一致性好，能保证调整前后调度决策方案是在同一标准下完成的，有可对比性；
[0082]
(3)本发明提出的水库决策实时动态调整方法可基于防洪对象安全对任意调度决策方案快速分配剩余防洪库容，能获取使得全流域大规模防洪对象整体安全的调度决策结果，求解效率高，同时还能兼顾防汛主管部门批复的调度方案；
[0083]
(4)本发明能够保证还原后的区间流量满足一致性原则，并在短时间内快速分配剩余防洪库容，最终在防汛主管批复调度方案的基础上实现全流域防洪对象的整体安全目标。
附图说明
[0084]
图1为本实施例流域示意图；
[0085]
图2为流域拓扑结构示意图；
[0086]
图3为基于防洪对象安全的水库决策实时动态调整方法流程图；
[0087]
图4为另一流域拓扑结构示意图；
[0088]
图5为典型洪水3场景下d测站调节前后流量对比图；
[0089]
图6典型洪水3场景下f测站调节前后流量对比图。
具体实施方式
[0090]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0091]
如图3所示，一种基于防洪对象安全的水库群决策实时动态调整方法，它包括以下步骤：
[0092]
步骤1)：节点概化：流域中所有对象均采用单点和双向的概念化模型进行描述，单点指流域中任意对象节点，双向包括指向和流向两个属性，其中指向反映父子层级关系，流向反映同层级上下游关系；
[0093]
步骤2)：拓扑构建：流域拓扑结构采用点线式构建，点即为步骤1)中描述的对象节点，线即为节点之间构成的河段节点；
[0094]
步骤3)：节点排序和拓扑校验：按照先支流后干流、先上游后下游的顺序对流域节
点集合进行排序，同时校验节点、河段之间拓扑关系是否存在错误和矛盾的情形，并区分计算节点和非计算节点；
[0095]
步骤4)：预报调度信息提取：遍历节点集合，提取出所有点式计算节点的来水预报和调度决策信息；
[0096]
步骤5)：区间流量一致性还原：针对某一河段，首先基于河段上节点预报调度信息获取上边界流量过程，采用河道模拟演进方法推演得到上游流量传播至河段下节点时的下边界演算流量q
i
'，然后计算河段下节点预报调度信息获取得到的下边界原始流量q
i
与演算流量q
i
'之差，以此作为该河段的区间流量；
[0097]
步骤6)：调度演进模拟器构建：在流域拓扑结构和一致性还原区间流量的基础上，构建所有计算节点的调度演进模拟器，实现水库调度、河道演进和测站分析的一体化模拟计算；
[0098]
步骤7)：防洪对象安全判别：按顺序遍历所有拓扑节点中的点式节点；
[0099]
步骤8)：可调水库集合识别：若产生预警节点，则针对每一预警节点，都根据拓扑关系筛选出对应的可调水库集合；
[0100]
步骤9)：剩余防洪库容快速分配：按预警节点顺序遍历，若该节点的可调水库集合非空，则在原下泄流量q
o
的基础上，采用等步长递增方式进行拦蓄试算。
[0101]
优选地，所述步骤1)中，单点指流域中任意对象节点，包括河流、水库、水位站、河段和防洪关键控制断面对象，包括编码、名称和类型三个属性；步骤4)中，来水预报和调度决策信息包括水库的入库流量、出库流量、坝上水位，以及测站的水位过程、流量过程信息。如图1所示，单点指流域中任意对象节点，比如河流、水库、水文站、水位站、河段和防洪关键控制断面等对象，包括编码(id)、名称(name)和类型(type)三个属性；双向包括指向(parent)和流向(down)两个属性，其中指向反映父子层级关系，流向反映同层级上下游关系。综上，针对流域中任意对象其拓扑属性描述为：nd＝topo(id,name,type,parent,down)。图1为流域示意图，图中干流ω、支流ψ和υ、水库a、b、c、d和测站e、f、g均可采用本发明提出的概念化模型进行描述，具体结果如下表1所示。
[0102]
表1示例流域节点概化结果
[0103]
[0104]
优选地，步骤2)中，点为步骤1)中描述的水库、水位站和防洪关键控制断面类型节点，线为节点之间构成的河段节点，整个拓扑结构通过步骤1)中各节点的指向和流向两个属性进行自动组织构建，实现全流域通用化概念描述和动态解析生成。本实施例中，图1和表1的流域节点完整拓扑结构解析后如图2所示。
[0105]
在步骤3)中，本实施例中的水库、河段和测站均为计算节点，其中水库主要开展洪水调度计算、河段主要开展洪水演进传播计算、测站主要开展安全分析评估；河流为非计算节点，仅用于组织拓扑关系。因此，根据以上原则，本例中排序后的计算节点顺序依次为水库a、河段ae、测站e、水库d、河段df、测站f、水库b、河段bc、水库c、河段cg、测站g。
[0106]
在步骤4)中，根据不同类型计算节点的主要任务，线式节点主要用于计算从上边界到下边界的流量演进过程，而点式节点则主要承担洪水调节的具体动作和关键成果。因此，预报调度信息提取主要集中在点式节点；遍历节点集合，提取出所有点式计算节点的来水预报和调度决策信息，包括水库的入库流量、出库流量、坝上水位，以及测站的水位过程、流量过程等信息；此时获取得到的所有预报调度信息均是原始调度决策方案的结果；本实施例中即为获取水库a、水库b、水库c、水库d、测站e、测站f和测站g的预报调度成果信息。
[0107]
在步骤5)中，此步骤即为线式计算节点的区间流量还原，上述还原计算过程中，所有河段均同步存储其具体采用的河道模拟演进方法及参数，在后续调整步骤中，各河段模拟演进计算的演进方法和演进参数均不再改变，从而可保证任一河段的区间流量过程从还原计算到模拟演进始终具有一致性。以示例中支流ψ为例，设水库a的出库流量通过某一确定性河道模拟演进方法传播到测站e时的流量为q
i
'，设预报调度信息中提取出测站e的流量为q
i
，则河段ae的区间流量记为q
i
‑
q
i
'。
[0108]
在本实施例中，河道模拟演进方法可以选用以下两种方法：
[0109]
方法一、步骤5)中，河道模拟演进方法具体为滞时演算模型法，其具体为：根据上节点的流量过程，按统一的传播时间进行流量平移，以及统一的坦化系数进行流量缩放，当传播时间与流量过程的时段步长不呈整数倍关系时，下节点流量会根据传播时间与时段步长进行线性插值确定，即：
[0110]
q
t
＝i
t
‑△
t
*cs
ꢀꢀꢀ
(1)
[0111]
式中，q
t
和i
t
‑△
t
分别是河段的上游入流和下游出流；t为当前时段；
△
t为河段上下边界之间的流量传播时间；cs为坦化系数。
[0112]
方法二、步骤5)中，河道模拟演进方法具体为马斯京根模型法，其具体为：将连续方程简化为河段水量平衡方程，将动力方程简化为槽蓄方程，然后联立求解；即：
[0113][0114]
s＝k[xi
‑
(1
‑
x)q]
ꢀꢀꢀ
(3)
[0115]
式中，i和q分别为河段的上游入流和下游出流，s为该河段内的需水量，k值是槽蓄曲线的坡度，从物理意义上讲，k值等于在相应需水量s下稳定流状态的河段传播时间；x为流量比重因子，反映水面曲线的形状和河段槽蓄作用的大小。
[0116]
上述两式的差分解即为马斯京根法河道洪水演进公式：
[0117]
q
t
△
t
＝c0i
t
△
t
c1i
t
c2q
t
ꢀꢀꢀ
(4)
[0118][0119][0120][0121]
若上式中参数k和x已定，则c0、c1和c2可求得；已知时段初入流量i
t
、出流量q
t
以及时段末入流量i
t
△
t
，即可滑动求出整个时期在每个时段末的出流量q
t
△
t
。
[0122]
优选地，步骤6)中，水库采用调度决策模型，以动用防洪库容最小或防洪控制对象超安全流量最少等为目标函数，考虑水位、流量、水量平衡方程等约束条件，不同调度时段可任意设置不同的洪水调度决策指标和决策值，然后采用流量控制模式或者水位控制模式计算得出相应水库的运行过程，并将调度运行过程与决策指标进行比较看是否满足决策条件；河道演进采用与步骤5)区间流量还原步骤中一样的演进方法和演进参数；测站则重点分析关键统计指标，包括洪峰水位、洪峰流量和峰现时间；此外针对排序后的所有计算节点集合，在上述调度决策过程中还可任意指定计算的起点和终点，仅计算给定起点和终点范围内所有计算节点，获得对应的调度演进结果；
[0123]
梯级水库群防洪库容总耗用最小模型在保证防洪控制对象满足防洪要求、不超安全流量、不超限制水位的基础上使得梯级总动用的防洪库容最小，目标公式如下：
[0124][0125]
其中，v
i,t
为第i个水库在第t个时段动用的防洪库容；n为水库总数；t为汛期整个调度时段集合；
[0126]
梯级水库群防洪控制对象超安全流量最小模型在汛期来水极大情况下，所有防洪库容全部用完仍无法使得防洪控制对象满足防洪要求(不超安全流量、不超限制水位)，此时在水库满足自身防洪要求基础上使得防洪控制对象超安全流量最小；
[0127][0128]
其中，q
i,t
和q
i,t,safe
分别是第i个防洪控制对象在第t个时段的流量和安全流量；n为防洪控制对象总数；t为汛期整个调度时段集合；
[0129]
模型约束条件如下：
[0130]
一、最高最低水位约束：
[0131][0132]
其中，z
i,t
为第i个水库t时段平均水位；分别为第i个水库t时段可运行的最低最高水位；
[0133]
二、水量平衡约束：
[0134]
v
i,t
＝v
i,t 1
(i
i,t
‑
q
i,t
)
△
t
ꢀꢀꢀ
(11)
[0135]
其中，v
i,t
和v
i,t 1
分别为i水库t时刻和t 1时刻的初末库容，q
i,t
是i水库在t时段内
的平均出库流量，i
i,t
是i水库在t时段的平均来水；
[0136]
三、泄流能力约束：
[0137][0138]
其中，q
i,t
为i水库t时段平均出库流量；为相应水位下水库i在水位为z
t
时的最大泄流能力，可通过水位流量关系得到；
[0139]
四、出库流量约束：
[0140][0141]
其中，q
i,t
为i水库t时段的平均出库流量；和为第i水库在t时段的最小和最大出库流量；i水库的流量变幅不能超过
△
q
i
；出库流量不大于入库流量则水库累计库容为消耗防洪库容；
[0142]
五、防洪安全保障流量约束：
[0143][0144]
其中，q’i,t
为t时段水库出库流量经河道演算到下游防洪控制点i的流量；
△
q
i
(t)为t时段上游水库群到防护点i的区间流量；为使防护点安全的最大流量；
[0145]
六、梯级水库间的水力联系：
[0146][0147]
其中，i
i,t
为电站i在时段t的入库流量；为上游电站的出库流量；τ
i
‑1为第i
‑
1个电站到第i个电站的水流时滞；q
i,t
为电站i在时段t的区间入流。
[0148]
优选地，步骤7)中，对于测站类节点，可分别基于流量准则和水位准则判别，其中流量准则判断计算洪峰流量是否超过警戒流量或保证流量，水位准则判断计算洪峰水位是否超过警戒水位或保证水位；对于水库类节点，则基于水位准则判别，判断水库调洪过程的最高坝上水位是否超过汛限水位。若超过上述任一准则限制，则标记为预警节点，同时记录该节点的最晚预警时段序号；最后，针对所有预警节点，记录所有预警节点的全局最晚预警时段序号tce。如果全流域没有产生预警节点，则说明全部满足防洪安全要求，直接返回，不需要对现有方案进行调整。
[0149]
优选地，水位判别准则如下：
[0150][0151]
tce
z
＝t s.t. f
z,0:t
‑1＝0,f
z,t
＝1
ꢀꢀꢀ
(18)
[0152]
式中，当存在某一时刻的水位超过安全水位时，水位准则值f
z,t
标记为1，否则标记为0；水位预警时段序号tce
z
需满足以下条件：该时刻之前的水位准则值均为0，该时刻的水位准则值为1；
[0153]
流量判别准则如下：
[0154][0155]
tce
q
＝t s.t. f
q,0:t
‑1＝0,f
q,t
＝1
ꢀꢀꢀ
(20)
[0156]
式中，当存在某一时刻的流量超过安全流量时，水位准则值f
z,t
标记为1，否则标记为0；水位预警时段序号tce
q
需满足以下条件：该时刻之前的流量准则值均为0，该时刻的流量准则值为1。
[0157]
优选地，步骤8)中，可调水库的筛选标准为：一是在当前预警节点上游且与当前预警节点存在直接或间接水力联系；二是还存在剩余防洪库容或还具有调节能力；三是若当前预警节点为水库，则包含自身。按照以上标准，在示例中，假设所有水库均存在剩余防洪库容，则测站e的可调水库集合为水库a；水库c的可调水库集合为水库a和水库b；测站f的可调水库集合为水库d；测站g的可调水库集合为水库a、水库b、水库c和水库d。
[0158]
优选地，步骤9)中，设定出库流量拦蓄的步长增量为dq，对各可调水库的出库流量过程进行调整试算：将各可调水库0
‑
tce时段内的下泄流量减小dq；调用调度演算模拟器，计算调整后全时间尺度所有节点对象的调度运行过程；判断全流域是否还存在预警节点，若不存在预警节点，则调整结束，输出当前调整后调度决策方案；若依然存在预警节点，则筛选出新的可调水库集合，继续按照步长减小dq出库流量，重复本步骤，直到不存在预警节点为止；若所有可调水库的出库流量已调整为0，或所有预警节点的可调水库集合均为空，则说明所有水库的调节能力已全部启用，强制退出本步骤；
[0159]
其中，q'＝q
‑
dq
[0160]
式中，q'和q分别表示调整后和调整前的出库流量；dq表示流量调整步长。
[0161]
下面以具体实例进一步阐述：如图3所示的基于防洪对象安全的水库决策实时动态调整方法流程图，按照上述流程，以某流域骨干水库群防洪任务作为案例研究对象，具体选取a、b、c和e四座水库，以d和f作为防洪对象测站。
[0162]
(1)流域拓扑结构与计算节点顺序
[0163]
本案例中共有1条干流、1条支流、4座水库、2个测站和4个河段，具体的流域拓扑结构图如图4所示；
[0164]
按照先支流后干流，先上游后下游的原则，本实例中节点计算顺序为e水库、a水库、河段ab、b水库、河段bc、c水库、河段cd、d测站、河段df、f测站。水库主要开展洪水调度计算、河段主要开展洪水演进传播计算、测站主要开展安全分析评估。
[0165]
(2)初始方案评估与可调水库集合识别
[0166]
a、b、c和e水库的汛限水位分别为776.4m、359.3m、222.5m和214m，初始方案四座水库均维持在汛限水位运行，这种运行方式对水库本身的安全度较高，但由于没有拦蓄洪水会导致防洪对象安全度较低。分别选取3场典型洪水，采用维持汛限水位的方式运行，4座水库的下泄流量和2个测站的流量如下表所示：
[0167]
表2典型洪水1初始方案流量
[0168][0169]
表3典型洪水2初始方案流量
[0170][0171]
表4典型洪水3初始方案流量
[0172][0173]
从典型洪水1至典型洪水3洪水流量逐渐增大，对防洪对象安全的威胁也逐渐增加。d和f两个测站的安全流量分别设置为22000m3/s和30000m3/s。典型洪水1只在f测站的第3个时段有超过安全流量，且超安全流量的数值并不大；典型洪水2也只在f测站上有超过安全流量，但在第4至第11个时段上均有超过，且超过的数值较大；典型洪水3在d和f两个测站上均有超过安全流量，且超过的数值是三场洪水中最大的。
[0174]
根据珠江流域拓扑结构可知，d的可调水库集合为：a、b和c水库；f的可调水库集合
为：a、b、c和e水库。
[0175]
(3)剩余防洪库容快速分配
[0176]
从初始方案中可提取调度信息并还原区间流量，只需要在调整过程中采用与初始方案区间流量还原中一样的方法和参数，就能保证调整前后区间流量的一致性。对每个水库设置一定步长，逐渐减少下泄流量，以使得防洪对象不超过安全流量。调整后的3场典型洪水下水库下泄流量和测站流量如下表所示：
[0177]
表5典型洪水1调节后流量
[0178][0179]
表6典型洪水2调节后流量
[0180][0181]
表7典型洪水3调节后流量
[0182][0183]
对比调节前后4座水库的下泄流量和测站的流量可知，采用本发明提出方法调节后的测站流量在全部时段均未超过安全流量，验证了方法的有效性。同时针对不同量级洪水，动用的防洪库容也不一样，典型洪水1场景下只动用a水库的防洪库容即可保证防洪对象不超安全流量；典型洪水2场景下需动用a水库和b水库的防洪库容；典型洪水3场景下则需动用全部可调水库的防洪库容。
[0184]
典型洪水3场景下d和f测站调节前后流量对比如图5和6所示，从图5中可以直观看出调节前测站流量会超过安全流量，采用本发明提出方法调节后测站流量均不超过安全流量，直观验证了本发明方法的有效性。其余两场典型洪水的流量对比与之类似。
[0185]
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。