(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111360730.9 (22)申请日 2021.11.17 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 武汉大学 申请人 中国长江三峡集团有限公司 (72)发明人 周研来　郭生练　许崇育　王俊　 尹家波　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 代理人 罗敏清 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 梯级水库汛期运行水位协同浮动 的运用方 法 (57)摘要 本发明提供一种梯级水库汛期运行水位协 同浮动的运用方法， 包括： 剖析梯级水库防洪库 容的补偿 机理， 厘清梯级水库汛期运行水位协同 浮动关系； 对多个梯级水库， 考虑梯级水库间水 力联系， 依从上游至下游顺序采用预报预泄法推 求各水库汛期运行水位上浮的浮动量； 建立以有 效预泄时间内防洪风险最小化和发电量最大化 为优化目标函数、 水库出库流量为决策变量的协 同优化模块， 并根据该协同优化模块优化防洪库 容等效置换系数和梯级水库汛期运行水位浮动 量。 本发明可大幅提升仿生进化算法的寻优效 率， 对梯级水库汛期运行水位协同浮动运用的预 报调度一体化程度更高且可实现梯级水库防洪 库容的等效置换。 权利要求书4页 说明书8页 附图2页 CN 114117956 A 2022.03.01 CN 114117956 A 1.一种梯级水库汛期运行 水位协同浮动的运用方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一， 剖析梯级水库防洪库容的补偿机理， 厘清梯级水库汛期运行水位协同浮动关 系； 步骤二， 对多个梯级水库， 考虑梯级水库间水力联系， 依从上游至下游顺序采用预报预 泄法推求各 水库汛期运行 水位上浮的浮动量； 步骤三， 建立以有效预泄时间内防洪风险最小化和发电量最大化为优化目标函数、 水 库出库流量为决策变量的协同优化模块， 并根据该协同优化模块优化防洪库容等效置换系 数和梯级水库汛期运行 水位浮动量。 2.根据权利要求1所述的梯级水库汛期运行水位协同浮动的运用方法， 其特征在于， 步 骤一中采用库容置换 方法剖析梯级水库防洪库容补偿机理， 其中， 库容置换 过程如下： 若梯级水库按上游至下游依次编号为1， 2， ...， N， 梯级水库相应的防洪库容分别为 随机生成一个防洪库容置换系数矩阵 则梯级水库的汛期运行水位浮动为 其中， f1(·)， f2(·)， ...， fN(·)为第1， 2， ...， N个水库的库容转水位的函 数； 梯级水库的防洪库容置换需满足如下限定性约束条件： 式中： 为第i个水库的防洪库容置换系数； 当 时， 代表水库的防洪库容减 少且相应的汛期运行水位向上浮动； 当 时， 代表水库的防洪库容不变且相 应的汛期 运行水位维持分期汛限水位； 当 时， 代表水库的防洪库容增加且相应的汛期运 行水位向下浮动。 3.根据权利要求1所述的梯级水库汛期运行水位协同浮动的运用方法， 其特征在于， 所 述步骤二中梯级间水库间水力联系模拟如下： 先利用水文学法和水动力学法模拟第2， 3， ...， N个水库的入库流量， 得到水库入库流 量样本， 然后利用这些样本训练机器学习模型， 得到梯 级间水力联系的代理模型， 相 邻水库 水力联系计算式如下： 式中， 为第i个水库t ‑1时刻的出库流量； 为第i+1个水库t ‑1时 刻的出库流量； 为第i+1个水库t时刻的入库流量； 为第i+1个水库t时刻的 区间入流； g( ·)为机器学习模型的映射 函数。 4.根据权利要求3所述的梯级水库汛期运行水位协同浮动的运用方法， 其特征在于， 所 述步骤二中基于预报预泄法推求水库汛期运行 水位上浮的浮动量如下： 综合考虑降雨预报及洪水预报预见期长度或精度、 预泄能力约束和下游安全泄量， 水 库在有效预泄时间内按预泄能力对应的提前泄流水量将水库汛期运行水位向上浮动， 浮动权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114117956 A 2量ΔZ计算如下： 式中： ΔZi为第i个水库汛期运行水位上浮的浮动量； Ti为第i个水库有效预泄时间； 为有效预泄时间内第i个水库的平均预报 入库流量， 为有效预泄时间内第i个水库的平 均出库流量； 为第i个水库t时刻的入库流量， 为第i个水库t时刻的出库流量； εi(t)为第i个水库t时刻入库流量的预报误差； 为第i个水库下游防护目标的堤防过流 能力； 为第i个水库的水文预报预见期， 含降雨 预报和洪水预报预见期； 为第i个水库作 业预报时间、 决策时间和闸门操作时间之和； Δt为计算时段； Wi为有效预泄时间内第i个水 库的预泄水量。 5.根据权利要求1所述的梯级水库汛期运行水位协同浮动的运用方法， 其特征在于， 步 骤三中， 以有效预泄时间内防洪风险最小化和发电量 最大化为优化目标函数分别为： 式中： FR为防洪风险最小 化目标函数， HG为发电量最大化目标函数； Vi(t)为第i个 水库t 时刻的库容； 为第i个水库分期汛限水位对应的库容； M为年数或场次洪水数； Pi(t)为第i 个水库t时刻的出力； mi n{·}为最小化函数， max{ ·}为最大化函数； 在建立上述的优化目标函数后， 以水库出库流量为决策变量， 综合考虑防洪库容置换、 预报预泄过程、 防洪调度规则、 水力联系和水库水位、 流量、 出力约束， 采用元启发式优化算 法协同优化梯级 水库调度过程， 推求防洪库容等效置换系数和梯级水库汛期运行水位协同 浮动量。 6.根据权利要求5所述的梯级水库汛期运行水位协同浮动的运用方法， 其特征在于， 步 骤三中的优化目标函数及各 水库/电站需满足以下约束条件： a.水量平衡约束： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114117956 A 3