近年来在人类活动增强、气候变化及海平面上升的多重影响下,河口海岸地区遭受极端洪潮破坏的风险呈上升趋势,严重威胁河口海岸堤防安全。河口海岸地区动力条件复杂多变、灾害成因多样,且相关作用过程突发性强、破坏性大,导致河口海岸堤防安全风险评估及灾害预报预警难度高。围绕河口海岸堤防安全风险评估及预警的国际科学研究热点和国家防灾减灾的重大战略需求,梳理其国内外相关研究的现状与趋势,分析了亟待解决的关键科学和技术问题,并针对现有研究的不足,对未来研究方向提出相关建议及展望。相关研究的突破可服务于河口海岸地区的安全保障能力提升,为防灾减灾科学决策提供重要支撑。
三峡工程及长江上游水库群建库运行以来,新水沙形势下荆江河段发生大范围、高强度持续冲刷,导致部分护岸工程段崩岸险情时有发生,对河势稳定、防洪安全及岸线利用等造成较大影响。以2023年下荆江已护险工段“天字一号”段突发崩岸险情及处置为例,通过实测资料分析,揭示了崩岸发生的主要原因为“清水下泄”情势下河床持续冲深、局部河势显著调整变化引起深泓深槽贴岸、河段岸坡地质条件较差以及持续中低水位影响等。基于险情特征,采取水下抛石方式对窝崩险工段及上下游影响段进行应急处置,提出亟需建立体制机制,保障相关建设资金,重视和加强对险工段坡脚变化的动态监测和整治技术研发,完善崩岸监测预警及应急抢护机制等中长期治理建议,为新水沙情势下长江中下游河道崩岸系统防治提供支撑。
三峡工程蓄水运用后太子矶河段右岸扁担洲附近河床近期冲刷明显,局部崩岸严重时将威胁堤防安全、影响附近河势控制节点和下游汊道分流比的变化及右汊东港主槽航道条件的稳定性。多年实测资料揭示了该河段近期河床演变特点及其变化趋势。结果表明:多年来岸线基本稳定;深泓线除长河口-幸福村顺直段变化较大外,其余河段变化较小;-5、-10、-15 m等高线深槽略有冲刷;铁铜洲汊道将继续维持左支右主的河势格局,右汊总体呈冲刷趋势;扁担洲附近局部河段河床累积冲刷明显。提出亟需对扁担洲局部冲刷严重段进行抛石防护,加强水文和险工段动态监测和跟踪分析等相关中长期防治措施建议,可为新水沙条件下该河段未来河道治理方案研究提供重要的技术支撑。
径流组成成分识别是水文分析的一项重要内容,但目前在组分模型形式选择方面仍缺乏统一的准则,导致建模时组分类型及分离顺序难以确定。考虑突变、趋势、周期成分等组分类型,构建不同的线性叠加模型对变化长度径流序列的组成成分进行动态识别,在分析不同模型的识别精度及其随时间变化特征的基础上,提出了基于效益风险均衡的径流组分模型选择准则。以金沙江下游屏山站1956—2010年的径流序列为实例,对所提模型选择准则进行了应用分析。结果表明,径流成分识别受到模型形式和序列长度的共同影响,识别精度越高的模型在应对序列长度变化时具有相对越低的稳定性,所提准则为径流组分模型选择提供了一种均衡考量识别精度(效益)和稳定性(风险)的思路。
南涑河是淮河流域一条重要的城市河流,对其开展水质水量研究并通过合理调度改善水环境,对保障水生态环境健康、提高当地人民群众幸福指数具有重要意义。选取南涑河流域为研究区域,以主要污染物COD、NH3-N为水环境评价指标,基于MIKE11软件构建一维水质水量耦合模型,分析汛期、非汛期水环境容量的动态变化及不同调度方案下南涑河的水质变化,寻找最佳调度方案。结果表明:南涑河的主要污染物COD、NH3-N浓度在Ⅰ—Ⅴ类之间波动,汛期水质发生显著恶化,COD、NH3-N的水环境容量在汛期达到峰值。基于控制支流污水汇入和增大干流流量的水质改善方法共提出7种调度方案。对比发现藕蒲沟支流汇入是干流水质恶化的主要原因,因此,推荐改善水质的最佳调度方案为增大干流流量并关闭藕蒲沟支流的闸阀,阻止污染物汇入干流。构建的一维水质水量耦合模型符合南涑河的实际情况,能够用于南涑河水环境研究,提出的调度方案可切实有效改善南涑河水质,保障水生态环境健康。
为验证卫星测高技术监测城市湖泊水位变化的能力,以武汉东湖为例评估Jason-3卫星测高数据的质量,比较ICE、重心偏移法和阈值法等重跟踪方法的效果,采用一种稳健的测高数据策略构建东湖2017—2022年湖水位时间序列,并结合气象数据分析湖水位变化特征。结果表明对于东湖Jason-3测高数据采用50%阈值的阈值法重跟踪精度最高,与水文实测水位相比均方根误差为0.108 m,相关系数为0.87。2017年9月至2022年3月,东湖水位稳定在19.5 m左右,变化幅度<0.5 m,月变化基本在0.2 m以内。东湖水位与降水量相关性差,没有明显的季节性变化,人为调控起着支配作用。研究结果展示了卫星测高技术用于城市湖泊水位变化监测的潜力。
为揭示高黎贡山南段极端降水时空变化特征及其与强ENSO事件的关系,基于1981—2020年区域8个站点的日降水数据,采用创新趋势分析(ITA)、线性回归分析(LR)以及复合分析等方法,以海温异常指数(DMI、ONI)为支持,选取5个极端降水指数(EPI)进行分析。结果显示:除最大连续干旱日数(CDD)显著增加外,大部分极端降水指标呈减少趋势,预示该地区存在干旱加剧的总体趋势,其中,东坡、西坡湿日总降水量(PTOT)减少幅度分别为39.9、46.1 mm/(10 a);最大连续干旱日数(CDD)增加幅度分别为3.9、0.7 d/(10 a);区域极端降水与大洋尼诺指数ONI存在弱到中等程度的关联,该关系主要表现为负相关,即ONI为正位相时,雨季降水更倾向为偏少(偏干)状态;在大尺度驱动因素的季节关联上,西、东坡流域略有差异。对前期和同期季节尺度ONI的跟踪将有助于对本地区极端降水变化作出预估。
黄河流域资源型城市水资源承载力评价相关研究缺失,亟待填补以支撑黄河流域的生态保护与高质量发展战略。以油气资源城市庆阳市为例,其油气开发面临水资源短缺问题。结合庆阳市实际,融合动静评价法构建油气开发区水资源承载力评估体系,在静态评估中通过主成分分析法追溯历史变化并分析关键影响因素,动态评估则是采用系统动力学提出了4种优化方案,并对庆阳市2022—2035年水资源承载力趋势进行了预测。结果表明:2012—2022年,由于社会经济发展、水资源利用和生态建设等多方面因素的共同影响,庆阳市水资源承载力总体呈逐年下降趋势,年均下降幅度为18.78%;考虑节水、治污、经济调节等方面形成综合发展方案,认为可通过采取供需双向调整策略缓解水资源压力。研究成果可为庆阳市水资源调控提供参考。
水质预测是水污染防治的重要组成部分,但水质序列呈现出较强的随机性、不平稳性等特点,为进一步提高地表水质预测的精度,提出一种新型水质预测混合模型。首先采用自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)将原始水质序列分解,然后利用模糊散布熵(FuzzDE)将分量划分为高、中、低3种复杂度成分,其次分别利用改进螳螂算法(IMSA)优化后的双向长短时记忆网络(BiLSTM)、最小二乘支持向量机回归(LSSVR)、极限学习机(ELM)对高、中、低3种复杂度成分进行预测,并对预测结果进行组合重构,最后建立BiLSTM误差校正模型对误差进行修正,得到最终预测结果。利用沅江支流酉水两个断面的溶解氧浓度及湘江流域一个断面的pH值进行仿真验证,R2可达90%以上,结果表明混合模型预测的准确性优于其他对比预测模型。
多分散颗粒在自然环境中广泛存在,精确预测不利条件下(颗粒-介质表面存在排斥力)多分散颗粒在饱和介质中的运移和沉积至关重要。开展了不同离子强度条件下(1、6、20、200 mM)多分散颗粒(0.375~18.863 μm)人工回灌一维砂柱定流量试验,探索不同离子强度(不利条件和有利条件)下多分散颗粒的沉积特征,耦合不利条件下胶体吸附效率模型与多分散颗粒沉积模型,建立不利条件下多分散颗粒沉积模型,并进行相应的数值模拟。物理试验和数值模拟结果表明:相比有利条件,不利条件下微观尺度多分散颗粒的捕获概率因存在能量势垒而减小了8.5%~67.6%,颗粒粒径越小,颗粒捕获概率的降幅越大;有利条件下颗粒的最终沉积剖面曲线呈“上陡下缓”的超指数分布,沉积总量随离子强度的增加而增加,在砂柱上部的沉积总量为16.7%~24.6%,离子强度的降低加剧了沉积剖面“上陡下缓”的非均等分布。
滨海湿地碳储量巨大,研究其时空分布对实现“双碳”目标具有重要意义。以上海崇明岛滨海湿地为研究对象,利用2015年、2017年、2019年、2021年Sentinel-2遥感影像,在修正碳密度基础上,结合土地利用状况得到了其碳储量时空分布特征,并通过地理探测器定量分析了碳储量的影响因素。研究结果表明:崇明岛外围为湿地,内侧为非湿地区域,人工湿地与自然湿地面积增加显著,增加约2万hm2;崇明岛碳储量整体呈逐年增加的向好趋势,增加约60万t,非湿地向自然湿地和人为湿地的转化均表现为碳储量增加;自然因素对崇明岛湿地碳储量的影响均较弱,而社会经济发展对崇明岛湿地碳储量的影响较大,其中经济增加值与土地利用强度的地理探测器q值分别达到了0.79和0.82。崇明岛滨海湿地碳储量逐年增加,湿地保护初见成效,同时其碳储量受社会经济因素影响较大。
明确不同雨型条件下紫色土坡面产流产沙对水土保持措施的响应特征可为评估紫色土水土保持措施效益提供理论依据。基于紫色土区10个不同水土保持措施径流小区的37场降雨的产流产沙数据,采用K-Means聚类方法,依据平均雨强(Iave)、最大30 min雨强(I30)、降雨历时(T)、降雨侵蚀力(Rr)指标划分降雨类型,分析不同雨型和水土保持措施对坡面产流产沙的影响。结果表明:①37场降雨可划分为5种雨型,包括Ⅰ型(弱侵蚀、小雨强、长历时)、Ⅱ型(中弱侵蚀、中小雨强、中长历时)、Ⅲ型(中侵蚀、中雨强、中历时)、Ⅳ型(中强侵蚀、中大雨强、中短历时)、Ⅴ型(强侵蚀、大雨强、短历时),其中Ⅲ型为引起坡面水土流失的主要雨型,该雨型导致的产流量和产沙量分别是另外4种雨型的1.2~6.4倍和2.7~19.4倍。②农地窄面埂沟梯地种植和台地种植分别在小雨型(Ⅰ、Ⅱ型)和大雨型(Ⅳ、Ⅴ型)条件下减流效益最佳,主要是由于梯地能有效拦截低雨强、小雨量降雨的径流泥沙,而在大雨量、高雨强的降雨条件下,梯地易蓄满,台地能更有效拦截径流泥沙;其次,林地隔离草带在Ⅰ型降雨条件下的减流效益最佳,主要是由于草带能有效减缓其径流流速,促进下渗和泥沙沉积。研究结果可为进一步明确紫色土区的降雨-水沙关系提供依据。
受气候变化和大规模水土保持措施等因素共同作用下,黄河水沙情势发生剧烈变化。以黄河宁夏段面积最大、侵蚀最为严重的清水河流域为研究对象,基于1955—2016年实测水沙资料,解析水沙对关键影响因素的响应规律,探究水土保持作用下流域水沙关系演变特征。结果表明:清水河流域整体上呈现水沙减少趋势,人类活动引发的下垫面剧烈改变是水沙变化的主要因素,加快了流域水沙关系的演变;2000年后流域水沙关系发生明显转变,具体表现为水沙关系曲线系数a的显著降低,流域下游指数b明显上升。本研究认为流域水沙关系受到大规模水土保持措施实施的驱动而发生演变,基于泥沙的“储存-释放”效应,在新水沙条件下,强输沙事件出现的概率仍旧存在,因此需要加强预防措施。
变化环境下复杂山区小流域山洪灾害频发,提高山洪预报效率及精度是山洪灾害防治体系建设的必然要求。水文模型是模拟降雨径流实现山洪预报的有效工具,明晰产流机制是高精度山洪预报的重要前提。为了探究在小、中、大、特大型4种等级山洪下官山河流域洪水径流对不同产流模式的响应情况,以新安江模型为基础,分别采用蓄满产流、超渗产流与混合产流模式对官山河流域展开山洪模拟分析。结果表明:垂向混合产流的各项精度评价优于超渗产流和蓄满产流,不同等级山洪下的NSE均值>0.7,表现出良好的适用性;超渗产流模式能够有效刻画暴雨下以地表径流为主的山洪产流过程,大型山洪下NSE均值达0.8,在捕捉洪峰方面优势明显。研究成果可为官山河流域山洪灾害防治提供理论与方法支撑,同时可为复杂山区小流域山洪预报提供参考。
目前CASC2D水文模型的调整参数工作主要为人工试错法,缺乏模型参数的全局敏感性分析。为解决此问题,研究采用Sobol指数法,以贺兰山东麓流域苏峪口水文站以上区域为研究区,基于洪峰峰现时间、洪峰流量以及确定性系数3个指标,对CASC2D水文模型的8个主要参数进行全局敏感性分析。结果表明:对峰现时间指标全局影响最大的3个参数分别为饱和水力传导度Ks、河道糙率系数nc以及土壤缺水量Md,且3个参数与峰现时间指标呈正相关关系;对洪峰流量指标和确定性系数指标全局影响最大的3个参数为饱和水力传导度Ks、毛细管压力水头Hc以及河道糙率系数nc,且参数与洪峰流量指标呈正相关关系;而饱和水力传导度Ks与确定性系数呈负相关关系,毛细管压力水头Hc以及河道糙率系数nc与确定性系数呈正相关关系。由于存在参数间的互相影响,在参数率定过程中需要根据一阶影响指数、总效应指数结果得到的各参数独立敏感度和互相影响程度,对参数变化方向和变化范围进行合理选择。研究成果可为模型参数率定工作提供参考。
长距离重力流输水系统在大流量输水期间需开启首部泵站加压供水,形成重力流加压联合输水,如遇事故停泵极易引起管线内水柱分离,产生弥合水锤威胁工程安全。采用特征线法对空气阀、空气阀+末端阀联合、空气阀+末端阀+溢流管联合、空气阀+空气阀调压室联合4种水锤防护方案开展水锤数值模拟。结果表明:对长距离重力流加压联合输水系统,利用末端阀关闭形成增压波无法有效改善管内负压效果,还可能带来管内最大压力超标问题;利用调压管和空气阀组合的空气阀调压室兼顾了补水和补气功能,与空气阀联合防护对于管内正、负压均有良好的防护效果,可作为长距离重力流加压输水系统的首选防护手段。
为了解桑河二级仿自然鱼道的过鱼效果,采用水力学条件监测、红外线水下视频监测和下闸排空捕捞的方法对鱼道内的水力学参数及过鱼种类组成、体型分布等进行统计分析。结果表明:鱼道内蛮石缝间的平均流速为0.79 m/s,通道内的平均流速为0.635 m/s,符合流速设计要求。监测期间调查统计到过鱼数量共计3 954尾,隶属9目、14科、21属、24种,种类组成以鲤形目为主,占75.99%,鱼类个体数量以头孔无须魮最多,黄尾短吻鱼、裂峡鲃次之,过鱼体型集中在体长10~20 cm、体宽0~5 cm范围内。鱼类洄游游向不同并具有昼夜差异和季节差异,监测到的鱼类中有68%通过鱼道上溯,白天(6:00~18:00)过鱼效果显著优于其他时段,过鱼季节集中在7—8月份,原设计过鱼季节选在4—8月份基本合理。桑河二级仿自然鱼道为鱼类洄游提供了通道和适宜的水流环境,具有良好的过鱼功能,对该流域的鱼类保护具有重要的意义。
2023年9月第十二届国际土工合成材料大会(12 ICG)在意大利罗马召开。该次会议设3个特邀报告和4个主旨报告,收到论文296篇。从大会报告和会议论文中,可以看到国际上近年在该领域关心哪些课题、取得什么进展、存在什么问题等,这些将对我们今后的工作有参考和启示作用。通过阅读会议的主要论文,认为“韧性和可持续性”将是岩土工程技术未来发展的一个重要方向,也是整个土木工程领域发展的重要需求。根据“韧性和可持续性”的要求,预测了岩土工程技术今后发展的一些新动向和重点课题,并对这些课题作了简要的说明。在这些课题中,最主要的是全寿命设计及相关的可靠度分析和风险分析。同时,考虑环境因素的影响、韧性材料的研发、新型结构形式及其机理研究、数值分析技术的发展和应用、考虑岩土材料的碎散性或非连续性的研究和应用、监测技术的精细化和智能化发展等课题也都值得重点关注。
为更好地探究灰岩在酸性干湿循环作用下的损伤规律,以桂林岩溶区灰岩作为研究对象,对其开展不同酸性干湿循环作用下的常规三轴压缩试验,分析灰岩损伤后的强度和变形特征。通过建立灰岩在酸性干湿循环-荷载作用下的几何损伤模型,引入Weibull分布函数和复合损伤变量,得到灰岩的统计损伤本构模型。结果表明:在酸性干湿循环作用下,灰岩的内部结构遭到破坏,高循环次数下,弹性模量的劣化增幅更高;模型模拟曲线和试验数据吻合度较高,能够客观地反映灰岩三轴受压破坏的应力-应变全过程和变形特征;灰岩的总损伤演化曲线基本呈“s”型,分为初始损伤阶段、损伤快速发展阶段、损伤减缓发展阶段、完全损伤阶段;在低循环次数下,酸性的增强使得灰岩的脆性出现一定的增强。研究结果可为岩溶区的岩土工程建设、边坡治理等提供参考。
老旧水库大坝加高工程的整体防渗安全性需要重点关注。以某在建水库加高工程为研究对象,采用有限元法对土坝加高堆石坝开展三维渗流场计算,获得特征水位下加高后大坝的等水头线分布、渗流量、渗透坡降等渗流要素,并分析新建防渗系统的渗控效果;进一步针对周边缝止水局部失效、防渗墙局部开裂问题,分析不同失效宽度对大坝渗流特性的影响。计算表明:正常运行条件下,在新防渗系统的作用下,坝体内渗流自由面很低,大坝总渗流量为22.05 L/s;坝体、坝基及防渗系统均不会渗透破坏。当周边缝止水出现局部失效后,流经坝体的渗流量增加明显,与止水失效宽度近似成正比,且相应部位特殊垫层的渗透坡降显著增大,存在颗粒局部迁移调整的可能。当防渗墙底部出现局部开裂时,局部渗漏对大坝部分等水头线分布影响很小,但坝基河床部位渗流量显著增加,且与裂缝宽度呈较好的正相关性。计算成果为土坝加高堆石坝工程的安全建设和渗流稳定提供了理论依据。
为优化地下结构抗浮性能、提升工程应用价值,在综述国内外地下结构抗浮性能的理论与试验方法基础上,梳理水浮力计算方法、地下结构浮力模型试验、地下结构抗浮措施的研究进展,总结了当前地下结构抗浮性能研究中存在的一些共性科学难题和技术瓶颈。结果表明:抗浮力与抗浮设防水位、土层条件、渗流因素有关,尤其要重视竖向渗流的影响;砂性土体中地下结构浮力数值较明确,而黏性土体中地下结构的浮力计算有争议,相关文献建议数值折减,但折减系数尚无统一结论;地下结构抗浮措施分为主动抗浮式和被动抗浮式,主动抗浮措施适用性更广,在工程建设中,需要结合结构物特点、地质条件与经济性分析,选择最佳处理措施。
为了探究结构面变形破坏模式对其剪切强度的影响,对规则锯齿结构面直剪过程中的应力变化进行研究。分析了应力水平、岩石强度以及齿状凸起体的起伏角i和宽度l等因素对其破坏模式的影响。结果表明:齿状凸起体可能发生剪切或拉伸破坏且不同破坏模式之间可相互转换;找到了结构面不同变形破坏模式所对应的力学与几何条件,并确定了不同变形破坏模式下结构面剪切强度的预测公式;通过与直剪试验数据进行对比,验证了所提理论的正确性。研究成果可为进一步探究结构面变形破坏模式与其剪切强度之间的关系提供一定的理论支持。
胶凝砂砾石(CSG)是由天然砂砾石与胶凝材料拌合而成的新型筑坝材料,受地缘地质环境的影响,CSG材料存在含泥量差异。采用4因素(水胶比、水泥含量、粉煤灰含量、含泥量)4水平进行正交试验设计,开展CSG材料的抗压与劈拉强度试验,通过极差分析法确定决定材料强度的关键影响因素,并给出技术经济最优配比(水泥与粉煤灰含量均为60 kg/m3,水胶比1.1,含泥量2.05%)。采用XRD、SEM-EDS、BSE-IA分析CSG试块微观结构,结果表明:优化配比下,水化硅酸钙(C-S-H)等产物可有效填充微孔隙,形成致密结构,显著提升材料力学性能。
为探究高韧性水泥基复合材料(HTCC)在热-力耦合作用下的气渗特性,试验制备HTCC并测试其轴向拉伸力学性能,根据CAES运行工况在压强10 MPa、温度150 ℃以内选取9个试验方案,对10组HTCC试件做温压同步循环加载后进行高压气体渗透及微结构试验,测试热-力耦合作用对HTCC气渗性能及孔结构的影响。试验结果表明:HTCC拉压比可以达到0.16以上,峰值拉伸应变为0.7%以上,平均裂缝宽度为41~49 μm,具有很好的抗拉韧性与裂缝控制能力;HTCC气体渗透率为10-18 m2数量级,温压同步循环加载后渗透率均有明显增长,且温度与压强对渗透率的影响效果不同,渗透率对压强的变化更加敏感;气体渗透率随进气口压力的增加而逐渐减小,但当进气口压力超过3 MPa后,渗透率基本趋于稳定;当压强<7.5 MPa、且温度<100 ℃时,温压循环后HTCC渗透率能保持在10-18 m2数量级以内,可以满足CAES抗渗性能要求。当压强达到10 MPa时,HTCC临界孔径增大,孔径粗化,抗渗性能迅速劣化。
在移动互联网大数据的背景下,带有发布时间、发布位置等特征标签的社交媒体数据在自然灾害应对中的关键作用受到了广泛的关注。选择我国2022年长江流域特大干旱为应用案例,以主流的互联网社交媒体——微博文本作为数据源,基于机器学习与人工智能算法,抓取干旱演化过程数据,深入分析旱灾舆情时空特征与主题特征。研究结果表明:① 社交媒体关注热度时间变化与干旱发生演化过程较为同步,7月份长江全流域干旱在微博的讨论数据较小,到8月上旬陡然上升,至8月中下旬达到顶峰,12月初基本归零。从旱灾发生演化过程上看,四川、重庆、江西等受旱严重省市微博讨论热度时间特征与当地水文径流数据时间变化整体呈“此消彼长”趋势;② 社交媒体关注热度空间特征与区域受旱严重程度分布基本吻合,四川、重庆、江西等高热度省市微博讨论占比超过50%,而云南、西藏、上海、青海等省市的微博讨论占比较低;③ 社交媒体干旱主题特征差异较大,江西、湖南两省主题热词为“鄱阳湖面积萎缩”、“水位下降”,四川、重庆两省市舆情热词是“山火”、“地震”、“农户减产”、“用电紧张”。伴随旱情发展演化过程,公众干旱舆情的情感倾向经历了从负向逐步趋向正向的过程。研究成果可为流域旱灾跟踪分析与社会公众抗旱动员提供技术支撑。
考虑到当前梯级水库蓄水调度研究尚未开展碳减排调度,基于碳排放因子法提出了梯级水库蓄水期水碳多目标调度模型,制定了梯级水库提前蓄水策略,并以防洪风险最小化、发电量最大化和温室气体排放量最小化为调度目标,采用NSGA-II求解调度模型推求了梯级水库蓄水期优化调度方案,在金沙江中下游6座水库与三峡水库组成的梯级水库开展了实例研究。结果表明:相较于现行调度方案,优化调度方案集在防洪库容占用率为0~4.92%的情况下,发电量提升了7.23~40.26亿kW·h/a(0.65%~3.60%),弃水量减少了15.82~55.03亿m3/a(6.45%~22.43%),温室气体排放量降低了38.55~45.63 Gg CO2e/a(8.33%~9.85%),碳排放强度降低了0.39~0.47 kg CO2e/(MW·h)(9.49%~11.44%),显著提升了梯级水库的发电量、抗旱供水能力并减少了温室气体排放。研究成果为实现梯级水库蓄水期水碳协同调度提供了技术支撑。
水电作为灵活的可调节性能源,与流域周边的光伏电站打捆运行,形成水光互补系统,可有效发挥多能源互补优势。然而,随着电源种类的增加,调度主体的目标与约束条件也随之改变,水光互补系统优化调度问题的求解变得愈发复杂。现有水库调度研究以纯水电调度为主,较少考虑新能源消纳,传统水光互补系统优化调度,一般多以发电效益目标为主,无法满足多目标综合运用的需求。为了 避免飞蛾扑火优化算法(MFO)陷入局部最优,改进后的多目标飞蛾扑火算法从更新公式、飞蛾直线飞行路径的启发和火焰种群更新策略3个方面对MFO算法进行改进,为了区分这些在Pareto支配下不受彼此支配的个体,结合参考点提出了R支配,两者结合形成了一种新的性能良好的多目标进化算法R-IMOMFO。综合考虑水光互补系统发电效益和容量效益指标,构建了水光互补系统多目标优化调度模型,并采用R-IMOMFO算法对模型进行求解,针对丰、平、枯3种典型年提出了优化调度方案,结果表明建立的多目标优化模型可以较好协调水光互补系统发电效益、容量效益间的关系,可为水光互补系统多目标优化调度方案编制提供参考。
梯级水库群联合运用可以充分发挥流域综合利用价值,但同时梯级水库群优化调度是不易求解复杂的系统性问题,差分进化(DE)算法是一种基于群体差异的启发式并行搜索方法,具有非常优秀的寻优能力,常被应用于水库优化调度模型的求解,但传统DE算法的参数设定及进化策略常由经验确定易出现早熟收敛或搜索停滞等现象。针对DE算法常见问题,提出了耦合强化学习与差分进化的智能算法(RLDE),该算法采用混沌映射提高初始解质量,并通过Q-learning算法实现自适应参数调整从而增加个体多样性,避免早熟收敛问题,同时由于Q-learning算法不断与环境交互反馈的机制,很大程度上降低了搜索停滞的风险。金沙江下游流域实践结果表明:RLDE算法相较于DE算法及自适应遗传算法(AGA)具有优秀的全局寻优能力及鲁棒性,能够有效求解梯级水库群发电优化调度模型,具有一定的工程实际应用价值。
