考虑生态流量的水库优化调度模型研究进展

第30卷第5期2011年10月水力发电学报JOURNALOFHYDROELECTRICENGINEERINGVol．30No．5Oct．，2011考虑生态流量的水库优化调度模型研究进展陈端1，2，陈求稳1，陈进1(1.中国科学院生态环境研究中心，北京100085;2.长江科学院，武汉430010)摘要:总结了考虑生态流量的水库优化调度模型研究进展，对目前主要的优化模型进行了分类阐述，给出了通用的模型结构;结合生态流量研究的发展和调度实践，分析了各优化模型的优缺点，提出了可行的改进方法;对常用的优化方法进行了评述，重点介绍了遗传算法及其应用。在此基础上，讨论和辨析了此类优化调度模型的发展方向。关键词:环境水利;生态流量;水库调度;优化模型;研究进展中图分类号:TV213.9文献标识码:AReviewonoptimizationmodelsofreservoiroperationwithconsiderationofecologicalflowCHENDuan1，2，CHENQiuwen1，CHENJin2(1.ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences，ChineseAcademyofSciences，Beijing100085;2.ChangJiangRiverScientificResearchInstitute，Wuhan430010)Abstract:Researchesonreservoiroptimizationmodelswithconsiderationofecologicalflowwerereviewed．Themajoroptimizationmodelsofthiskindwerediscussedintheircategories，andageneralizedmodelstructurewaspresented．Therelativemeritsofthesemodelswereanalyzedintermsoftheirabilityinecologicalflowmodelingandapplication，andfeasiblefurtherimprovementsweresuggested．Furthermore，theoptimizationalgorithmsweresummarizedbyfocusingonGeneticAlgorithm．Finally，futuredevelopmentofsuchmodelswasdiscussed．Keywords:ecologicalflow;reservoiroperation;optimizationmodel;review收稿日期:2011-02－17基金项目:国家自然科学基金委重点基金(50639070)作者简介:陈端(1978－)，男，高级工程师，博士研究生．E-mail:chenduan@mail．crsri．cn0前言水库运用在满足人类防洪、发电和灌溉等经济社会目标的同时，也改变了河流原有的物质场、能量场、化学场和生物场，影响其生源要素在河流中的生物地球化学行为(生源要素输送通量、赋存形态、组成比例等)［1］，从而对河流生态系统的物种构成、栖息地分布以及相应的生态功能统造成影响。自然水流经水库调节后，其水文情势、水质(水温、营养盐等)、泥沙输移过程等生态因子将发生较大变化［2］，其中自然水文情势(NatureFlowRegime)已被大量的实例研究证明是维护河流生态系统完整性的决定性要素，对其剧烈的扰动是导致生态系统恶化的主要原因［3，4］。基于此认识，国外自上个世纪80年代以来开展了较多的相关研究，在尽量减少对原有工程目标影响的前提下，通过优化水库调度来满足河流生态系统对流量的需求，从而减少水库调节对生态系统的负面影响，相应研究成果在美国田纳西流域水库群［5，6］、科罗拉多格伦峡大峡谷以及澳大利亚墨累河流域应用并取得了成功［7］。随着生态重视程度的增加，国内自本世纪初开展该领域理论研究与实际应用，例如通过上游库水位调节来减轻库区水库富营养化［8］、减少水库淹没的碳排放［9］;通过泄流方式调节水温来减弱下游河道的滞温现象［10］;通过水库调节水沙过程来重塑健康的河流地貌以及维持河口三角洲［11］等等，上述研究也通常被称为“生态调度”。为避免概念混淆，本文仅仅研究考虑下游河道生态流量的水库优化调度研究，其他如水温、泥沙等生态因子的调度研究超第5期陈端等:考虑生态流量的水库优化调度模型研究进展249出了本文的研究范围，具体可参考文献［8］～［11］及其他相关著作。在考虑下游河道生态流量的水库优化调度中，通常的研究思路是在传统的水库优化调度模型中加入反映下游生态系统用水要求(即生态流量)的元素。