克孜尔水库水沙变化特性、淤积影响评价及调度方案风险研究

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水库泥沙淤积影响着水库的正常使用年限,制约着水库发挥“兴水利、除水害”的重要功用。入库的水沙变化特性分析及预测研究是评价水库受到泥沙淤积影响程度和调度方案风险评价及选择的前提和基础,这四个方面的研究联系紧密,是水库管理者解决泥沙淤积问题的重要前提。克孜尔水库位于中国新疆阿克苏市拜城县地区,是一座建立在渭干河流域上游的山区型水库。自水库1992年建成投入使用30年来,库区受到泥沙淤积影响现象十分严重,库容淤积损失超过预期值,泥沙淤积问题已成为水库当前面临的、亟需解决的重大问题。为了能够切实地提出减缓水库泥沙淤积的调度方案,本文从水库水沙变化特性、水沙预测模型、泥沙淤积影响评价及水库调度方案风险评价等四个方面进行了研究,具体得到的结论如下:(1)克孜尔水库坝址处入库径流量与输沙量均呈现增加趋势,水沙发生突变的年份分别为1994年、1992年。入库径流量存在三种时间尺度,分别为6a-9a、11a-15a、26a-30a,其准周期为7a、13a、28a;年输沙量也存在三种时间尺度,分别为2a-5a、10a-13a、25a-28a,其准周期为4a、12a、26a。年径流量的13a和28a周期与太阳活动关系紧密,而7a周期与太阳活动关系不大。(2)通过双累积曲线法分析降水变化及人类活动对径流量及输沙量的影响程度,结果表明:径流量在突变年份之后,实测累积径流量增加0.82×10~8m~3,人类活动和降水对径流量增加的贡献率分别为-385.37%、485.37%;输沙量在突变年份之后,实测累积输沙量增加585.9×10~4t,人类活动和降水对输沙量增加的贡献率分别为26.43%、73.57%。(3)新疆降水和ENSO现象之间存在着遥相关关系,克孜尔水库水沙间接地受到ENSO现象的影响。水库上游区域的土地利用类型及植被覆盖情况在基准期、变化期均发生了较大的波动性变化,同时水资源利用方式改变,地下水补给量减少,绿洲外围天然植被退化,这些变化均从侧面反映出人类活动的影响较为明显。随着全球气候变暖,冰川的消融速率加快,河道流量变大,进而洪水发生频率及洪峰流量也逐渐变大。同时,该区域的土质比较疏松,且占比较大的土壤类型都极容易发生水土流失,各种因素综合影响导致水库的入库径流量及输沙量都在一定程度上的逐年增加。(4)GA-SVR和PSO-SVR两种组合预测模型在SVR基础上,对SVR的参数C和g进行优化;结合LSSVR算法及SVR算法等四种预测模型应用于黑孜水库水文站的年径流量序列和年输沙量序列的预测中,采用均方根误差、平均百分比误差、相关系数及纳什系数等四种性能评价指标评价构建模型的优劣。结果表明:LSSVR算法在预测年径流量及年输沙量上都具有优势,减少了预测误差,提高了预测的准确率;LSSVR算法在黑孜水库水文站的年径流量及年输沙量预测中均取得良好效果。(5)在基于改进云模型的水库泥沙淤积影响评价模型中,获得指标层评价结果的同时准确具体地描述了水库泥沙淤积影响程度;能够深入具体分析各个泥沙淤积影响指标,找出影响淤积的主要因素。结合计算机领域的云模型和遗传算法解决水库泥沙淤积影响评价问题,计算的结果精确度相对传统方法更高,更加符合工程的实际需要。将提出的改进云模型的水库泥沙淤积影响多级模糊综合评价模型应用于克孜尔水库泥沙淤积影响评价中,综合全面地对水库泥沙淤积影响程度进行分析,得到水库泥沙淤积影响等级为重度影响,水库管理者应该从减少水库上游来水含沙量、减少河流来沙在水库中淤积、清除水库已有淤沙三个方面解决水库淤积问题。(6)采用层次分析法自上而下构建指标层、评语层、影响层、因子层及状态层,构成水库调度方案风险评价体系。构建的多级模糊综合评价模型分析水库调度方案风险等级,忽略了评价体系中存在的随机性问题和离散性问题。引入云模型理论克服评价模型存在的缺陷,建立基于云模型改进的水库调度方案风险多级模糊综合评价模型,为定性分析水库调度方案风险等级提供了简单有效的新方法。通过构建的模型进行计算,确定克孜尔水库常规调度方案风险等级为一般风险、拟采取的优化调度方案风险等级为轻微风险,为后期管理实行优化调度方案提供参考价值。
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