基于模拟-优化模式的供水水库群联合调度规则研究

提出了基于模拟-优化模式的混联供水水库群联合优化调度规则求解框架。首先,通过构建虚拟聚合水库,编制联合调度图,以做出水库群对各用水户的供水方案;其次,通过优化成员水库供水任务分配因子,并结合供水水库群常规调度规则,实现共同供水任务在水库间的优化分配。采用改进粒子群算法 （NSPSO） 对观音阁-葠窝-汤河水库群联合供水调度模型决策变量 （联合调度图调度线位置和成员水库供水任务分配因子） 进行多目标优化,分析联合供水调度过程中目标之间的竞争关系,检验联合调度规则的合理性与有效性以及NSPSO算法的优化效率。     

并联供水水库联合调度规则最优性条件研究Ⅰ:理论分析

水库群联合调度规则最优性条件是科学制定水库群联合调度策略的理论基础,也是确定水库群蓄放水次序的重要依据。先确定水库群系统总供水量进而优化其在各个水库中的供水任务分配是水库群联合调度中最常见的做法,因而由总供水量确定规则和供水任务分配规则(蓄水量空间分布规则)构成的水库群联合调度规则也是最常见的调度规则。本文以并联水库群系统中这类调度规则为研究对象,采用库恩-塔克条件(K-T条件),给出了这类常用调度规则的最优性条件及其对应的时段可利用水量阈值范围,提出了水库蓄放水优先次序的划分标准。研究结果表明:由总供水量确定规则和蓄水量空间分布规则构成的水库群联合调度规则适用条件较差,而且仅当水库群系统中每个水库可利用水量与系统总可利用水量始终维持在给定的阈值范围内时,并联系统调度运行的最优性才能得到保障。     

供水水库群蓄供水次序与调度图双层优化研究

水库群供水规则中蓄供水次序与调度图彼此影响,如何实现二者联合优化是供水调度的难点。为此,提出了供水水库群蓄供水次序与调度图双层优化方法。首先合理拟定不同蓄供水次序,其次求解各次序对应最优调度图,最后通过模拟调度比选最佳蓄供水次序与调度图组合。应用该方法对宝鸡峡灌区六库混联供水系统开展了实例研究。结果表明,若上游水库先蓄水且先供水或下游水库先蓄水且先供水均会增大灌区缺水率、降低供水空间公平性,最优蓄供水次序为上游水库先蓄水、下游水库先供水。较现状调度方案,采用最优蓄供水次序及对应调度图组合可有效缓解灌区缺水状况,缩小分区供水效益的差异。本方法为水库群蓄供水次序与调度图联合优化提供了可行途径。     

复杂水库群共同供水任务分配问题研究

本文以大伙房-观音阁-葠窝水库群为研究实例,首先根据水库群的拓扑结构和共同供水目标的分布情况,分层构建了两个虚拟聚合水库和相应的联合调度图;并根据水库自身属性以及供水任务,在分配共同供水任务时联合使用分水比例法和补偿调节法两种方法;同时设置补给限制线以避免过度补偿。然后以此构建水库群联合调度模型,并采用改进遗传算法对模型进行优化求解,得到相应联合调度规则。最后为了检验该联合调度规则的合理性与有效性,设置不考虑补给限制线分配方案,对两种方案的调度结果进行对比分析,分析结果表明考虑补给限制线的补偿调节法可以更好地分配观音阁-葠窝水库共同供水任务,提升整个库群的供水效益。     

辽宁西部水库群联合调度规则研究

针对辽宁省西部"白石-锦凌-青山"水库群工程特点,提出了基于各水库控制线的三库联合调、供水规则,并建立了三库联合调度模型。采用粒子群算法对水库调度控制线进行优化求解,得到了满足各项供水保证率的三库联合调度规则。     

基于调度规则的水库群供水能力与风险分析

鉴于水库群供水风险指标体系的复杂结构和层次特征,本文采用层次分析法确定不同用水户各风险指标的权重,以供水风险最小为目标函数,构建水库群供水优化调度模型,提出了探讨水库群供水能力与风险分析的一般框架。即主要由以下4部分构成：（1）来水、用水资料的随机模拟生成;（2）水库群供水风险综合评价指标的计算;（3）聚合水库调度图与共同供水任务分配过程的优化;（4）共同供水任务分配规则的拟定。通过调整主要用水户的需水额度,分析水库群供水量与供水风险之间的关系,确定允许风险范围内的水库群供水能力。以中国北方某并联供水水库群为例,对调度规则控制下水库群供水能力与相应风险进行了分析,验证了所提框架的可行性与合理性。     

水库群联合调度规则研究

水库群联合调度是现在水资源调配的重点与难点,随着水库群的目标与变量越来越多,联合调度的经典算法和人工智能等算法对于复杂的水库群系统可能会存在难以构建数学模型或者调参复杂等问题。以岳城水库及东武仕水库联合调度为例,综合考虑工业用水、生活用水、农业用水、灌溉用水和生态用水,建立了水库群联合调度模型,通过模拟优化人机算法进行求解,并选取75%来水频率年分析计算水库群联合调度规则,根据水库群联合调度图,提出岳城水库和东武仕水库的具体供水方案,并给出联合调度结果。合理的水库联合调度规则可有效促进区域社会经济发展,改善生态环境。     

三座店水库与二道河子水库供水调度规则研究

针对三座店水库与二道河子水库联合调度问题,采用单库调度图加联合调度规则法确定两水库联合供水规则,建立了两水库供水调度模型。通过粒子群算法优化该供水规则,并模拟两水库在该规则下的调度运行,将其结果与补偿调节规则对应结果进行对比,检验该调度规则的合理性和有效性。     

跨流域供水水库群联合调度规则研究

针对跨流域供水水库群联合调度存在的主从递阶结构,提出了调水规则和供水规则相结合的跨流域供水水库群联合调度规则。其中,调水规则由一组基于各水库蓄水量的调水控制线表示,根据其间的相对位置关系,决定是否调水,调水量如何分配等;供水规则由各库供水调度图表示,对应于不同用水户的限制供水线将水库的兴利库容分为若干调度区。建立了适合于主从递阶结构的水库群联合调度二层规划模型,采用并行种群混合进化的粒子群算法对模型进行求解。中国北方某大型跨流域调水工程的实例研究证明了模型的合理性和有效性。     

铁岭市水库群联合供水优化调度方案研究

本研究基于水库群聚合虚拟法、利用逐步优化算法,制定了铁岭地区聚合虚拟水库的联合供水调度方案,并采用分水比例法确定了各成员水库共同供水任务的分配比例。结果表明:该方案可满足全市各类型的用水需求,利用该优化调度模型可制定科学合理的水库联合供水优化调度方案,从而为该地区的水资源配置提供参考。     

Multi-Objective Optimization of the Proposed Multi-Reservoir Operating Policy Using Improved NSPSO

Severe water shortage is unacceptable for water-supply reservoir operation. For avoiding single periods of catastrophic water shortage, this paper proposes a multi-reservoir operating policy for water supply by combining parametric rule with hedging rule. In this method, the roles of parametric rule and hedging rule can be played at the same time, which are reducing the number of decision variables and adopting an active reduction of water supply during droughts in advance. In order to maintain the diversity of the non-dominated solutions for multi-objective optimization problem and make them get closer to the optimal trade-off surfaces, the multi-population mechanism is incorporated into the non-dominated sorting particle swarm optimization (NSPSO) algorithm in this study to develop an improved NSPSO algorithm (I-NSPSO). The performance of the I-NSPSO on two benchmark test functions shows that it has a good ability in finding the Pareto optimal set. The water-supply multi-reservoir system located at Taize River basin in China is employed as a case study to verify the effect of the proposed operating policy and the efficiency of the I-NSPSO. The operation results indicate that the proposed operating policy is suitable to handle the multi-reservoir operation problem, especially for the periods of droughts. And the I-NSPSO also shows a good performance in multi-objective optimization of the proposed operating policy.     

供水管理与需水管理相结合的南水北调中线水资源配置机制探讨

针对南水北调中线工程供水特点以及水资源配置中的突出问题,为了应对受水区水资源时空分布不均以及调水量周期性波动造成的特点,借鉴国际上先进的调水工程管理经验,提出基于供水管理与需水管理相结合的南水北调中线水资源配置机制,即建立“水银行”式管理模式,它可以弥补传统供水管理计划性分配的不足,并加强对受水区的需水管理。该模式有助于建立用水户节水的激励机制,有助于促进北调水与当地水的联合利用,是贯彻“国家宏观调控、准市场运作、企业化经营、用水户参与”思路的具体体现。     

长距离供水工程空气阀设置理论分析

空气阀作为长距离有压供水工程重要的水锤防护措施，其合理布置涉及到工程运行安全。本文以水锤分析为基础，在满足管道最大允许负压设计标准的前提下，构建了空气阀布置的理论分析和数值优化框架，明确了不同空气阀设置位置、间距、数量与管道布置的关系，提出了不同工况下长距离供水管线中设置空气阀应满足的通用准则与相关公式，同时结合工程实例，通过数值仿真进行了空气阀布置方案的优化，为长距离供水管道中空气阀的合理布置提供了科学依据。     

有外调水源的库群联合供水调度方法的改进

针对有外调水源的库群联合供水调度常规方法存在的不足,在调水规则和共同供水任务分配方面进行了改进。在调水规则方面,提出了一种调水过程控制的双调水控制线法,该方法在调度图中引入上下两条调水控制线,两线之间形成一个调水启闭的"缓冲区",有效克服了单调水控制线法调水启闭频次过多的缺陷,易于实际应用。在成员水库共同供水任务分配方面,提出了一种附加调节系数的动态分水方法,通过与成员水库蓄水状态相关的调节系数对共同供水任务进行"二次分配",与常规分水方法相比,供水任务分配更加合理,有效降低了供水成本。在大连市供水系统中的应用实例,验证了改进方法的有效性与合理性。     

缺水型灌区水资源优化调度模型研究

长江针对缺水型灌区的供水特点,以云南曲靖灌区为例,应用大系统分解协调原理,将整个系统设计为两层递阶控制结构;以运行费用和系统缺水量最小作为目标函数,建立了灌区库群系统水资源优化调度模型;对模型权重系数进行了率定;根据系统目标重要性的优先次序,确定了灌区优化配水矩阵;并采用模拟技术与优化技术相结合的途径,进行优化模型的求解,给出了优化决策算法的程序框图,所建模型符合曲靖灌区的实际情况,研究成果可为同类灌区水资源调度运行提供依据.     

Simulation-optimization model of reservoir operation based on target storage curves

This paper proposes a new storage allocation rule based on target storage curves. Joint operating rules are also proposed to solve the operation problems of a multi-reservoir system with joint demands and water transfer-supply projects. The joint operating rules include a water diversion rule to determine the amount of diverted water in a period, a hedging rule based on an aggregated reservoir to determine the total release from the system, and a storage allocation rule to specify the release from each reservoir. A simulation-optimization model was established to optimize the key points of the water diversion curves, the hedging rule curves, and the target storage curves using the improved particle swarm optimization （IPSO） algorithm. The multi-reservoir water supply system located in Liaoning Province, China, including a water transfer-supply project, was employed as a case study to verify the effectiveness of the proposed join operating rules and target storage curves. The results indicate that the proposed operating rules are suitable for the complex system. The storage allocation rule based on target storage curves shows an improved performance with regard to system storage distribution.     

长江上游水库群非线性安全度防洪调度策略

以长江上游水库群(溪洛渡、向家坝、紫坪铺、瀑布沟、亭子口)为研究对象,提出了长江上游水库群联合防洪调度系统非线性安全度策略,构建水库群防洪库容优化分配模型,深入探讨水库群系统非线性安全度策略的防洪效果。结果表明,与线性安全度策略相比,非线性安全度策略在不降低对下游防洪效果的基础上,通过增加使用其他水库的防洪库容,以减小使用溪洛渡水库的防洪库容,使得各水库防洪库容的使用相对均衡,使各水库均衡地分摊防洪区域的防洪风险,充分发挥水库群的防洪效益,保障水库群系统稳定安全运行。     

全日制村镇供水管网经济流速的计算

村镇供水管网设计是一项系统工程,选择合理的经济流速对于降低管网的总费用与运行费用是非常必要的。考虑资金的时间价值,结合山东省某村镇的农村供水工程实例,得出了适合该村镇供水管网设计的经济流速。该方法可为全日制村镇供水工程设计提供参考。