优化引调水规则的跨流域水库联合调度研究

为解决跨流域水库群最优供水调度问题,以忻定盆地-阳泉跨流域供水系统为例,结合该地区的水库群及供水区特点,优化引调水规则和供水规则,设置引水控制线和减少引水控制线将受水水库库容分为3个区间,设置调水控制线将水源水库库容划分为2个区间,以此建立跨流域水库联合调度模型进行合理调度。结合实例对优化后的引调水规则和优化模型的可行性进行检验,结果表明:优化后的引调水规则和调度模型减少了弃水量,提高了忻定盆地-阳泉跨流域水库群联合调度的引水效率。     

沭水东调工程跨流域水库群联合供水研究

在分析日照市沭水东调工程特点的基础上,以城市供水量最大、水库弃水量最小为目标建立了多目标跨流域水库群联合供水调度模型。同时,将遗传算法嵌套于长系列变动时历法中,对工程涉及的沭河流域青峰岭、小仕阳、峤山水库以及傅疃河流域日照水库进行联合供水调算,探讨沭河流域各水库的可调限制库容和日照水库需水动态限制库容等调水指标。结果表明,水库群联合供水较各水库单独供水可增加利用沭河水量939万m3,反映了水库群联合调度有助于充分挖掘沭河流域各水库的供水潜力,对解决日照市区供水缺口十分有利。     

多库联合调度供水的优越性分析

以长泰枋洋水利枢纽与厦门石兜水库进行联合调度供水为例,分析多库联合供水与各水库单独供水的供水量与弃水量的差异,进而体现出多库联合调度供水的优越性。     

并联供水水库解析调度规则研究Ⅱ：多阶段模型与应用

水库调度多阶段决策问题最优策略与多个两阶段决策问题最优策略组合,两者之间的一致性问题是两阶段调度模型应用于实际水库调度问题的瓶颈。为此,本文建立了并联供水水库系统调度规则优选的模拟-优化模型,该模型将多库两阶段调度模型作为子模型进行模拟,优化多库两阶段调度模型的时序参数,采用多种群混合进化的粒子群算法PMSE-PSO进行参数优选。辽宁省碧流河水库与英那河水库联合调度的4种调度规则组合方案的对比成果表明,新的供水调度规则具有一定合理性与有效性,结果优于限制供水规则和参数式规则组合的并联水库系统联合调度规则。     

考虑调水和供水规则的水库优化调度

针对用于调节当地地表水资源的水库受多水源影响需要制订新调度规则的问题，考虑非常规水调蓄能力低的特点，在优先配置非常规水的基础上对受水区水库设置调水和供水规则，建立了考虑调水和供水效率的水库优化调度模型，并采用理想点法和遗传算法对调度规则寻优。将模型应用于威海市区米山水库，结果表明：与标准调度策略相比，优化后的水库调度规则使多年平均调水量减少2 692.4万m³,多年平均弃水量减少417.5万m³,提高了天然来水和外调水的利用率；枯水年对外调水的依赖性高于丰水年和平水年，平均调水量仅减少398万m³;在该调度规则下，减少外调水量的同时增加非常规水的配置可将农业供水保证率从75%提高到88.4%。     

引滦供水系统数学模型及合理调度研究

引滦工程是天津、唐山两市的重要供水工程,合理调度好此供水系统对该地区有重要现实意义。为了提高现有工程效益,我们对引滦供水系统的优化调度进行了初步研究。本文从分析引滦供水系统的特点着手,采用弃水量、农业用水减少量和城市用水缺水量之和最小,作为系统的目标函数,应用模拟模型对系统内5个水库用多目标决策进行联合调度,提出潘家口水库预留2.0～2.5亿m~3库容,给城市增加1.5～2.0亿m~3供水量这个较优方案,并编制相应水库调度图,供有关部门参考。     

南水北调来水条件下北京市多水源联合调度模型研究

2014年南水北调中线工程引水进京后,北京将形成外调水、当地地表水和地下水多水源联合供水的格局,其中外调水是由南水北调中线工程整体调度后确定的,其水量和水质对北京市供水调度有重要影响。本文以北京市多水源供水环路为研究区域,以充分保证供水和弃水量最小为调度目标,建立多水源联合调度模型,采用南水北调中线多年设计来水系列对供水系统进行调度,给出北京市以日为尺度水资源调度结果,环路各处流量、水压等动态变化情况及各个水厂的水资源配置情况。结果表明,通过优化方法确定的调度规则可以使模型达到不弃水不缺水的调度目标;在平水年即南水北调来水量为11.9亿m3时,2014年需水水平下反向调入密云水库约1.65亿m3。不同典型年下,供水环路南水北调来水和本地水源同时供水时间达1~100 d。供水环路中南干渠沿线水厂和九厂发生南北水源同时供水天数较多,需要防范水源混合可能带来的水质风险。     

基于IA-PSO的库坝梯级系统水资源优化配置与调度

【目的】库坝梯级系统上游建有龙头水库、中下游建有多级拦蓄堰坝，合理分配龙头水库与中下游堰坝的供水任务并高效开展龙头水库供水调度是保障库坝梯级系统供水安全的关键。【方法】以平阳县北港流域为例，通过构建水资源优化配置模型来高效分解各水源的供水任务，以龙头水库供水任务配置结果作为其需水边界，通过构建水库优化调度模型制定了水库各行业供水保证线，采用IA-PSO算法对水资源优化配置和优化调度模型进行求解。【结果】结果显示：经优化，顺溪水库调度图丰富了指导各行业有序放水的调度线，北港流域各行业供水保证率提升至设计保证率。【结论】结果表明：通过水资源优化配置与龙头水库优化调度，可统筹发挥库坝梯级系统龙头水库和中下游堰坝的供水能力，协调流域各行业供水矛盾。     

基于改进粒子群算法的多水库复杂联合供水优化调度研究

丹凤县县城不断增长的用水需求与工程供水能力之间的矛盾日益突出,为了充分挖掘工程供水的潜力,解决现有供水工程运行中弃水多、供水保证率低的问题,以弃水量最小为目标建立模型,采用改进粒子群算法对青峰水库和龙潭水库的联合供水进行优化求解。以月为计算时段,在优先考虑河道生态流量、蒸散发和渗漏损失的情况下,针对青峰水库200×10⁴ m³和220×10⁴ m³两种拟定兴利库容方案情景进行模拟。结果表明：迭代次数达36次时目标函数趋于稳定;与常规调度相比,两库的年平均弃水量明显减少,供水保证率有所提高;采用线性递减惯性权重改进的粒子群算法在青峰和龙潭两水库联合优化供水计算中具有优越性和可行性。     

并联供水水库联合调度规则最优性条件研究Ⅱ：算法开发与实例研究

利用水库调度问题的特征开发高效求解算法是水库优化调度问题算法研究的核心内容。本文以两阶段调度问题与多阶段调度问题应保持最优策略集的一致性作为假设条件,基于本文上篇中并联供水水库两阶段调度问题的最优性条件(K-T条件),设计了该类水库调度问题的优化求解方法,并通过两阶段调度模型的滚动运行,实现并联水库系统长时序优化调度的目的。以辽宁省碧流河水库与英那河水库为例,开展了并联供水工程研究,结果表明:新的算法具有合理性与有效性,较由限制供水规则与参数式规则组合构成的并联供水水库联合调度规则,显著改善了用水户缺水状况,提高了供水保证率。     

基于遗传算法优化的水库多目标供水能力分析——以岳城水库为例

面对岳城水库供水结构发生的较大改变及漳河上游水资源情势的变化,本文将遗传算法与调度图相结合,以长系列等流量月调节计算为基础,提出了岳城水库多目标供水能力计算方法。按照供水目标优先级逐时段调节计算,通过分析多目标竞争关系,得到了符合相应目标保证率要求下的最大城镇可供水量,为水库多目标供水调度提供参考。结果表明,引入生态供水目标且优先保障,生态用水与城镇用水产生强竞争关系。优先考虑生态供水目标情景下水库城镇供水能力比不考虑生态目标情景下减少了1486万m3。农业灌溉供水保证率低于生态和城镇供水保证率,其竞争关系弱于前者,可通过优化灌溉供水调度线使水库综合供水能力达到最优。当农业灌溉保证率为55%时,岳城水库的综合供水能力达到最优,总供水量13381万m3,其中生态供水1516万m3、城镇供水5802万m3、农业灌溉供水6062万m3。研究成果为水库多目标供水设计提供参考方案。     

黄河梯级水库群多过程协同调度模型与方法

黄河水少沙多,河道内外用水矛盾突出,梯级水库群调度下供水、输沙、发电、生态等用水过程之间存在复杂的竞争与协作关系,协同调度是提升综合效益的重要途径。本文采用多尺度嵌套和多过程耦合方法,建立了融合供水、输沙、发电、生态等过程的黄河梯级水库群协同调度模型,研究以综合满意度为引导的优化求解方法,选取代表径流系列,提出多过程协同调度方案。结果表明,通过优化黄河梯级水库群蓄泄秩序和下泄过程,协调多用水过程的关系,能显著提高水库调度的综合效益:通过优化河段取水过程,实现了供水时空均衡,流域缺水率控制在11.6%~18.8%;优化水库拦沙-河道输沙过程,减少水库淤积0.65亿t,增加河道输沙1.16亿t,下游河道年均冲刷0.26亿t;优化梯级水库群发电下泄过程,增加发电量64.25亿kW·h;优化断面流量过程,增加非汛期生态水量4.88亿m³。本研究可为梯级水库多目标调度与流域综合管理提供方向性参考。     

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。     

面向双保证率的水库供水能力优化计算方法研究

随着城市化进程的推进和生态文明理念的深入,水库供水任务日趋复杂,涵盖城镇供水、农业灌溉、生态保障多类目标,分析水库多目标供水能力对于工程的功能调整等决策十分必要。本文综合考虑水库供水目标的竞争性与保证率差异性,提出面向双保证率的水库供水能力双层优化计算方法,通过调度线控制和城镇供水能力区间迭代实现满足不同保证率的多目标供水能力计算。外层基于粒子群算法以城镇供水能力最大为目标对水库调度线进行优化,协调不同用户的供水关系;内层在给定规则下通过迭代计算满足双保证率要求的城镇供水能力。通过内外层嵌套计算实现对水库调度规则和供水能力的同步优化。以三亚市赤田水库为实例进行研究,在城镇供水保证率为95%、农业灌溉保证率为90%时,通过优化调度规则得出水库总供水能力为9400万m~3。设置不同农业保证率和农业需水情景作分析对比,二者均对城镇供水能力有影响,总供水能力随农业保证率降低而提高。分析表明,双层优化计算方法可以实现对调度线的优化,得出满足城镇、农业双保证率要求的供水能力,且计算方法收敛稳定性较高,优化生成的调度线年内分布合理,可为水库多目标供水能力的计算和相关决策提供参考。     

瀑布沟及下游泥沙优化调度实施与效果分析

通过建立一维水沙数学模型,分析不同水位和流量级下瀑布沟-龚嘴-铜街子联合调度方案排沙效果。结果表明:利用瀑布沟-龚嘴-铜街子三库联合调度造峰排沙效果优于龚、铜两库独立调度排沙。适当抬高库区运行水位有助于提高发电效益,降低运行水位有助于提高排沙效果。从兼顾梯级水库联合排沙效果,适当提高龚、铜运行水位的经济运行方面综合考虑,采取龚、铜两库优化方案2联合瀑布沟水库造峰4500 m³/s的排沙方案效果最为适宜。     

新安江水库供水后调度图优化研究

随着部分地区可利用水资源日益紧缺,水库需要承担更多功能,但不同功能间会互相影响和制约,优化水库调度图则是协调水库不同兴利目标之间矛盾的关键。以新安江水电站库区供水工程——千岛湖引水工程为实例,考虑年引水规模9.78亿m~3对新安江水电站造成的影响,通过降低调度图中部分丰水月份的保证出力和在降低出力区内增设供水保证线,最终提出调度图优化研究方案。结果表明:水库按优化调度图运行可减少因引水造成的年发电量损失,并能较好地控制水库水位和下泄流量的变化程度。研究成果可为解决水库发电和其他兴利目标之间的矛盾提供借鉴。     

考虑供水权重系数的水库群联合供水调度

建立了多水库联合运用情况的水库联合供水模拟模型。该模型以系统年总供水量最大为目标,以日为计算时段,以水库日供水量为决策变量,以水库库容、可供水量、供水保证率等为约束条件,采用模拟法对模型进行求解,重点对水库群联合供水权重系数的计算方法进行探讨。     

黄河上游梯级水库联合调水调沙及合理库容研究

随着对黄河水资源利用要求的提高,需明确未来调水调沙及南水北调西线工程对黄河上游梯级水库所需库容的影响,探求未来多工况用水要求下合理的梯级水库兴利库容。考虑黄河上游兰州断面需水、梯级水库发电、调水调沙、防洪、防凌等要求,首先建立了以缺水量最小为目标的梯级水库联合调度模型,设置了现状年及远景年共8个方案;其次采用自迭代模拟优化算法求解模型,用长系列径流资料进行优化调度计算;最后对模型求解结果采用时历法推求梯级水库所需兴利库容,确定梯级水库合理库容。从总调沙次数、调沙频率、多年供水量、供水保证率、多年平均发电量、发电保证率等指标分别量化了调水调沙、供水和发电效益。未来梯级水库所需合理库容将因综合需水和调沙次数的增加而增大,而西线工程的实施将有助于减小合理库容规模。在各调沙方案中,仅当2030年西线调水80亿m3时现有的梯级水库兴利库容能够满足综合用水需求,适当降低调沙力度与调沙频率或许是解决这一矛盾的折衷选择。研究成果量化了未来新水资源利用形势下的梯级水库合理库容,为科学指导黄河上游总体工程布局提供了决策依据。     

岷江中游梯级闸坝联合优化调度研究

合理控制不同层级闸坝的下泄水量是实现梯级闸坝整体优化的关键。针对梯级闸坝联合调度层级多、水力联系紧密的特点,为协调不同层级闸坝系统间的水文补偿关系和降低建模维度,建立了基于粒子群算法和自适应算法的梯级闸坝耦合调度模型。基于粒子群算法完成了对闸坝调度规则的整体优化。在此基础上,采用自适应修正算法对闸坝的蓄、泄水量完成修正实现整体效益最大。综合考虑上游来水、区间降雨产流和农业灌区退水等影响因素,以提高水资源利用率增强供水保障为目标,对岷江中游段规划梯级闸坝群进行实例研究。结果表明:95%来水频率年采用梯级闸坝耦合优化调度减少下泄流量5 048万m~3,有效提高枯水年的供水保障能力。耦合优化法可以提高收敛稳定性,具备针对梯级闸坝联合优化调度的应用潜力。