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。     

基于调度线的水库多目标可供水量计算方法与应用

针对我国水源工程功能转换这一趋势,提出以水库供水调度线为控制,采用长系列等流量调节计算,建立以满足不同用户保证率为目标的可供水量计算分析方法。以三亚市赤田水库为例,通过长系列操作计算,确定同时满足生态环境需水、城镇供水、农业灌溉等多目标多保证率要求的水库最大可供水量,并分析城镇可供水量与用户保证率的变化关系和水源功能变化对设计供水能力的影响。该方法具有一定实用性和通用性,可为水库可供水量的计算提供参考。     

南水北调东线第一期工程系统水量优化调度

本文用系统分析方法研究了南水北调东线第一期工程水量优化调度问题。将整个系统分解为以5座水库为中心的5级子系统,根据跨流域引水工程既拦蓄当地水又抽引外水的特点,为了正确决策各级子系统的抽水量,提出了水库抽蓄线的概念,与制作各级水库抽蓄线的方法。为解决系统缺水时段的水量分配问题,从提高供水效益和节约抽水电力出发,提出了系统水量调配原则及水量调度规则,并通过在计算机上进行反馈操作迭代计算实现了这些规则。以系统缺水损失与抽水费用总和最小为目标函数,以各级水库的各种等保证率抽蓄线为基础组成各级水库各种等保证率抽蓄线组合方案,通过系列年资料操作计算从这些方案中优选出最佳抽蓄线组合方案。我们所求得的最佳等保证率抽蓄线组合方案及系统水量调度规则计算机程序已用于工程的规划设计阶段中,使系统获得的经济效益最优。     

多目标多年调节水库余留期效益函数探讨

本文研究了随机环境下多目标多年调节水库的优化调度问题。用参数迭代法逼近余留期效益函数，在一定程度上可以通过调整余留期的长短及各用水部门单价比的办法，使城镇供水及灌溉用水保证率达到规定要求，为指导这类水库的运行作了大胆而有益的探索。实例研究表明，成果令人满意。     

基于仿真规则与智能优化的水库多目标调控模型及其应用

为解决多个用户的用水竞争矛盾,改变经济社会用水长期挤占生态环境用水的不合理现状,把水库下游的河流生态系统作为一个独立用水户,进而按照水库用水户的优先级,制定水库分区供水调度仿真规则;为解决水库调度方案的最优性与可操作性的统一问题,构建多用户供水保证率最大化且尽可能均衡的水库优化调度模型目标函数;在此基础上建立了基于仿真规则与智能优化的水库多目标调控模型。以潘家口水库为例,计算了现状供水规模下的水库调度方案,绘制了水库多用户分区供水调度图。结果表明:本文模型有效,提出的水库分区调度方案较之现行调度,可在不降低兴利和防洪效益的前提下,显著提高水库下游河道生态系统的供水保证率。     

基于引水限制调度线的并联水库系统供水优化算法及应用

以实现梯级水库群或者水源连通工程水量补偿式调节为目标,针对并联水库的联合供水特征,采用引水限制调度线控制引水水库可引水量,引入粒子群算法构建了并联水库优化调度模型。通过优化引水调度线提出可以改进并联水库系统的调度规则和调度方法,将优化和常规调度有机结合,并根据并联水库系统实际运行条件设置模型的目标函数、约束条件和参数设置方法。以X市S水库和L水库组成的并联水库系统为实例,采用该模型进行优化模拟。结果表明:并联水库系统经优化年均弃水量比两库单独供水的弃水量减少5 496万m~3,末库容比两库单独供水时提高203万m~3。在95%供水保证率时,并联水库系统供水系统的年供水能力比双库单独供水能力之和提高了5 556万m~3。优化形成的引水限制调度线分布形态合理,并联供水系统经过优化大幅度提高了水库系统的供水能力,证明了基于引水限制调度线的并联水库系统供水优化算法的可行性,该方法对并联水库联合调度具有重要参考价值。     

灌溉与供水水库调度图编制方法的改进研究

应用《水库调度设计规范》编制灌溉与供水调度图时,经多次调度图检验和修改后还不符合设计要求。为解决这一问题,提出了时历法长系列连续计算,先计算灌溉或供水降低供水线,再计算保证供水线,使降低供水区和保证供水区协调,统一年调节水库和多年调节水库调度图的编制办法等改进措施。通过工程实践检验,表明改进方法可以提高灌溉与供水调度图编制的合理性与准确性,能满足灌溉与供水的降低供水和保证供水要求,水库调度结果符合灌溉与供水设计保证率,并能控制设计保证率外灌溉与供水破坏程度。灌溉与供水调度图可一次性准确编制完成,避免了对调度图进行反复检验和修改。     

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。     

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NSPSO算法对观音阁-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。     

《水利工程水利计算规范》中供水与灌溉调度图编制探讨

使用《水利工程水利计算规范》推荐方法计算供水与灌溉水库调度图,若满足设计保证率和破坏深度的要求,还要对调度图做多次的检验和修改。为准确、快速计算水库调度图,文章提出了合理确定降低供水过程,改变降低供水线和防破坏线的计算模式,控制降低供水线与防破坏线的位置关系等改进方法。经过实际工程计算应用,改进方法能提高调度图计算方法的合理性和调度图的准确性,可满足工程设计保证率和破坏深度的要求,调度图能一次性准确计算,不需要再对调度图和相应径流调节计算成果进行多次的检验和修改。     

基于3E决策的崆峒水库优化调度

传统的水库调度以兴利和除害为主要目的,而基于3E决策的水库调度则实现了水库经济、社会和生态的多目标优化调度。首先采用逐月最小和频率计算方法计算最小生态流量和适宜生态流量,选定适宜于崆峒水库的生态流量;然后建立3E模型,采用二元比较模糊决策分析方法确定各个目标的不同权重,将多目标单一化;最后采用粒子群算法对模型进行求解。求解结果表明:使水库供水效益最大的供水量为4 622×10~4m~3,其中农业总供水量3 630×10~4m~3,工业和生活总供水量992×10~4m~3,而维持生态基流的生态用水量为2 311×10~4m~3。这可为水库的后期调度提供决策依据,也为水库的供水矛盾体提出了加强水利改革的建议。     

供需双侧调控下水稻灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化研究

对于水资源主要消耗用户和粮食重要生产基地的大型灌区,进行供需双侧调控是缓解灌区水资源供需矛盾、提高区域高质量可持续发展的重要途径之一。为了揭示灌区水-能源-粮食复杂的协调关系,针对性地开展系统优化调控。首先基于系统评价理论构建大型灌区水-能源-粮食系统耦合协调度评价模型,再基于灌区水资源系统模拟模型,以灌区水-能源-粮食耦合协调度最大为目标,以灌区主要作物水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限制供水比例作为优化调控变量,结合加速遗传算法,开展基于水资源供需双侧优化调控的灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化调控研究。杭埠河灌区应用结果显示:优化调控确定的灌区水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限供比例,相较于灌区运行现状能提高水-能源-粮食系统耦合协调水平,双季稻种植面积一定程度恢复使粮食产量明显提高,优化的水库旱限水位及水稻需水关键期水库限供比例,可在提升灌区干旱年份水资源利用效率的同时,较好地降低粮食作物因旱减产损失。可见,开展灌区供需双侧优化调控能显著提高灌区水-能源-粮食系统耦合协调性和适配性,可为提高水资源利用效率、布局主要粮食作物生产以及落实灌区水利高质量发展实施途径提供参考。     

供水水库优化模拟风险调度模式的研究

针对水库调度过程中的风险问题,引入了供水水库调度的优化模拟风险管理模式.首先建立了供水水库群的优化调度模型,然后对度量风险的可靠性、脆弱性、回弹性、事故周期等指标作了论述.在此基础上,模拟水库调度过程中存在的风险,并通过模拟与优化的反馈机制,建立了供水水库优化模拟风险调度的总体模式.     

考虑生态流量的小流域水库群联合调度研究

在小流域开展考虑生态流量需求的水库群联合调度,成为改善小流域河道生态环境的重要途径。采用水库群模拟优化方法建立了考虑下游河道生态需水的水库群多目标联合调度模型。模型依据流域内水库群的调节能力和调度目标,将水库群划分为3类;以供水目标为优先原则,确立水库群的调度方式和调度图。在此基础上,采用多目标遗传算法（NSGA-II）求解水库群联合调度的调度图。最后以重庆市龙溪河流域为研究实例,对不同生态需水流量下的水库群多目标调度效益进行对比分析。结果表明,生态流量的增加对流域内的农业用水影响最为明显,水库群多目标调度成为平衡各目标之间竞争性的重要方式。     

浙江省城市供水预警指标研究

针对以水库为供水水源的城市,提出水库供水预警库容作为城市供水预警指标,并提出指标的计算公式和方法。以舟山本岛供水区域为例,计算城市供水预警指标,与实际预警发布情况进行对比分析,结果表明该指标可大大提高城市供水预警的预见性和科学性。     

PA-DDS算法在水库多目标优化调度中的应用

Pareto存档动态维度搜索（Pareto-Archived Dynamically Dimensioned Search,PA-DDS）算法是一种求解多目标问题的随机搜索启发式算法。本文将PA-DDS算法引入考虑供水和发电的多目标优化模型优化水库调度图,与非支配排序遗传算法（NSGA-II）和多目标粒子群算法（MOPSO）对比了收敛性,并在求得非劣解分布的均匀性和与理论Pareto前端的相似性方面与NSGA-II进行比较,分析该算法求解水库多目标调度问题的优化性能,对比分析不同目标下的优化调度图。结果表明：PA-DDS算法能够得到更高质量的非劣解集,优化调度图与原设计调度图相比,能更有效协调供水和发电的矛盾,在小幅降低（0.96%）发电量的前提下显著提高（8.07%）水库供水量,平均每年增加经济效益0.55亿元。     

韶关市多水源供水方案研究

韶关市区现状以武江地表水为主要供水水源,供水水源相对单一。随着城市发展,现状供水能力已不满足规划供水要求。为了提高城市供水的安全性和可靠性,解决市区供水水源单一问题,促进社会经济稳步发展,开展市区多水源供水方案研究迫在眉睫,并具有重要意义。     

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。