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。     

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。     

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。     

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。     

宫山咀水库供水调度规则研究

依据宫山咀水库承担的供水任务及供水主次顺序等约束条件,建立了基于模拟-优化的水库调度图绘制模型,将模型应用到宫山咀水库调度图求解中,得到水库的调度运行图。水库按求解得到的调度图运行,水库各项供水保证率都满足要求,且不存在深度缺水问题。     

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。     

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。     

基于改进调度图的跨流域水库群供水调度研究

为利用径流信息挖掘跨流域水库群的调度潜力,并保留简单直观性,提出一种改进型水库调度图。以重庆市巴南区下涧口、丰岩和南彭水库群为例,采用POA算法以模拟-优化的方式构建跨流域水库群的引水和供水联合调度模型。设置现状调度、常规调度图优化调度、改进调度图优化调度3种情景,评估水库群引、供水性能,并分析径流信息不确定性对调度性能的影响。结果表明：(1)在长系列调度中改进调度图表现最优,相比现状可使水库群年均供水量增加6.87%,弃水量减少87.58%;(2)在枯水年,该方法可在现状基础上减少486.3×10⁴ m³缺水,增加477.6×10⁴ m³发电用水;(3)考虑径流信息不确定性时,改进调度图的供水量较理想情况降低3.37%,但仍比常规优化多5.96%。研究结果有助于科学决策提升供水效果。     

区间水优先的水库群引供水调度规则研究

【目的】随着跨流域调水工程不断地发展与完善,没有调节能力的闸坝逐渐与水库共同参与到调度中来,对需要考虑多流域丰枯特性和多水库调节能力的调度规则制订提出了更大的挑战。【方法】为此,提出在调水中相对于水库优先利用区间水的原则,以此构建系统总弃水量最小的调度模型,利用改进的遗传算法求解得到调度规则。并且,以石湖-龙湾-碧流河水库与黑鱼汀闸坝联合的引洋入连引调水工程作为研究实例进行对比。【结果】结果显示,相比于常规调度,优先利用区间水的调度规则方案规避了系统深度破坏,满足95%保证率的城市供水需求,多年平均引水量增加了0.79亿m³,系统年均弃水量减少了2.1亿m³。【结论】该研究方法较好地提高了区间水的利用率及系统的用水效率,可为有闸坝参与的跨流域调水系统的调度提供科学参考和技术支撑。     

城市供水实时调度模型研究

依据北京市供水系统明渠输水的3种工况,建立了渠道有水状态和无水状态的供水调度模型。在对供水系统进行概化的基础上,选取京密引水系统为研究对象进行供水调度计算。从京密供水系统的特点和实际运行的角度出发,重点对京密引水渠道有水状态下的水位、流量及渠段水位传播时间进行了模拟。结果显示,模型计算合理,可为京密供水系统调度运行提供决策支持。     

多态不确定条件下的城市供水调度模型研究

针对城市多水源供水调度系统中存在的不确定性和复杂性问题,将基于可信性理论的模糊规划与区间规划融入两阶段随机规划框架中,构建了基于可信性约束的区间两阶段随机规划的城市供水调度优化模型。该模型用区间数、随机变量和模糊参数等形式,有效表征了系统目标函数和约束中存在的多态不确定性,模拟了不确定条件下的城市供水调度过程,并对随机过程产生的风险进行了追索。通过模型运算,得到不同可信度水平下的稳定区间解,可为城市供水管理者提供不同情景下的决策方案,帮助其规避供水缺水风险。     

水库群实时供水优化调度研究

在充分考虑水库群供水调度的实时性、不确定性的基础上,建立了实时供水优化调度模型,该模型包括中长期供需水预测、中长期水库供水优化调度、实时供需水预测、短期优化调度和实时调度修正5个模块,实现了宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动修正的水库群供水调度。实例计算结果表明,该模型能满足水库供水实时调度运行的需要,调度结果合理、可靠。     

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%。     

不确定条件下的多水源联合供水调度模型

本文针对城市供水调度系统中存在的不确定性与复杂性,运用区间两阶段随机规划的方法,建立了多水源联合供水调度的优化模型。该模型以供水调度系统成本最小为目标函数,引入概率分布及区间数表示不确定性,模拟了地表水源、地下水源、外来水源等多种水源联合供水过程,并对多种水源的调水目标进行优化。以区间形式给出优化结果,为决策者提供宽裕的决策空间。利用该方法,可充分考虑系统中不确定因素对系统成本的影响,更真实的反映多水源联合供水系统的实际情况。     

不确定条件下的多水源联合供水调度模型

本文针对城市供水调水系统中存在的不确定性与复杂性，运用区间两阶段随机规划的方法，建立了多水源联合供水调度的优化模型。该模型以供水调度系统成本最小为目标函数，模拟了地表水源、地下水源、外来水源等多种水源联合供水，并对多种水源的调水目标进行优化。以区间形式给出优化结果，为决策者提供宽裕的决策空间。利用该方法，可充分考虑系统中不确定因素对系统成本的影响，更真实的反映多水源联合供水系统的实际情况。     

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。     

基于天然水文情势的水库调度规则研究

为了在水库生态调度中模拟天然水文情势,基于水文情势的主要特征设计了15个水文情势评价指标,并将某应用于水库生态调度模型的目标函数中;基于水文分期特征将水文年划分为不同时段,提出了参考各时段实时可利用水量的水库生态供水规则;通过分层分解水库不同供水任务,降低了水库生态调度模型求解的复杂程度,并将模型应用于万家寨水库。结果显示:①本文设计的水文情势评价指标及其在水库生态调度模型中的应用减少了生态供水与天然水文情势间的差异;②基于水文分期和实时水情的水库生态供水规则有效挖掘了生态供水潜力;③为了维护河流健康,万家寨水库上游水资源开发利用率不宜超过40%,而水资源开发利用率长期高于60%则会造成严重的生态破坏。     

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。