汉江流域梯级水库群优化调度研究
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态流量ꎮ
２ ２ 约束条件
对于汉江水库群的优化调度ꎬ 本次考虑以下几
个约束条件:
(１) 水电站出力约束ꎮ 对于水库来说ꎬ 水库在
某个时段内的出力应该控制在保证出力和该电站的
装机容量之间 [１２] ꎮ
(２) 水库水量平衡约束
Ｖ ｔ ＋１ ＝ Ｖ ｔ ＋ ( Ｉ ｔ － Ｑ ｔ ) Δｔ
(４)
式中ꎬ Ｖｔ ＋ １ —水库末库容ꎻ Ｖｔ —水库初库容ꎻ Ｉ ｔ —水
较多ꎬ 研究的方法也较为成熟 [２] ꎬ 水库调度运用方
法主要分为两类: 一类是常规调度ꎬ 另一类是智能
新分配 天 然 径 流ꎬ 使 水 资 源 得 到 最 大 利 益 化 的
利用 [８] ꎮ
调度ꎮ 常规调度通常以常规调度图来对水库进行管
汉江 流 域 所 包 含 的 几 大 水 库 的 主 要 参 数 见
水建筑物有目的地对来水进行蓄放ꎬ 从而达到兴
利、 减灾的目的ꎮ 水资源分布时空不均是制约我国
务依次为防洪、 发电、 灌溉和航运ꎬ 加高之后的任
务转为防洪、 供水 ( 含灌溉) 、 发电、 航运等ꎬ 供
城市水资源利用效率的重要因素ꎬ 而科学、 合理地
水成为优先于发电的任务 [７] ꎮ 丹江口水库在南水北
ｉ ＝１ ｔ ＝１
(１)
必须符合该水库的供水灌溉等综合利用需求ꎬ 同时
不能超过最大下泄流量ꎮ
式中ꎬ Ｅ—年最大发电总量ꎻ Ｎ—汉江流域上水库
２ ３ 模型求解办法
数ꎻ Ｑ ｉ ꎬｔ —水库的下泄流量ꎻ Ｈ ｉ ꎬｔ —水头 [９] ꎮ
联合调度是多约束、 非线性、 多阶段的组合优化问
的数量ꎻ Ｔ—分的时段数ꎻ Ａ ｉ —水库的综合出力系
２０２０ 年第 ２ 期
水文水资源
水利规划与设计
式中ꎬ ｏｂ１ —上游水库的下泄流量ꎬ ＱＣ ｍ —水库的发
表 １ 梯级水库主要参数列表
水库名称
单位
石泉
安康
丹江口
调节性能
—
季调节
季调节
多年调节
正常蓄水位
ｍ
４１０
３３０
１７０
防洪限制
ｍ
４０５
３２５
１６０￣１６３ ５
死水位
ｍ
３９５
３００
１５０￣１４５
模型技术研究流域和区域水资源的开发利用ꎬ 使有
经济、 社会、 环境效益到最佳ꎮ 汉江流域水资源优
化调度的三大目标包括发电量最大、 生态环境、 水
收稿日期: ２０１９￣０９￣０９
Ｅ￣ｍａｉｌ: ｍａｙｌ１９８５０５＠ １６３ ｃｏｍ
作者简介: 马雅丽(１９８５ 年—) ꎬ 女ꎬ 工程师ꎮ
６３
库入库流量ꎻ Ｑ ｔ —水库出库流量ꎻ Δｔ—调度期划分
的调度时段ꎮ
(３) 水位约束ꎮ 对于水位来讲ꎬ 不能低于死水
位ꎬ 同时汛期的时候不能高于汛限水位ꎬ 非汛期不
能高于正常高水位ꎮ
资源利用ꎮ
(１) 发电量最大
(４) 泄流能力约束ꎮ 某一水库的最小下泄流量
Ｎ
Ｔ
Ｅ ＝ ｍａｘＦ ＝ ｍａｘ∑ ∑ ( Ａ ｉ Ｑ ｉꎬｔ Ｈ ｉꎬｔ )
限的水资源在一段时期内得到合理配置ꎬ 有效保护
度ꎮ 本文主 要 采 用 了 ＰＯＡ 算 法ꎬ 结 合 水 库 库 容、
上下游水库的相对位置以及供水对象等对汉江流域
上三座大型水库进行联合调度ꎬ 分别为石泉、 丹江
口、 安康水库ꎬ 对于支流上的潘口、 黄龙滩水库按
高等一系列目标ꎬ 水资源优化配置需要采用先进的
水库调度是指利用水库的调蓄能力对天然径流
照各自的调度图进行运算ꎮ
进行调节ꎬ 也是指基于水利工程自身工况以及水文
１ 水库群简介
预报ꎬ 在保障自身安全和上下游防洪安全的前提
下ꎬ 以综合利用水资源为原则ꎬ 通过水利枢纽的过
丹江口水库是一座综合型水库ꎬ 兼具防洪、 供
水、 发电和航运等多项功能 [６] ꎮ 其未加高之前的任
支流ꎬ 是沿线城镇的主要供水水源地之一ꎮ 但是汉江流域水资源的管理面临较大的挑战ꎬ 要实现水资源系统的优
化配置ꎬ 水量调度必不可少ꎮ 文章使用 ＰＯＡ 算法对汉江流域的水库群进行优化调度ꎬ 并取得了较好的成果ꎮ
关键词: ＰＯＡ 算法ꎻ 水库群优化调度ꎻ 梯级调度
中图分类号: Ｘ８２２ 文献标识码: Ａ 文章编号: １６７２￣２４６９(２０２０)０２￣００６３￣０４
进行水库调度以及跨流域调水是解决这一问题的有
效手段 [１] ꎮ 当前ꎬ 随着流域生态保护建设进一步得
到关注ꎬ 水库的生态调度也成为水库运行调度的主
调中线通水之后ꎬ 还需要承担向北方供水的任务ꎬ
在汉江流域和跨流域调水工程中占据了重要的地
要目标之一ꎬ 对于水库优化调度ꎬ 国内外学者研究
位ꎮ 所谓兴利调度ꎬ 就是要以经济效益为目标ꎬ 重
死库容
亿ｍ
１ ９
９ ０８
１２６ ９￣１００
调节库容
亿 ｍ３
１ ６７
１４ ７２
１９０ ５
装机容量
ＭＷ
２２５
８５０
９００
保证出力
ＭＷ
３８
１６０
２５８
年发电量
亿 ｋＷｈ
６ ３４
２８ ５７
３８ ３
—
发电、
发电、
防洪、 供水、
航运
防洪
发电、 航运
水位
综合利用任务
３
电水量和弃水量的差值ꎻ ＣＱ ｍ —需要满足的最小生
ＰＯＡ 算法较适用于梯级水库的调度ꎬ 水库群的
表 １ꎮ
理ꎬ 较为直观简洁ꎬ 其调度结果具有可行性ꎬ 但是
没有考虑到未来来水ꎬ 往往不是最优解ꎬ 而且涉及
目标比较单一ꎬ 有一定缺陷ꎬ 不太适用于处理多目
２ 梯级水库群调度模型
标多约束的问题ꎮ 在如今越来越复杂的水库调度问
２ １ 目标函数
题中ꎬ 传统的算法已不能很好地解决此类问题
[３]
ꎮ
汉江流域水资源开发利用涉及到供水区域社会
水文水资源
２０２０ 年第 ２ 期
水利规划与设计
ＤＯＩ: １０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １６７２￣２４６９ ２０２０ ０２ ０１５
汉江流域梯级水库群优化调度研究
马雅丽ꎬ 彭 昆
( 武汉珞珈山水设计咨询有限公司ꎬ 湖北 武汉 ４３００７０)
摘要: 随着经济社会的快速发展ꎬ 日益上升的水资源需求率与水资源的污染短缺相抵触ꎬ 汉江流域作为长江一级
近年来ꎬ 学者们已经将多种智能算法运用到水库调
度中ꎬ 并取得了较好的成绩ꎮ 马玉新 [４] 等人运用组
织进化粒子群算法解决了单一粒子群算法存在的早
经济的发展、 环境质量改善、 人民群众生活质量提
熟和易陷入局部最优的问题ꎬ 并将其运用到黄河上
游某水库中ꎬ 取得了较好成效ꎬ 朱小凯 [５] 等人运用
多目标可变模糊优选模型对白石水库进行了兴利调
２ ２ 约束条件
对于汉江水库群的优化调度ꎬ 本次考虑以下几
个约束条件:
(１) 水电站出力约束ꎮ 对于水库来说ꎬ 水库在
某个时段内的出力应该控制在保证出力和该电站的
装机容量之间 [１２] ꎮ
(２) 水库水量平衡约束
Ｖ ｔ ＋１ ＝ Ｖ ｔ ＋ ( Ｉ ｔ － Ｑ ｔ ) Δｔ
(４)
式中ꎬ Ｖｔ ＋ １ —水库末库容ꎻ Ｖｔ —水库初库容ꎻ Ｉ ｔ —水
较多ꎬ 研究的方法也较为成熟 [２] ꎬ 水库调度运用方
法主要分为两类: 一类是常规调度ꎬ 另一类是智能
新分配 天 然 径 流ꎬ 使 水 资 源 得 到 最 大 利 益 化 的
利用 [８] ꎮ
调度ꎮ 常规调度通常以常规调度图来对水库进行管
汉江 流 域 所 包 含 的 几 大 水 库 的 主 要 参 数 见
水建筑物有目的地对来水进行蓄放ꎬ 从而达到兴
利、 减灾的目的ꎮ 水资源分布时空不均是制约我国
务依次为防洪、 发电、 灌溉和航运ꎬ 加高之后的任
务转为防洪、 供水 ( 含灌溉) 、 发电、 航运等ꎬ 供
城市水资源利用效率的重要因素ꎬ 而科学、 合理地
水成为优先于发电的任务 [７] ꎮ 丹江口水库在南水北
ｉ ＝１ ｔ ＝１
(１)
必须符合该水库的供水灌溉等综合利用需求ꎬ 同时
不能超过最大下泄流量ꎮ
式中ꎬ Ｅ—年最大发电总量ꎻ Ｎ—汉江流域上水库
２ ３ 模型求解办法
数ꎻ Ｑ ｉ ꎬｔ —水库的下泄流量ꎻ Ｈ ｉ ꎬｔ —水头 [９] ꎮ
联合调度是多约束、 非线性、 多阶段的组合优化问
的数量ꎻ Ｔ—分的时段数ꎻ Ａ ｉ —水库的综合出力系
２０２０ 年第 ２ 期
水文水资源
水利规划与设计
式中ꎬ ｏｂ１ —上游水库的下泄流量ꎬ ＱＣ ｍ —水库的发
表 １ 梯级水库主要参数列表
水库名称
单位
石泉
安康
丹江口
调节性能
—
季调节
季调节
多年调节
正常蓄水位
ｍ
４１０
３３０
１７０
防洪限制
ｍ
４０５
３２５
１６０￣１６３ ５
死水位
ｍ
３９５
３００
１５０￣１４５
模型技术研究流域和区域水资源的开发利用ꎬ 使有
经济、 社会、 环境效益到最佳ꎮ 汉江流域水资源优
化调度的三大目标包括发电量最大、 生态环境、 水
收稿日期: ２０１９￣０９￣０９
Ｅ￣ｍａｉｌ: ｍａｙｌ１９８５０５＠ １６３ ｃｏｍ
作者简介: 马雅丽(１９８５ 年—) ꎬ 女ꎬ 工程师ꎮ
６３
库入库流量ꎻ Ｑ ｔ —水库出库流量ꎻ Δｔ—调度期划分
的调度时段ꎮ
(３) 水位约束ꎮ 对于水位来讲ꎬ 不能低于死水
位ꎬ 同时汛期的时候不能高于汛限水位ꎬ 非汛期不
能高于正常高水位ꎮ
资源利用ꎮ
(１) 发电量最大
(４) 泄流能力约束ꎮ 某一水库的最小下泄流量
Ｎ
Ｔ
Ｅ ＝ ｍａｘＦ ＝ ｍａｘ∑ ∑ ( Ａ ｉ Ｑ ｉꎬｔ Ｈ ｉꎬｔ )
限的水资源在一段时期内得到合理配置ꎬ 有效保护
度ꎮ 本文主 要 采 用 了 ＰＯＡ 算 法ꎬ 结 合 水 库 库 容、
上下游水库的相对位置以及供水对象等对汉江流域
上三座大型水库进行联合调度ꎬ 分别为石泉、 丹江
口、 安康水库ꎬ 对于支流上的潘口、 黄龙滩水库按
高等一系列目标ꎬ 水资源优化配置需要采用先进的
水库调度是指利用水库的调蓄能力对天然径流
照各自的调度图进行运算ꎮ
进行调节ꎬ 也是指基于水利工程自身工况以及水文
１ 水库群简介
预报ꎬ 在保障自身安全和上下游防洪安全的前提
下ꎬ 以综合利用水资源为原则ꎬ 通过水利枢纽的过
丹江口水库是一座综合型水库ꎬ 兼具防洪、 供
水、 发电和航运等多项功能 [６] ꎮ 其未加高之前的任
支流ꎬ 是沿线城镇的主要供水水源地之一ꎮ 但是汉江流域水资源的管理面临较大的挑战ꎬ 要实现水资源系统的优
化配置ꎬ 水量调度必不可少ꎮ 文章使用 ＰＯＡ 算法对汉江流域的水库群进行优化调度ꎬ 并取得了较好的成果ꎮ
关键词: ＰＯＡ 算法ꎻ 水库群优化调度ꎻ 梯级调度
中图分类号: Ｘ８２２ 文献标识码: Ａ 文章编号: １６７２￣２４６９(２０２０)０２￣００６３￣０４
进行水库调度以及跨流域调水是解决这一问题的有
效手段 [１] ꎮ 当前ꎬ 随着流域生态保护建设进一步得
到关注ꎬ 水库的生态调度也成为水库运行调度的主
调中线通水之后ꎬ 还需要承担向北方供水的任务ꎬ
在汉江流域和跨流域调水工程中占据了重要的地
要目标之一ꎬ 对于水库优化调度ꎬ 国内外学者研究
位ꎮ 所谓兴利调度ꎬ 就是要以经济效益为目标ꎬ 重
死库容
亿ｍ
１ ９
９ ０８
１２６ ９￣１００
调节库容
亿 ｍ３
１ ６７
１４ ７２
１９０ ５
装机容量
ＭＷ
２２５
８５０
９００
保证出力
ＭＷ
３８
１６０
２５８
年发电量
亿 ｋＷｈ
６ ３４
２８ ５７
３８ ３
—
发电、
发电、
防洪、 供水、
航运
防洪
发电、 航运
水位
综合利用任务
３
电水量和弃水量的差值ꎻ ＣＱ ｍ —需要满足的最小生
ＰＯＡ 算法较适用于梯级水库的调度ꎬ 水库群的
表 １ꎮ
理ꎬ 较为直观简洁ꎬ 其调度结果具有可行性ꎬ 但是
没有考虑到未来来水ꎬ 往往不是最优解ꎬ 而且涉及
目标比较单一ꎬ 有一定缺陷ꎬ 不太适用于处理多目
２ 梯级水库群调度模型
标多约束的问题ꎮ 在如今越来越复杂的水库调度问
２ １ 目标函数
题中ꎬ 传统的算法已不能很好地解决此类问题
[３]
ꎮ
汉江流域水资源开发利用涉及到供水区域社会
水文水资源
２０２０ 年第 ２ 期
水利规划与设计
ＤＯＩ: １０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １６７２￣２４６９ ２０２０ ０２ ０１５
汉江流域梯级水库群优化调度研究
马雅丽ꎬ 彭 昆
( 武汉珞珈山水设计咨询有限公司ꎬ 湖北 武汉 ４３００７０)
摘要: 随着经济社会的快速发展ꎬ 日益上升的水资源需求率与水资源的污染短缺相抵触ꎬ 汉江流域作为长江一级
近年来ꎬ 学者们已经将多种智能算法运用到水库调
度中ꎬ 并取得了较好的成绩ꎮ 马玉新 [４] 等人运用组
织进化粒子群算法解决了单一粒子群算法存在的早
经济的发展、 环境质量改善、 人民群众生活质量提
熟和易陷入局部最优的问题ꎬ 并将其运用到黄河上
游某水库中ꎬ 取得了较好成效ꎬ 朱小凯 [５] 等人运用
多目标可变模糊优选模型对白石水库进行了兴利调