基于供配水原则的水库群联合供水调度模型
水资源优化调度模型及算法研究
水资源优化调度模型及算法研究一、绪论随着人口的不断增加和经济的不断发展，水资源的供需矛盾日益凸显。
为有效保障水资源的合理利用和管理，研究水资源优化调度模型及算法迫在眉睫。
本文旨在探讨水资源优化调度模型及算法的研究进展。
二、水资源优化调度模型1. 基于线性规划的水资源优化调度模型线性规划是一种常见的数学方法，可以用于优化许多实际问题，包括水资源优化调度。
该方法的优点在于能够快速得到一个最优解。
线性规划模型的数学形式如下：$$ Max \quad cx $$$$ s.t. \quad Ax \leq b $$其中，x是优化变量，c和A是常数矩阵，b是常数向量。
这个模型的含义是在满足约束条件Ax≤b的情况下，使目标函数cx最大化。
2. 基于动态规划的水资源优化调度模型括水资源优化调度。
该方法的优点在于可以考虑到历史时刻的决策对未来的影响。
动态规划模型的数学形式如下：$$ Max \quad \sum_{t=1}^{T}f_t(x_t,u_t) $$$$ s.t. \quad x_{t+1}=g_t(x_t,u_t) $$其中，x是状态变量，u是决策变量，f是收益函数，g是状态转移函数。
这个模型的含义是在满足状态转移方程x_{t+1}=g_t(x_t,u_t)的情况下，使收益函数f最大化。
3. 基于遗传算法的水资源优化调度模型遗传算法是一种常见的优化方法，可以用于许多实际问题，包括水资源优化调度。
该方法的优点在于可以在多个解空间中搜索最优解。
遗传算法模型的数学形式如下：$$ f(x_i),\quad 1 \leq i \leq N $$其中，x是优化变量，f是目标函数，N是种群数量。
这个模型的含义是在种群中搜索最优解x。
三、水资源优化调度算法1. 基于模拟退火的水资源优化调度算法括水资源优化调度。
该方法的优点在于可以在温度下降的过程中逐渐减小搜索范围。
模拟退火算法的数学形式如下：$$ f(x_i),\quad 1 \leq i \leq N $$其中，x是优化变量，f是目标函数，N是样本数量。
水利工程水库调度模型研究
水利工程水库调度模型研究水利工程是一门综合性的工程学科，其中水库调度是其中的重要组成部分。
水库调度模型的研究是为了合理规划水库的水量分配，以达到最优的水资源利用效果。
本文将对水利工程水库调度模型的研究进行探讨。
一、背景介绍水资源是人类最为宝贵的资源之一，对于农业、工业和生活都起着至关重要的作用。
而水利工程中的水库调度则是控制水库内的水量，使其在满足各项用水需求的同时，尽可能减少浪费，实现节约用水的目标。
二、水库调度模型的分类根据水利工程的实际需求，水库调度模型可分为静态调度模型和动态调度模型两种。
1. 静态调度模型静态调度模型是指在水库的水库位、入库流量和出库流量等参数均为确定值的情况下，通过建立数学模型，得出最优的水库调度方案。
常用的数学模型有线性规划模型、动态规划模型等，这些模型能够在满足水库调度约束条件的前提下，最大化水资源的利用效率。
2. 动态调度模型动态调度模型是指在水库的参数（如库容、入库流量等）是随时间变化的情况下，通过建立动态模型，实时调度水库的水量。
动态调度模型主要利用数学方法来求解，在考虑水库的水量平衡和供水需求的前提下，实现对水库水量的优化调度。
三、水库调度模型的应用水库调度模型的研究对于水利工程的规划和管理具有重要的意义。
它可以帮助水库管理者制定合理的调度方案，使得水库运行更为稳定，同时提高水资源的利用效率。
1. 洪水调度洪水是水利工程中常见的灾害之一，而准确预测洪水来临的时间和水量则对于及时采取应对措施至关重要。
水库调度模型可以通过建立合适的水文模型，结合历史洪水数据，对洪水进行预测，并制定调度方案，降低洪灾带来的损失。
2. 平衡供水调度水库作为一种重要的调节水源，其用水要求一般具有季节性变化。
通过合理调度，可以实现供水平衡。
水库调度模型可以考虑到季节性需求的变化，利用数学模型进行预测和优化，以实现供水的平衡分配。
3. 生态环境保护调度水库的调度不仅仅关乎人类的生活用水，还与生态环境保护息息相关。
基于供水次序和供水区间约束的水库群实时联合调度
渊圆冤 水库群各水库根据自身水文特性尧 调蓄能力等因 素袁 以不同 水 位 渊 库 容冤 为 控 制 条 件 划 分 多 级 供 水 区 域 渊 见表员冤 曰
渊猿冤 根据水库实时水位监测情况袁 遵循供水区级别优 先尧 基本供水次序其次的基本原则选择供水水库遥 当各水 库均处于同一级供水区时袁 优先利用考虑供水次序在前的
渊源冤 越 员 袁表示
水库 参与供水遥水库是否供水的判断方法同水库群供水水
库的判别遥
渊猿冤 供水权重系数 的选取
引入的供水权重系数的计算公式院
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式中院 为水库 当前时段的可供库容袁万皂猿 曰
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库 的库容系数曰 为水库群中的水库数袁座曰
该权重系数可根据当前可供水库容和 库 容 系数 确 定袁
目前袁 针对水库群实时联合供水调度的研究咱员暂 大多集 中在优化调度方法的理论研究上袁 出现了协同进化遗传算 法咱圆暂 尧 混合智能 算 法咱猿暂 尧 双 层 多 种 群 孕杂韵咱源暂 等 方 法袁 但 这 些方法在实际应用中需考虑的因素较多尧 客观条件要求高袁 在实际生产实时供水调度中难以发挥充分指导作用遥 本文 立足于此袁 从实用性尧 实际可操作角度出发袁 结合现代水 利信息化技术袁 充分考虑水库群的 水 文特 性尧 库 容 系 数尧 调蓄能力等因素袁 建立基于供水次序和供水区间约束的水 库群实时联合供水调度袁 实现理论研究与生产实际相结合袁 指导水库实时供水运行袁 从而达到水库群水资源真正的高 效利用遥
摇
渊 如供水需加压泵站提水冤 等因素袁 根据当地实际需求在特 定时期内更替供水次序遥 如某水库虽然库容系数大袁 但由 于汛期防洪任务繁重袁 则在汛期水位较高时优先供水遥
水资源管理中的供需均衡模型定量分析
水资源管理中的供需均衡模型定量分析水是我们生活中最基本的资源之一，然而，随着人口的增长、气候变化和经济发展，水资源管理变得越来越复杂。
供需均衡模型是一种用于定量分析水资源供需平衡的工具，它在水资源管理中发挥着重要的作用。
一、供需均衡模型的基本原理供需均衡模型是一种基于供需平衡的数学模型，用来分析和预测资源的供应和需求之间的平衡情况。
该模型通过将资源供应和需求量描绘为两个函数，并比较供需两者之间的交点来确定资源的供需均衡点。
在水资源管理中，供需均衡模型基于以下基本原理：1.水资源供给量是受环境因素如降雨量、河流和水库水位和地下水含量等影响的。
2.水资源需求量是根据用水目的、水使用效率和生活方式等影响的。
3.水资源供给和需求两者之间的关系是动态的，也受经济、政治和社会因素等多种因素的影响。
基于以上原理，供需均衡模型将水资源的供给和需求量视为两个函数，并且通过比较两个函数之间的交点来确定水资源的供需均衡点。
这个交点就是确定水资源供给和需求之间平衡的基本依据。
二、应用供需均衡模型进行水资源管理2.1模型构建在建立供需均衡模型时，首先需要通过历史水需求与水供给数据的分析和对未来水需求预测，编制供需量函数。
函数中，供给量是水资源的现实供给量或预测量。
需求量是从当前和未来工农业生产、人口数量和水使用效率等多个方面综合分析预测。
2.2模型求解当建立好水资源的供需均衡模型后，需要进行解算。
可以通过计算机软件或手工计算来求解模型。
水需求及供给的变动将影响供需交点，因此，必须对其进行动态更新。
同时，还需要充分考虑模型结果与实际情况之间的差异，对模型进行修正，以得到更加精确的分析结果。
2.3模型应用当建立好水资源的供需均衡模型，进行求解后，即可进行模型应用。
这种应用可以通过以下几个方面开展：1.预测水资源供需均衡情况：根据建立好的供需均衡模型，可预测出未来一段时间内的水资源供需情况，包括需求量、供给量和供需平衡点。
2.制定水资源管理政策：供需均衡模型的应用可以帮助制定水资源管理政策，以促进供需平衡并保护水资源。
水库调度优化模型及应用研究
水库调度优化模型及应用研究一、引言水库调度是水资源管理的重要环节，其目的是在满足各种约束条件的前提下，实现水资源的高效利用和综合效益最大化。
随着社会经济的发展和水资源供需矛盾的日益突出，传统的水库调度方法已经难以满足实际需求，因此，研究和建立更加科学合理的水库调度优化模型具有重要的现实意义。
二、水库调度的基本概念和任务（一）水库调度的定义水库调度是指根据水库的来水、用水需求、水库特性以及其他相关因素，通过合理控制水库的蓄放水过程，以达到防洪、兴利、发电、灌溉、供水等目标的管理活动。
（二）水库调度的任务1、防洪调度确保水库在洪水期间能够有效地削减洪峰流量，保障下游地区的防洪安全。
2、兴利调度合理分配水资源，满足发电、灌溉、供水等兴利部门的用水需求，提高水资源的利用效率和经济效益。
3、生态调度考虑水库下游生态环境的需求，维持河流生态系统的稳定和健康。
三、水库调度优化模型的类型（一）确定性优化模型确定性优化模型基于确定性的来水和用水条件进行建模，常见的有线性规划模型、非线性规划模型和动态规划模型等。
1、线性规划模型通过建立线性目标函数和线性约束条件，求解最优调度方案。
但对于复杂的水库调度问题，可能存在线性化误差。
2、非线性规划模型能够处理目标函数和约束条件中的非线性关系，但计算复杂度较高。
3、动态规划模型将水库调度问题分解为多个阶段，通过递推求解最优决策序列，但可能存在“维数灾”问题。
（二）随机性优化模型考虑来水和用水的不确定性，采用随机变量来描述，如随机动态规划模型、蒙特卡罗模拟模型等。
1、随机动态规划模型在动态规划的基础上引入随机变量，能够更好地处理不确定性，但计算量较大。
2、蒙特卡罗模拟模型通过大量随机抽样来模拟水库调度过程，评估不同调度方案的效果，但结果的准确性依赖于抽样数量。
（三）智能优化算法模型如遗传算法、粒子群优化算法、蚁群算法等，具有较强的全局搜索能力和适应性。
1、遗传算法通过模拟生物进化过程中的遗传变异和自然选择来寻找最优解。
水库调度优化模型的应用研究
水库调度优化模型的应用研究水库调度是水资源管理中的重要环节，其目的是在满足各种用水需求的同时，最大限度地发挥水库的综合效益，如防洪、发电、灌溉、供水等。
随着社会经济的发展和水资源供需矛盾的加剧，传统的水库调度方法已经难以满足实际需求，因此，研究和应用水库调度优化模型具有重要的现实意义。
一、水库调度优化模型的概述水库调度优化模型是基于数学规划理论和方法，结合水库的水文特性、工程特性以及用水需求等因素，建立的用于求解水库最优调度策略的数学模型。
常见的水库调度优化模型包括线性规划模型、非线性规划模型、动态规划模型等。
线性规划模型是最简单的一种，它将水库调度问题转化为线性目标函数和线性约束条件的优化问题。
非线性规划模型则能够更好地处理水库调度中的非线性关系，但求解难度较大。
动态规划模型适用于多阶段决策问题，能够有效地处理水库调度中的时间序列特性，但存在“维数灾”问题，即随着决策变量和阶段数的增加，计算量呈指数增长。
二、水库调度优化模型的建立建立水库调度优化模型需要明确以下几个方面：1、目标函数目标函数是衡量水库调度方案优劣的指标，通常包括经济效益最大化、社会效益最大化、环境效益最大化等。
例如，在发电调度中，目标函数可以是发电量最大化；在供水调度中，目标函数可以是满足供水需求的可靠性最高。
2、约束条件约束条件包括水库的水量平衡约束、水位约束、出库流量约束、用水需求约束等。
水量平衡约束是指水库的入库流量、出库流量和蓄水量之间的关系；水位约束是为了保证水库的安全运行；出库流量约束则是根据下游河道的承受能力和水利工程的运行要求确定的；用水需求约束是指满足各用水部门的水量和水质要求。
3、决策变量决策变量是水库调度中需要优化的变量，如水库的出库流量、蓄水水位等。
4、模型参数模型参数包括水库的特征参数（如库容曲线、泄流曲线等）、水文参数（如降雨、径流等）以及用水需求参数等。
这些参数的准确性直接影响模型的精度和可靠性。
水库群联合优化调度方案研究
水库群联合优化调度方案研究摘要：本研究基于水库群聚合虚拟法、利用逐步优化算法,制定了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,将优化计算结果与实际调度结果进行对比分析，优化调度模型在提高补水量的发电效率、缓解电量损失方面具有优势，可为枯水期水量统一调度方案的制定提供借鉴。
从而为该地区的水资源配置提供参考。
关键词：水库群;联合供水;优化调度前言：20世纪60年代以来，国内外诸多学者对水库优化调度理论和方法进行了研究，但主要是针对单个水库或单个目标开展工作。
进入21世纪以来，随着大批水库电站的建成和投入使用，中国已形成了一批巨型水库群，如黄河上游、长江上游、第二松花江、三峡梯级和清江梯级水库群等，中国水电工程已经进入了由建设到管理运行的关键转型期，国家能源发展战略规划对中国的水电发展提出了新的要求，因此开展水库群联合调度是顺应“节能发电”与“洪水资源化”的时代需求，具有重大的理论价值和现实意义。
近年来，随着水文气象预报精度的提高、系统决策科学理论的日益完善和计算机软硬件技术的快速发展，为水库群联合优化调度创造了条件。
由于入库径流的随机性，决策过程的动态性、实时性和数学模型、优化技术的局限性，使得水库调度决策问题呈现出非结构化的特点，水库群联合调度决策是一个非常复杂的过程。
从不同的角度分类，水库调度决策可分为很多不同类型。
按水库的功能目标可分为防洪调度、兴利调度和综合利用调度;按水库数量可分为单库调度、梯级水库调度和水库群联合调度;按调度周期可分为短期调度和中长期调度;按调度方式可分为常规调度和优化调度。
本文重点综述近年来国内外库群联合优化调度方法研究应用进展，并探讨今后库群联合调度的发展趋势。
一、水库群联合调度原则和目标函数1.1 联合调度的基本原则对以防洪为主的水库群，应采用补偿方式调度，一般以梯级水库的上游水库或距防洪保护区较远的并联水库先行补偿，使控制洪水比重较大、对洪水的调节能力较高、距下游防洪保护区较近的水库最后控制泄量;对以灌溉及供水为主的水库群，以总弃水量最小拟定各个水库的蓄放水次序，梯级水库上游水库应先蓄水后供水，库群中如有调节能力高、汛期结束较早的水库应先蓄水，在供水期按总供水要求进行补偿调节;对于以发电为主的水库群，在满足系统正常供电要求的前提下，以总发电量最大拟定各个水库的蓄放水次序，梯级水库上游水库一般应先蓄水后供水;对并联水库则需采用一些方法(如判别式法、库容效率指数法)，根据各库具体情况判别来确定最佳的蓄放水次序。
水库调度模型及其在水资源管理中的应用研究
水库调度模型及其在水资源管理中的应用研究随着城市化进程的加速，水资源的管理越来越受到重视。
其中，水库的调度管理起到了至关重要的作用。
水库调度模型的研究和应用，也成为了当今水资源管理领域中一个炙手可热的话题。
一、水库调度模型的基本概念水库调度模型是指对水库水文及水工作用进行模拟和预测，以达到最佳调度水平的一种数学模型。
水库调度模型一般分为两种：实时调度模型和非实时调度模型。
实时调度模型主要用于水库实时调度决策中，通过对水库水情数据进行实时监测和分析，建立水库实时水情和调度预测模型。
非实时调度模型则是对水库长期调度管理进行建模和预测，用于制定水库的年度调度计划等。
二、水库调度模型的构建水库调度模型通常由两个主要部分构成，即建模部分和求解部分。
建模部分是指将水库中的水文数据如水位、流量等，以及水库调度决策所需的其他数据如气象数据等，进行采集、处理和建模，形成水库调度模型。
求解部分是指对已构建好的水库调度模型进行求解，得到最优的调度决策方案。
求解方法主要分为两类：传统方法和智能优化方法。
传统方法主要包括线性规划、动态规划、模拟退火等，它们在求解速度和准确度上存在局限性，一般只适合于较小规模的问题。
而智能优化方法则是近年来发展起来的一类方法，主要包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
这些方法适用于高维、非线性的水资源管理问题，在求解速度和精度上有一定的保障。
三、水库调度模型在水资源管理中的应用水库调度模型主要用于水库的调度管理和水资源的优化配置。
其具体应用包括以下几个方面：1、水库调度决策水库调度模型可以根据水库实时水情数据、气象数据、时间序列数据等，对水库的日、周、月、季度等不同时间尺度进行调度决策，以实现水资源的合理配置和利用。
2、水资源需求优化配置水库调度模型可以根据不同水资源需求的重要性和优先级，制定最佳的水资源配置方案，以满足城市、农业、工业等各种用水需求。
3、水污染控制水库调度模型可以将污染信息和水域水质模型等纳入模型中，从而实现对水质的预测和调控，有效控制水污染的发生和扩散。
区域水资源配置中水库群联合调度方案研究
区域水资源配置中水库群联合调度方案研究摘要：水资源是人类社会发展和生态环境维持的基础资源，合理配置和高效利用水资源对于区域的可持续发展至关重要。
在水资源配置中，水库群调度作为一种重要的调度方式，可以通过合理调整水库的蓄水和放水策略，实现水资源的优化利用。
然而，水库群调度面临着多样的约束和目标，需要建立科学的调度模型和应用合适的优化方法。
本文旨在深入探讨区域水资源配置中的调度模型和优化方法，以提供科学决策支持和技术指导，实现水资源的合理配置和有效利用。
关键词：水资源配置；水库群；联合调度1水库群调度在水资源配置中的作用1.1提高水资源利用效率水库群调度在水资源配置中发挥着重要的作用，其中之一是提高水资源的利用效率。
通过合理调度水库群中的水量，可以优化水资源的分配和利用，确保水资源在不同时段和不同区域的合理供应。
水库群调度可以根据实际需求和水资源利用的优先级，调整水库的蓄水和释放策略，以最大限度地满足各个领域和利益相关者的需求。
1.2调节水资源供需平衡水库群调度在水资源配置中还起到调节水资源供需平衡的作用。
水资源的供需平衡是指在不同时间和不同区域，水资源供给与需求之间的平衡关系。
由于自然条件和人为活动的影响，水资源的供需往往存在不平衡的情况。
水库群调度可以通过调整蓄水和释水策略，将多余的水资源在丰水期储存起来，以满足水期的需求。
这种供需平衡的调节有助于优化水资源的配置，提高水资源的可持续利用。
通过水库群的调度，可以平衡不同区域和不同时段的水资源供给，减少水资源的浪费，确保水资源的合理分配。
1.3支持多功能利用水库群调度不仅可以满足生活用水和农业灌溉的需求，还可以支持其他多功能利用。
水库作为多功能水利工程，除了供水功能外，还可以提供其他服务，如水电发电、航运、生态环境保护等。
通过合理的水库群调度，可以根据不同需求的优先级进行调整，以实现多种功能的综合利用。
例如，在水电发电方面，可以根据电力需求和水库的水位情况，调整水库的蓄水和放水策略，以保证水电的可靠供应。
多水库联合供水的优化调度方法
维普资讯
第 ２期 ＋Ｙ ≤ ｖ ： Ｗ ： ｏ＋ 一 Ｓ
＝
张庆华等 ： 多水库联合供水 的优 化调度 方法 １ 次水后的产量 ， 。 应用式 （０ 必须注 意 ， — １） （
＋ ≤ （） ４
种建模 容易 ， 求解方便 （ 有通用 的求解程 序） 实用性强 的优化 ，
方法。为此 ， 本文应用线性规划法进行多水库供水优化调度。
１ 多水库联合调度供水优化模型的建立
设 系统内有 ｍ个水库 向城市供水 ， 城市 日供 水量 为 。 各 ， 水库 的灌溉面积 和灌溉 制 度为 已知 。为讨论方 便 ， 研究 水库年 内水量分 配问题 ， 计算时段为月 ， 求各水库 各月城市和农 业 的供 水量 、 （ｉ 表示水库 ， 表示月份 ， 同） 下 。
Ｊ
＝ ＋
１ １ 目标 函数 ．
以系统年 内 ｍ个水库 向城市 、 农业供水 的国民经济 效益最 大为 目标 函数 ， ： 即
Ｉ ２ ｍ １ ２
｜
ｉ
∑ 一∑（ ＋ ） 一∑
Ｋ ｌ ｌ ｋ＝ｌ
（ ６ ）
Ｍｘ ７ ∑ ％ ＋∑ ∑ ａ Ｚ：∑ ｉ
（ １ ）
≤
式 中 为 ｉ 水库 时段 初的兴利水量 ， 万 ； 为 ｉ 水库 第 ｋ 月
式 中 为决策变量 ， 示 ｉ 表 水库第 月城市供水量 ， ｍ ； 为 万 ３
决策变量 ， 表示 ｉ 水库第 月农业供水量 ， ｍ ； ｇ为城市供水 万 ］ｅ 单方效益 ， ｍ ；Ｐ 元， ３ ｊ ｉ 为 水库第 月农业供水单方效益 ， ； 元，
ｍ 为系统 内水 库个 数 。
１２ 约束条件 ．
目标函数（） １应满足 以下条件 的约束 ：
供水系统优化设计中的调度模型比较
供水系统优化设计中的调度模型比较随着城市化进程的加快，供水系统的优化设计变得愈发重要。
供水系统的调度模型是优化设计的关键组成部分之一。
调度模型能够有效地优化供水系统的运行，确保水资源的合理利用和供水的可靠性。
本文将比较几种常见的供水系统调度模型，包括线性规划模型、动态规划模型和遗传算法模型，并分析其优势和适用场景。
一、线性规划模型线性规划模型是一种常用的供水系统调度模型。
该模型将供水系统的优化问题转化为一个线性约束条件下的线性目标函数的最优化问题。
线性规划模型的优势在于数学基础简单、计算速度较快。
它适合于简单的供水系统，其中供应和需求之间的关系是线性的。
线性规划模型常用于水源调度、水厂出水量的优化和管道网络优化等方面。
然而，线性规划模型也存在一些限制。
首先，它只能处理线性约束条件，难以适应复杂供水系统中的非线性关系。
其次，由于线性规划模型忽略了水质和水压等因素，其结果可能与实际情况存在偏差。
因此，在处理复杂供水系统问题时，线性规划模型需要进一步改进或结合其他模型进行。
二、动态规划模型动态规划模型是一种基于时间的供水系统调度模型。
该模型将供水系统的运行过程划分为多个时间片段，并根据各个时间段的供水需求和供水能力进行决策。
动态规划模型的优势在于能够考虑时间的连续性和时序关系，因此适用于需求变化较大的供水系统。
动态规划模型常用于应对突发水源短缺、海水入侵和水污染等风险的供水系统。
然而，动态规划模型也存在一些问题。
首先，其计算过程相对复杂，需要大量运算和数据存储。
其次，动态规划模型只考虑了局部最优解，无法保证全局最优解。
因此，在复杂供水系统中，动态规划模型可能会陷入局部最优解而无法得到最佳调度方案。
三、遗传算法模型遗传算法是一种模拟自然界进化过程的优化算法，常用于供水系统优化设计中的调度问题。
该模型通过模拟遗传、交叉和变异等遗传操作，寻找最优解。
遗传算法模型的优势在于能够处理大规模、复杂的非线性问题，并且能够搜索全局最优解。
水库群联合供水调控模型应用探究
表１ 聚 合 虚 拟 水 库 群 的 水 量 平 衡 方 程 及 相 关 约束 条件
水 量 平 衡 方 程 虚 拟 水 库
０ ＝０ 十Ｋ 一
相 关 约 束 条 件 单 元 水 库
一ｕ 一△ｕ
ｍ
库 பைடு நூலகம் 水 位
ｏｋ ≤ ０ ≤ ｏ ｋ
。
下 泄 流 量
生 态需 水 量
供水 模型 ，以期为水库供 水优化调 度提供 有益借鉴 。
聚 合 虚 拟 水 库 和 实 际 的水 库 主 要 区 别 于 虚 拟 水 库 无 特 定 的 库 容 特 性 、无 特 定 的 水 面 面 积 、 无 特 定 的 物 理 的 形 状 。 因 此 ，本 文 将 库 容 量
１ 水 库 群 联 合 调 度 的供 水 模 型
摘 要 ：为 科 学 优 化 水 库 群 各 水库 之 间逐 时段 供 水 配 置 ，本 文依 据 逐 步 计 算 法 原 理 ，在 优 化 水 库 群 调 控 限 制 线 基 础
上 ，基 于供 配 水 准 则 ，探 索构 建 水 库 群 联 合 供 配 水 调 控 模 型 。应 用 实例 表 明 ，调 控 模 型 在 水 库 群 水 库 供 水 分 配 中 具 有 较 强 的 适 用性 ，研 究 可 为水 库 群 水 资 源 优 化 调 控 配置 提 供 决 策 参 考 。
的 最 小 生 态 需 水 量
收 稿 日期 ：２ ０ １ ６ － ０ ５ — １ １
作 者 简 介 ：倪
明（ １ ９ ８ ２年 一 ） ，男 ，工 程 师 。
２ ０ １ ７ 年第 １ 期 １ ． ３ 控 制 变 量
水利规 划与设计
水 文 水 资 源
基于水资源承载力的水库联合调度研究
影 响水库 水资 源承载 能力 的 因素主要 有天然 来水 状 况 ，水库调蓄能力 ，需水特性 ，供水可靠性要求。根据水量平 衡方程 ，采用试算 的方法可计算 出水库 的水资源承载能力 。 计算水 资源承载能力 应知道未来的天然来水过程 ，但天然 来 水过程很难 预测 ，考 虑到水库 已积累 了 ４０年 的历史 资 料 ，假设 未来 重现历史 ，于是用 已有 的 ４０年 来水过程 代替 未来 的来水过程 。
量 （万 ｍ３）
ｍ３） （万
ｍ３）
灌 面 溉 积 灌 用 溉 水 日城供镇水 年城供镇水 水总供 量 缺 水量 弃水 量 （万 亩 ） （万 ｍ３） （万 ｍ３） （万 ｍ ） （万 ｍ３） （万 １１２３） （万 ｍ３）
Ｉ ２．２ ９９５．９ １０．５ ３８３２．５ ４８２８．４ ２３２．２ ２１２６．５ ０．３ １３５．８ ８ ２９２０ ３０５５．８ １４２ ５３１．７
１ ３．２ １４４８．６ ９ ３２８５ ４７３３．６ ２２８．８ ２２０９．５ １．３ ５８８．５ ６．５ ２３７２．５ ２９６１ １２７．１ ５８７．９
压采 量 ２８７．８１ １８３．４５ １８０．９５ ０．００ ６５２．２２ 压 采 量 １７１９．７５ ２０２４．８４ ４０２－２２ ２８．９９ ４１７５．８０
剩 余 开 采 量 ３３４２．６７ ３５４３．３８ ２２０４．７５ ２１５．９９ ９３０６．７９ 剩 余 开 采 量 １９１０．７３ １７０１．９９ １９８３．４８ １８７．００ ５７８３．２０
地下水作 为优质 的水资源被广泛 地下水 ，使地下水利用形成可持续发
（专栏 编辑 ：张 婷 ）
科技论坛 ｌｌ
表 １ 沙河水库水资源承载能 力表
《基于决策树的水库群防洪联合调度规则提取研究》范文
《基于决策树的水库群防洪联合调度规则提取研究》篇一一、引言近年来，随着全球气候变暖和水资源供需矛盾的加剧，防洪问题已成为国内外研究的热点问题。
其中，水库群的联合调度在防洪中起着至关重要的作用。
如何从大量的历史数据中提取出有效的联合调度规则，提高水库群的防洪能力，已成为亟待解决的问题。
本文以决策树算法为基础，对水库群防洪联合调度规则进行提取研究。
二、研究背景及意义水库群的联合调度涉及多个水库的协同运作，需要考虑上下游、左右岸等多个方面的因素。
传统的调度方法主要依靠经验丰富的专家进行决策，但这种方法存在主观性、不透明性等问题。
因此，需要一种能够从历史数据中提取出客观、可解释的联合调度规则的方法。
决策树算法作为一种有效的机器学习方法，能够从大量数据中提取出分类和预测规则，为水库群的联合调度提供有力的支持。
三、决策树算法原理决策树是一种监督学习算法，通过构建树形结构对数据进行分类或预测。
其基本原理是根据数据的特征进行划分，形成多个子集，并在每个子集上学习一个简单的决策规则。
决策树算法包括三个主要步骤：特征选择、决策树生成和决策树剪枝。
在特征选择阶段，算法选择对分类或预测能力最强的特征；在决策树生成阶段，算法根据选择的特征构建决策树；在决策树剪枝阶段，算法通过剪枝来防止过拟合，提高模型的泛化能力。
四、基于决策树的水库群防洪联合调度规则提取本文以某地区的水库群为例，采用决策树算法对防洪联合调度规则进行提取。
首先，收集该地区的历史气象、水文、水库运行等数据，并对数据进行预处理。
然后，利用决策树算法对数据进行训练，构建决策树模型。
在特征选择阶段，根据防洪调度的实际需求，选择对调度决策影响较大的特征。
在决策树生成和剪枝阶段，通过不断优化模型参数，提高模型的分类和预测能力。
五、实验结果与分析实验结果表明，基于决策树的防洪联合调度规则提取方法能够有效地从历史数据中提取出客观、可解释的调度规则。
与传统的调度方法相比，该方法具有更高的准确性和可靠性。
基于生态的城市河流水量水质联合调度模型
基于生态的城市河流水量水质联合调度模型宋刚福;沈冰【摘要】In order to solve problems including the river siltation, the decrease of carrying capacity, the deterioration of water quality, and eco-environmental disruption in urban rivers, an ecology-based water quantity and quality combined operation model, which was expected to meet the ecological water demand of urban rivers, was established based on the characteristics and functions of the rivers. In this model, the Saint-Venant equation and one-dimensional convection-diffusion model were chosen as the water flow equation and water quality model, respectively, and they were solved by the Perissmann implicit four-point discrete method and the finite control volume explicit algorithm. The model was applied to the ecological operation of the dam in the Qilihe river system in Zhengzhou City, and the effects of operation with and without water diversion from the Yellow River were analyzed. The results show that the ecological water demand of the rivers can be basically satisfied when the water was diverted from the Yellow River, while it cannot be satisfied without water diversion from the Yellow River. The proposed model can provide technical support for formulation of the scheme of water quantity and quality combined operation for urban rivers, as well as for ecological rehabilitation of rivers.%针对城市河流河道淤堵、过流能力下降、水质恶化、生态环境破坏等问题,根据城市河流的基本特点和功能,从满足城市河流生态需水量出发,建立了基于生态的城市河流水量水质联合调度模型,模型中水流运动方程和水质模型分别采用圣维南方程和一维对流扩散模型,并分别采用Perissmann四点隐式离散法和有限控制体积显式算法进行求解.将该模型应用于郑州市七里河水系的闸坝生态调度,分析不引用黄河水和引用黄河水2种方案下生态需水量调度效果.计算结果表明,在引用黄河水量的情况下,河道生态需水量能基本满足要求,而在不引黄河水的情况下,其生态需水量无法满足要求.基于生态的城市河流水量水质联合调度模型可为城市河流水量水质联合调度方案的制订、河流生态修复提供技术支持.【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(040)003【总页数】6页(P258-263)【关键词】城市河流;生态需水量;水量水质联合调度模型【作者】宋刚福;沈冰【作者单位】西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室,陕西西安710048;华北水利水电学院环境与市政工程学院,河南郑州450011;西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TV213.4城市河流作为城市的重要资源和环境载体,具有供应水源、防洪排涝、景观娱乐、交通运输、文化教育、维护生物多样性等各项生态功能,特别是在城市生态化成为城市建设主流的今天,在其生态建设过程中,城市河流显示出不可替代的作用[1].然而,随着城市规模的不断扩张和人类活动的不断干预,许多城市河流正面临着河道淤堵、河流过流能力下降、水体污染、水质恶化、生态环境破坏等问题.开展基于生态的城市河流水量水质联合调度研究,具有一定的实践意义.目前,许多水资源研究工作者在水量水质联合调度方面做了大量的工作.夏军等[2-3]分别针对地表来水、用水状况和功能区划对水资源进行量质评价;左其亭等[4]提出了“多箱模型方法”(multi-box modeling),建立陆面水量-水质-生态耦合系统模型,并应用于新疆博斯腾湖流域;吴浩云[5]将水量水质联合调度模型应用到大型平原河网地区进行水量水质联合调度;张永勇等[6]以淮河流域SWAT水文模型和相邻闸坝间的水量水质模型为基础,分析了沙颍河闸坝开启时污染水体下泄对淮河干流下游水质的影响;刘玉年等[7]针对淮河中游的特点,建立淮河中游水量水质联合调度模型;张松达等[8]针对水库群河网系统中水量水质的联合调配问题,以水库群联合调度的大系统分解-协调模型为基础,综合考虑河网环境需水量和供水水质的不同要求,建立了水库群-河网水资源联合调配模型.这些研究为合理进行水量水质调度奠定了一定的理论基础,但很少以维持城市河流生态健康为目标开展水量水质联合调度的研究.本文根据城市河流的基本特点和功能,从满足城市河流生态需水量出发,综合考虑水量、水质两方面,建立了城市河流水量水质联合调度模型.通过模型计算分析利用闸坝调控引水,更换或稀释城市河流水体,改善城市河流水环境,使其不断满足城市河流生态健康需要的方法,进而验证模型的合理性.1 基于生态的城市河流水量水质联合调度模型1.1 城市河流生态需水量城市河流不同于自然河流,它具有明显的人工干扰特点,主要表现在:(a)城市河流是城市生产和生活的就近水源.(b)城市河流由于人工控制设施众多,大部分靠人工引水满足生态环境需水量要求.(c)城市河流被人为地渠化,使水泥护堤隔断了原有的河道与河岸系统.(d)城市河流堤岸中基本上是人工种植的植物,其水生生物和岸边植被的物种数也有所下降.(e)城市河流污染,水质恶化,河流生态环境遭到破坏.(f)城市河流的污染物种类基本相同,都是居民的生活污水和工业废水,污染因子基本上都是氨氮、COD和BOD.城市河流生态需水量是在城市水量水动力欠佳、水质较差的情况下,以确保河道功能区划目标得以实现为前提,为保护河流的生物多样性,维持基本环境功能所需要的流量.其特点是河流的稀释和自净需水量相当大,河网中大多数河流流量过程由人工调控.城市河流生态需水量主要包括:维持水生生物生存需水量、河流稀释自净需水量、维持岸边植物生长需水量、河流蒸发及渗漏需水量、景观效应需水量等[9-10].为了便于理解和操作,常将河流生态需水量划分为最小生态需水量、适宜生态需水量和最佳生态需水量,其计算方法包括:Tennant法、月(年)保证率法、河道湿周法、R2CROSS法、理论和经验公式法等.1.2 河流水量模型1.2.1 基本方程描述河道水流运动的基本方程是圣维南方程组.它由连续方程和动量方程组成[11]. 连续方程:动量方程:式中:x——距离,m;t——时间,s;A——主槽过水断面面积,m2;B——调蓄宽度,m;Q——断面流量,m3/s;u——断面流速,m/s;Z——断面水位,m;α——动量修正系数;g——重力加速度;K ——流量模数,m3/s;q——旁侧入流量,入流为正,出流为负,m3/s;vx——入流沿水流方向的速度,若旁侧入流垂直于主流,则vx=0,m/s. 1.2.2 数值求解基于圣维南方程组的一维非恒定流模拟,本文采用Perissmann四点隐式离散方法对基本方程进行离散,这是因为该算法数值稳定、守恒性好,且可显式无迭代求解计算效率高.离散后,对公式简化可得任何一段河道水流连续方程和动量方程(式中vx=0)[11]:式中系数均可根据前一时段已知值及选定的时间和空间步长计算,所以方程组为常系数线性方程组.对于该方程组,根据不同的边界条件,可设不同的递推关系,用追赶法直接求解.对于城市环形河网数值求解,本文采用河道—节点—河道的三级解法,具体算法见文献[12].1.2.3 节点连结条件河网节点分为两类:(a)节点处有较大的蓄水面积,节点水位变化产生的蓄水量的变化不可忽略,为调蓄节点;(b)节点处的水量调蓄面积较小,水位变化产生的节点蓄水量变化可忽略,为无调蓄节点.对于调蓄节点:对于无调蓄节点:式中:Qij——河道j汇入节点i的流量,m3/s;Ai——节点 i的蓄水面积,m2;Zi——节点 i的水位,m;m ——汇入节点i的河道数.能量守衡条件:由于汇集于同一节点的各河道断面水位相差不大,不存在水位突变,且水位变化缓慢,因此节点能量守恒条件——伯努里方程,可近似概化为1.2.4 边界条件河道的边界条件一般有3种:水位边界条件,即在边界河道上已知水位与时间的关系Z=Z(t);流量边界条件,Q=Q(t);水位流量关系条件,当边界河道上有水工建筑物(如水闸、堤坝、堰)时,通常给定水位流量关系Q=Q(z).边界条件由实测边界断面水位资料求得.1.2.5 闸坝控制计算模式闸坝控制计算模式由调度规则和河段控制方程组成,具体构成如下:首先将闸上和闸下分别设置上下2个节点,则节点之间成为闸坝调度计算河段;再将闸坝泄流方程改写成河网河段控制方程形式,这样就能将闸坝控制河段的计算模式与河网的计算模式隐式联解.根据闸上和闸下过流量相等,即Q1=Qn,采用伯努里能量方程计算闸坝控制的河段方程,则有式中 :Z1——闸上水位,m;Zn——闸下水位,m;Q1——闸上过流量 ,m3/s;Qn——闸下过流量,m3/s;A1——闸上过水断面面积,m2;An——闸下过水断面面积,m2.1.3 河流水质模型城市河流水质呈非稳态不均匀变化,受水质观测资料的限制,本文采用一维河流水质模型.1.3.1 基本方程一维对流扩散模型的基本偏微分方程式:式中:——断面平均污染物质量浓度,mg/L;——断面平均纵向流速,m/s;——纵向离散系数,m2/s;Sext——外部源汇项;Sint——内部源汇项,即降解项,一般假定降解符合一级动力反应,则式中k为综合一级动力学反应速度,1/d.1.3.2 污染物质河流节点平衡方程根据质量守恒原理,节点水量及污染物质量为式中:W——河道汇入节点水量,m3;M——节点污染物质量,mg;Ci——节点污染物质量浓度,mg/L;Ω——节点水面面积,m2.对于无调蓄作用的节点,对节点浓度有贡献的是进入节点的水量和物质浓度,与流出的水量和物质浓度无关.在节点经过充分混合后,节点质量浓度为Cn=M/W,也是流出节点进入河段的水质浓度.1.3.3 离散方程河流污染物质对流离散方程采用有限控制体积显式算法,进行逐微段污染物质量平衡计算和节点污染物质量平衡计算.离散方程如下:式中NL为流入节点的河段编号.1.4 水量、水质模型的耦合技术将描述河流水体物理特征的水量模型与反映河流生态环境要素变化的水质模型耦合,可以对河流生态系统要素进行模拟和预测.在水量、水质模型的耦合中,水量模型提供水质计算所需的流速、流量、断面过水面积、槽蓄量等水力参数.水量模型与水质模型在耦合时,计算单元和时间步长必须是相匹配的,即模型单元要一致.对于一维河网,水质模型中微河段由水量模型中相邻微断面组成,每个水质模型单元体积的交界面与水量模型中的断面对应.水质模型在每一个单元体积中计算水质浓度,在连接单元的交界面上计算水质输运率.2 模型算例2.1 河流概况郑州市七里河位于郑州市区东部,属贾鲁河水系,发源于新郑小桥乡楚家脑村东,向北经穆庄汇入东风渠,是典型的城市河流.全长44.1km,流域面积741.0km2,其上游称为十七里河、十八里河,流域内河道坡降上陡下缓,上段为1/500,下段为1/1500.十七里河上建有橡胶坝4座,十八里河上建有后胡水库和刘湾水库,并有橡胶坝5座.供水水源为邙山提灌站的引黄水量,为1577万m3/a.近几年,随着郑州市城市化进程的不断加快,七里河水系生态用水缺乏,导致河流水体污染严重、生态功能退化等水源性和水质性缺水问题日益凸显.图1 七里河水系概化节点Fig.1 Nodes of Qilihe river system in general graph 2.2 模型建立2.2.1 节点概化七里河水系概化节点如图1所示.2.2.2 河流生态需水量根据《郑州市生态水系规划》的要求,结合郑州市水系基本资料,本文分别采用Tennant法、理论公式法和经验公式法计算七里河河流生态需水量(各方法的计算原理和步骤见文献[10]),生态需水量计算结果如表1所示.2.2.3 模型验证七里河流量和氨氮质量浓度的模拟值和实测值如图2所示.从图2可知,流量和氨氮的实测值和模拟值变化趋势比较接近.其中流量实测值和模拟值,除了4月和8月相对误差分别为28.9%和40.9%外,其他时段相对误差均在25%以内;氨氮的实测值和模拟值,除了4月、8月和10月相对误差分别为-28.9%,-43.1%和-30.6%外,其他时段相对误差均在25%以内.模拟结果表明模型可靠.表1 七里河水系河流生态流量推荐值Table 1 Recommended ecological quantity of Qilihe river systemr system河流名称丰水期生态流量/(m3◦s-1)最佳适宜最小最佳适宜最小枯水期生态流量/(m3◦s-1)七里河 3.16～5.07 1.73 0.78 3.16～5.07 2.68 1.73东风渠 0.58～0.92 0.33 0.16 0.58～0.92 0.50 0.33潮河 0.73～1.16 0.40 0.19 0.73～1.16 0.62 0.40图2 模型验证结果Fig.2 Model validation results2.3 调度效果分析针对郑州市水资源特点和七里河河道基本状况,根据本文建立的水量水质联合调度模型,以河道的综合缺水量最小、河道水质改善程度最大、研究区防洪安全影响最小为目标函数进行水量水质联合调度.没有引用黄河水和引用黄河水情况下的调度结果见图3～5.图3 各水库入库流量过程Fig.3 Inflow of reservoirs图4 七里河生态供水过程Fig.4 Ecological water supply process in Qilihe River图5 七里河NH3-N质量浓度变化过程Fig.5 Change of NH3-N concentration in Qilihe River由计算结果可见,完全依靠降雨的入河水量难以保证七里河生态需水量.七里河上游是十七里河和十八里河,十七里河没有水库,十八里河上有后胡和刘湾2个水库.通过2个水库的调节,尤其是后胡水库的调节,在汛期过后七里河最小河道基本流量能够得到保证.按照河道适宜性生态需水量考虑,在没有引黄水量的情况下,河道生态供水保证率为10.1%;在有引黄供水的情况下,河道生态供水保证率为72.4%,七里河生态需水量基本能够得到满足.然而通过计算发现,在非汛期没有引黄水量时,可能出现无水可供的情况,进而不能满足其生态基本流量需求,可见在非汛期要解决河道生态需水量问题,必须寻找适宜水源为河道调水.3 结语面对城市河流过流能力下降、水体污染、水质恶化、生态环境受到破坏的状况,借鉴已有的有关水量水质联合调度研究,结合城市河流的基本特点和功能,在对城市河流生态需水量进行计算的基础上,以满足城市河流生态需水量作为水量水质调度的具体目标,建立水量水质联合调度模型,并应用到郑州市典型城市河流——七里河进行验证.结果表明,利用该模型进行闸坝调控引水,其计算结果合理,可为城市河流水量水质联合调度方案的制订、修复河流生态现状提供技术支持.参考文献:【相关文献】[1]阎水玉,王祥荣.城市河流在城市生态建设中的意义和应用方法[J].城市环境与城市生态,1999,12(6):36-38.(YAN Shuiyu,WANG Xiang-rong.Significance and approaches of urban rivers in urban ecological construction[J].UrbanEnvironment and Ecology,1999,12(6):36-38.(in Chinese))[2]夏军,王渺林,王中根,等.针对水功能区划水质目标的可用水资源量联合评估方法[J].自然资源学报,2005,20(5):752-760.(XIA Jun,WANG Miao-lin,WANG Zhong-gen,et al.An integrated assessment method of water quality and quantity applied to evaluation of available water resources[J].Journal of Natural Resources,2005,20(5):752-760.(in Chinese))[3]夏军,王中根,严冬,等.针对地表来用水状况的水量水质联合评价方法[J].自然资源学报,2006,21(1):146-153.(XIA Jun,WANG Zhong-gen,YAN Dong,et al.An integrated assessment method ofwater quality and quantity applied to evaluationof available water resources[J].Journal of Natural Resources,2006,21(1):146-153.(in Chinese))[4]左其亭,夏军.陆面水量-水质-生态耦合系统模型研究[J].水利学报,2002(2):61-65.(ZUO Qi-ting,XIA Jun.Study on the modeling method of water quantity-water quality-ecology coupling system[J].Journal of Hydraulic Engineering,2002(2):61-65.(in Chinese))[5]吴浩云.大型平原河网地区水量水质耦合模拟及联合调度研究[D].南京:河海大学,2006.[6]张永勇,夏军,王纲胜,等.淮河流域闸坝联合调度对河流水质影响分析[J].武汉大学学报:工学版,2007,40(4):31-35.(ZHANG Yong-yong,XIA Jun,WANG Gang-sheng,et al.Research on influence of dams'union dispatch on water quality in Huaihe River Basin[J].Engineering Journal of Wuhan University,2007,40(4):31-35.(in Chinese))[7]刘玉年,施勇,程绪水,等.淮河中游水量水质联合调度模型研究[J].水科学进展,2009,20(2):177-183.(LIU Yu-nian,SHI Yong,CHENG Xu-shui,et al.Union dispatch model for water quality and quantity in the middle reaches inHuaihe River[J].Advances in WaterScience,2009,20(2):177-183.(in Chinese))[8]张松达,苏飞,夏梦河.考虑水质的水资源调配模型及其解法[J].河海大学学报:自然科学版,2010,38(6):620-624.(ZHANG Song-da,SU Fei,XIA Meng-he.Water resources allocation and operation model considering water quality demand and its solution[J].Journal of Hohai University:Natural Sciences,2010,38(6):620-624.(in Chinese))[9]田英,杨志峰,刘静玲,等.城市生态环境需水量研究[J].环境科学报,2003,23(1):100-106.(TIAN Ying,YANG Zhi-feng,LIU Jing-ling,et al.Preliminary study on urban eco-environmental water requirements[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2003,23(1):100-106.(in Chinese)) [10]赵长森,刘昌明,夏军,等.闸坝河流河道内生态需水研究——以淮河为例[J].自然资源学报,2008,23(3):400-411.(ZHAO Chang-sen,LIU Chang-ming,XIA Jun,et al.Instream ecological flow of dammed river-a case study of Huaihe River[J].Journal of NaturalResources,2008,23(3):400-411.(in Chinese))[11]汪德.计算水力学理论与应用[M].南京:河海大学出版社,1989:4-115.[12]张二骏,张东生,李挺.河网非恒定流三级联合解法[J].华东水利学院学报,1982(l):1-13.(ZHANG Er-jun,ZHANG Dongsheng,LI Ting.Three-level combined solution to unstable flow issue of river networks[J].Journal of East China Technical University of Water Resources Engineering,1982(l):1-13.(in Chinese))。
区域水资源配置中水库群联合调度方案分析黄佳盛123
区域水资源配置中水库群联合调度方案分析黄佳盛123发布时间：2021-10-12T06:29:14.218Z 来源：《防护工程》2021年19期作者：黄佳盛123 贾海峰123 郭凯先123[导读] 区域水资源配置工作的开展意义重大，水库群联合调度工作可提高汛期的洪水资源利用程度和枯期的水资源供给能力，在安全可控的前提下实现水资源安全高效利用。
本文以实际工程案例为例，在保证工程、下游防洪区安全的前提下改变传统独立调度的方式，采用联合调度方案调度最大削峰为目标的水库群联合调度优化模型，并且借助新算法计算求解，针对不同级别洪水提出不同的联合防洪调度方式与方案，充分发挥水库的调洪作用，也保证下游水资源配置工作的顺利开展。
黄佳盛123 贾海峰123 郭凯先1231青海省流域水循环与生态重点实验室2青海省水利水电科学研究院有限公司3青海省水资源高效利用工程技术研究中心摘要：区域水资源配置工作的开展意义重大，水库群联合调度工作可提高汛期的洪水资源利用程度和枯期的水资源供给能力，在安全可控的前提下实现水资源安全高效利用。
本文以实际工程案例为例，在保证工程、下游防洪区安全的前提下改变传统独立调度的方式，采用联合调度方案调度最大削峰为目标的水库群联合调度优化模型，并且借助新算法计算求解，针对不同级别洪水提出不同的联合防洪调度方式与方案，充分发挥水库的调洪作用，也保证下游水资源配置工作的顺利开展。
关键词：水库群；联合调度；联合优化；水资源配置随着人口数量的不断增长，社会对水资源的需求量呈现出增长趋势，早在2006年墨西哥举办第四届水资源论坛会议上发布的相关报告，就已经指出全球用水量增长速度是人口增长速度两倍以上，全国用水量的持续增长让很多地区都出现了水资源危机[1]。
近年来，区域水资源调配成为水资源管理的有效手段之一，水库群的联合调度是根据入库径流和综合利用需求，采用数学规划或智能算法等优化方法进行水库运行过程寻优，充分利用径流信息实现综合效率最大化[2]。
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２ 水库群联合供水调度模型
２．１ 目 标 函 数 聚合水库总供水量最大。即：
ｍ
∑ ｚｔ ＝ ｍａｘＲｔ ＝ ｍａｘ ｒｔｉ ｉ＝１
ｉ ＝ １，２，… ，ｍ；ｔ＝ １，２，… ，ｎ
（１）
式中，Ｒｔ 为ｔ 时 段 聚 合 水 库 对 各 用 水 户 的 供 水
量；ｒｉｔ 为 各 成 员 水 库 供 水 量；ｉ为 成 员 水 库 编 号；ｔ
供 水 限 制 线 、工 业 供 水 限 制 线 、农 业 限 制 供 水 线 及
上限制蓄水量线。其中停止调度线和上限制蓄水
量线分别 根 据 聚 合 水 库 的 死 库 容 和 兴 利 库 容 确
定。调度线将聚合水库调节库容划分为停止供水
区、生 活 供 水 限 制 区、工 业 供 水 限 制 区、农 业 供 水
量；Ｉｔ、ｉｔｉ 分别为ｔ 时段聚合水库、成员水库的来水
量；Ｗｔ、ｗｔｉ 分别为ｔ 时段聚合水库、成员水库的弃
水量；ΔＷｔ、Δｗｔｉ 分别 为ｔ 时 段 聚 合 水 库、成 员 水
库的水量损失。
（２）库 容 （水 位 ）约 束 。 即 ：
ｖｉ ｍｉｎ
≤ｖｉｔ
≤ｖｉｍａｘ
（４）
式中，ｖｉｍｉｎ 为水库ｉ的 死 库 容；ｖｉｍａｘ 为 水 库ｉ允 许
序为城市生 活 用 水、工 业 用 水 和 农 业 用 水。 为 了
使各用水户供水量均达到相应的保证率并尽量减
少弃水量，建 立 聚 合 水 库 调 度 图。 本 文 采 用 逐 步
计算法 优 ［５］ 化调度线的位置。逐步优化法首 先 设
水库调度图中共有 ｍ 个参数，对 ｍ 个参数逐个优
化 ，先 固 定 其 中 某 一 个 参 数 之 外 的 其 他 参 数 ，对 这
关 键 词 ：供 水 调 度 模 型 ；水 库 群 联 合 供 水 调 度 ；聚 合 水 库 ；供 水 原 则
中 图 分 类 号 ：ＴＶ６９７．１＋２
文 献 标 志 码 ：Ａ
１ 引言
原 则 的 水 库 群 联 合 供 水 调 度 模 型 ，并 通 过 实 例 应 用验证了模型的合理性和可行性。
水库群联合供水调度可以调节时空分布不均 的天然来水，充分 发 挥 水 库 间 的 水 文 补 偿 与 库 容 补偿作用，最大程度地 满 足 需 水 要 求 。 ［１～３］ 目 前， 针对水库群联合供水调度主要有两种建模方式： ①将所有水库聚 合 成 一 个 虚 拟 水 库，通 过 构 建 聚 合水库调度图及 其 调 度 规 则，将 水 量 分 配 到 各 水 库之中；②在水库 群 中 各 成 员 水 库 单 库 调 度 图 的 基础上，通过制定 的 调 度 图 及 其 调 度 规 则 将 各 调 度图联系起来 。 ［４］ 但由于水库群是一个复杂 的 大 系 统 ，包 括 水 库 来 水 、需 水 和 供 水 决 策 等 在 内 的 诸 多 方 面 ，存 在 着 较 多 的 不 确 定 性 ，且 是 逐 时 段 动 态 变化的。如在水 库 群 共 同 承 担 供 水 任 务 时，各 成 员水库的供水决策只能参考水库当前的蓄水状态 制 定 。 当 水 库 水 位 较 低 、蓄 水 量 较 少 时 ，一 般 会 适 当 限 制 供 水 ，但 由 于 各 水 库 天 然 来 水 量 不 确 定 ，若 下一个时段某一 水 库 来 水 量 丰 富，则 之 前 的 限 制 供 水 就 没 必 要，更 有 可 能 导 致 该 水 库 产 生 弃 水。 为 此 ，本 文 考 虑 水 库 群 之 间 的 库 容 调 节 特 点 ，将 水 库群等效为一个 聚 合 水 库，建 立 基 于 合 理 供 配 水
第 ３３ 卷 第 １１ 期
武 兰 婷 等 ：基 于 供 配 水 原 则 的 水 库 群 联 合 供 水 调 度 模 型
· ３５ ·
ｍ
ｍ
其中
∑ ∑ Ｖｔ ＝ ｖｔｉ；Ｉｔ ＝ ｉｔｉ
ｉ＝１
ｉ＝１
式中，Ｖｔ＋１、Ｖｔ 分 别 为ｔ＋１ 和ｔ时 段 聚 合 水 库 蓄
水量；ｖｉｔ＋１、ｖｉｔ 分别为ｔ＋１和ｔ时 段 成 员 水 库 蓄 水
个 参 数 进 行 优 化 ，得 到 这 个 参 数 的 最 优 值 ，再 依 次
轮换优化其他参 数，最 后 进 行 多 次 大 循 环 之 后 确
定最后的优 化 结 果。 实 际 运 用 时，将 一 个 调 度 年
分 为 枯 季 和 雨 季 ，因 为 枯 水 季 节 来 水 量 较 少 ，则 生
活 、工 业 、农 业 供 水 限 制 线 的 选 取 以 在 满 足 优 先 用
第３３卷 第１１期 ２ ０ １ ５年１ １月
文 章 编 号 ：１０００－７７０９（２０１５）１１－００３４－０４
水 电 能 源 科 学 Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．２ ０ １ ５
基于供配水原则的水库群联合供水调度模型
武 兰 婷１，何 士 华１，武 娥 芬２，袁 丽２，刘 利 兵２，李 蓉３
式中，ＶｉＰｔ 为成员水库ｉ在调度时段ｔ的可供库容。
３ 实例应用
曲 靖 市 位 于 云 贵 高 原 中 部 ，长 江 、珠 江 两 大 水 系分水岭地带，也是珠 江 的 发 源 地。２０１４ 年 城 市 面积突破１５０ｋｍ２，人口达 １００ 万 以 上，成 为 云 南 省的第二大城市。目前作为曲靖中心城区供水水 源 的 是 三 座 无 水 力 联 系 的 并 联 水 库 （潇 湘 水 库 、西 河 水 库 和 水 城 水 库 ），这 三 座 水 库 除 担 负 着 向 城 区 生活供水和工业 生 产 供 水 职 能 外，还 担 负 着 农 业 灌 溉 的 功 能 ，供 水 任 务 严 峻 。 水 库 群 对 生 活 供 水 、 工业生产供水及农业供水的设计供水保证率分别
决策变量，引入动态供水分配因子作为成员水库间供水分 配 原 则，确 定 逐 时 段 不 同 来 水 情 况 下 水 库 群 的 最 优
供 水 方 案 及 成 员 水 库 之 间 供 水 任 务 优 化 分 配 ，建 立 基 于 合 理 供 配 水 原 则 的 水 库 群 联 合 供 水 调 度 模 型 。 实 例 应
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水 电 能 源 科 学 ２０１５ 年
为９５％、９０％、７５％。 以三个水库 １９５４～２００５ 年 立水库群联合供水调度模型。水库群的特征参数
５２年的入库 径 流 资 料 作 为 水 库 群 联 合 优 化 调 度 见表１。
的 来 水 资 料 ，将 三 个 水 库 聚 合 成 一 个 等 效 水 库 ，建
水户供水保证率 的 前 提 下，使 水 库 群 缺 水 量 最 小
为 优 化 原 则 ；对 于 雨 季 来 水 量 较 大 ，应 加 大 供 水 力
度以减少弃水产 生，则 供 水 限 制 线 的 选 取 以 在 满
足优先用水户供 水 保 证 率 的 前 提 下，使 水 库 弃 水
量最小为优化原则。
聚合水库调度 图 主 要 包 括 停 止 调 度 线、生 活
用结果表明，该水库群联合供水调度模型可使供水系统的 水 资 源 得 到 充 分 利 用 ，在 满 足 用 水 户 设 计 保 证 率 要
求的同时，增大了水库群供水能力，减少了无效弃水量，并 实 现 了 供 水 任 务 在 各 成 员 水 库 之 间 的 合 理 分 配 ，具
有显著的社会效益和经济效益。
聚合水库对各用水户是限制供水还是按需供水，
从而得到总最大 可 供 水 量；② 确 定 逐 时 段 总 供 水
任务在各成员水库间的分配水原则。根据各成员
水库当前的来水 和 蓄 水 状 态，确 定 各 成 员 水 库 的
供水任务如何分配。
２．３．１ 供 水 原 则
水库群联合供水对主要用水户的供水优先顺
量 Ｒｔ ，但 在 实 际 水 库 群 调 度 过 程 中，必 须 明 确 水 库群中每个成员 水 库 的 供 水 任 务，这 样 才 能 使 水
库群的供水调度过程具有可操作性。供水任务的
分配应综合考虑各成员水库实时的来水和蓄水状
态 ，避 免 一 库 弃 水 、一 库 缺 水 的 状 况 发 生 。 本 文 引
业 限 制 用 水 ；④ 农 业 供 水 限 制 区 。 为 保 证 生 活 、工
业 用 水 ，需 对 农 业 限 制 供 水 ；⑤ 正 常 供 水 区 。 对 个
别用水户按需供Leabharlann 。２．３．２ 分 水 原 则
根据水库群联合供水调度模型和聚合水库调
度图，可确定任意 时 段 水 库 群 对 用 水 户 的 总 供 水
外 ，其 他 方 面 无 异 于 一 般 现 实 水 库 ，聚 合 水 库 和 成
员 水 库ｉ 的 水 量 平 衡 方 程 分 别 为 ：
Ｖｔ＋１ ＝Ｖｔ ＋Ｉｔ －Ｒｔ －Ｗｔ －ΔＷｔ
ｖｉ ｔ＋１
＝ｖｔｉ ＋ｉｔｉ －ｒｔｉ －ｗｔｉ －Δｗｔｉ
（２） （３）
收 稿 日 期 ：２０１５－０２－１７，修 回 日 期 ：２０１５－０３－２４ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （５１３６９０１３）；昆 明 理 工 大 学 自 然 科 学 基 金 项 目 （ｋｋｚ３２０１３０４０１６） 作者简介：武兰婷（１９９０－），女，硕士研究生，研究 方 向 为 水 文 随 机 模 拟 与 水 资 源 系 统 分 析 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｕｌａｎｔｉｎｇ１０２５＠ ｖｉｐ．ｑｑ．ｃｏｍ
的最大蓄水库容，汛 期 是 防 洪 限 制 水 位 对 应 的 库
容 ，非 汛 期 是 正 常 蓄 水 位 对 应 的 库 容 。
（３）下 泄 能 力 约 束 。 即 ：
ｗｔｉ ≤ｑｉｍａｘ 式中，ｑｉｍａｘ 为水库ｉ的最大下泄能力。
（４）河 道 生 态 环 境 需 水 量 约 束 。 即 ：