曲壽飛，閻 林，盧 迪

(1.遼寧省大連市金州水利管理服務(wù)中心，遼寧 大連 116000;2.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014)

0 引言

由于我國某些流域的地域水文特點，僅靠挖掘本流域內(nèi)水資源潛力無法完全解決當(dāng)?shù)厮Y源短缺的問題，大規(guī)模的跨流域調(diào)水已成為我國重新分配水資源、緩解缺水地區(qū)供需矛盾的重要途徑。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)已建重點調(diào)水工程20余項，總調(diào)水量約200多億m3?？缌饔蛞こ淌墙鉀Q水資源空間分布不均的最有效工程措施之一。水庫天然徑流的隨機(jī)性是跨流域引水工程受水水庫優(yōu)化調(diào)度的難點［1］。

跨流域引水受水水庫研究成果多集中于供水任務(wù)分配、多目標(biāo)協(xié)同競爭等優(yōu)化問題［2-3］。文獻(xiàn)［1］進(jìn)行水庫引水、供水聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，對受水水庫優(yōu)化調(diào)圖進(jìn)行了研究，提高了跨流域引水的有效性，增加了受水水庫的綜合效益。文獻(xiàn)［4］對引水、供水調(diào)度圖分層優(yōu)化，確定了水庫聯(lián)合調(diào)度規(guī)則。對跨流域引水工程受水水庫優(yōu)化調(diào)度，以上研究均未進(jìn)行預(yù)報調(diào)度方式的研究?？缌饔蛞こ探⒑螅F(xiàn)有調(diào)水方式不考慮預(yù)報信息，未能充分體現(xiàn)徑流變化對引水決策的影響。應(yīng)用徑流預(yù)報信息，可為調(diào)度決策提供重要參考，從而提高跨流域調(diào)水的有效性。文獻(xiàn)［5-6］在跨流域引水工程調(diào)度運行時，應(yīng)用旬徑流預(yù)報信息，提高了引水的有效性，但并未研究耦合旬徑流預(yù)報的引水調(diào)度圖。因此，需利用中長期預(yù)報信息，建立耦合預(yù)報信息的跨流域引水受水水庫調(diào)度方案，增強(qiáng)天然來水年內(nèi)、年際變化與引水量的互補(bǔ)性，提高水資源的利用率。本文以碧流河水庫為研究對象，耦合中期徑流預(yù)報，對其引水調(diào)度圖進(jìn)行研究，以期提高跨流域引水的有效性。

1 工程背景

大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程是為解決大連市工業(yè)與生活用水供需矛盾，并改善大連地區(qū)水環(huán)境而修建的一項跨流域引水工程，建設(shè)規(guī)模為年引水3.0億m3，工程管線規(guī)模為90萬m3/d。碧流河水庫作為該引水工程的受水水庫，是大連市最大的水源地，是一座以城市供水為主，并兼有防洪、農(nóng)業(yè)灌溉、水力發(fā)電、養(yǎng)魚、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程。水庫控制流域面積2 814 km2，總庫容9.34億m3，興利庫容6.44億m3，多年平均徑流量5.57億m3。

輸入調(diào)度模型的徑流數(shù)據(jù)時間尺度為旬，資料由設(shè)計院整理并提供，并已對碧流河水庫上游玉石水庫的蓄水進(jìn)行了還原處理，保證徑流系列的一致性。模擬資料選擇2001年～2011年資料。水庫工業(yè)與城市生活用水5.2億m3，農(nóng)業(yè)用水0.37億m3，環(huán)境用水0.16億m3。

2 調(diào)度模型建立

本文應(yīng)用多目標(biāo)優(yōu)化算法進(jìn)行調(diào)度圖優(yōu)化，通過多次長系列模擬，直到滿足算法設(shè)定的模型模擬次數(shù)為止，即可得到不同調(diào)度方案的調(diào)度圖。

2.1 目標(biāo)函數(shù)及約束條件

根據(jù)整個供水系統(tǒng)中給定的需水量，通過系統(tǒng)內(nèi)引水量調(diào)配和發(fā)揮水庫群間的補(bǔ)償調(diào)節(jié)作用，使工業(yè)與生活用水保證率最大，農(nóng)業(yè)用水保證率最大，缺水量最小，引水量最小。調(diào)度目標(biāo)函數(shù)可表示為式中，f1為工業(yè)與生活用水保證率目標(biāo);f2為農(nóng)業(yè)用水保證率目標(biāo);f3為缺水目標(biāo);f4為引水目標(biāo);Pind為工業(yè)與生活供水保證率;Pagr為農(nóng)業(yè)供水保證率;R(t)為水庫供水量;D(t)為時段總需水量;I'i，t為i年t時段的引水量;m為年數(shù)。

約束條件為

式中，S(t)為t時段水庫末庫容;I'(t)為時段t的引水量;I(t)為時段t水庫入流量;Sp(t)為由于汛限水位限制產(chǎn)生的棄水;I'max為時段引水上限;E(t)為水庫蒸發(fā)滲漏損失;Sdead為水庫死庫容;Smax(t)為時段的水庫庫容上限。

2.2 調(diào)度圖及規(guī)則

2.2.1 不考慮預(yù)報信息的調(diào)度圖形式

不考慮預(yù)報信息的調(diào)度圖形式見圖1。根據(jù)引水與供水決策要求，調(diào)度圖中有兩類調(diào)度線，即引水線和供水限制線，具體調(diào)度規(guī)則如下:

(1)供水規(guī)則。根據(jù)時段初庫容處于調(diào)度圖的位置制定供水決策。當(dāng)庫容在農(nóng)業(yè)限制線以上時，工業(yè)、農(nóng)業(yè)均正常供水;當(dāng)庫容在農(nóng)業(yè)限制線以下，工業(yè)限制線以上時，農(nóng)業(yè)限制供水，工業(yè)正常供水;當(dāng)庫容在工業(yè)限制線以下時，工業(yè)、農(nóng)業(yè)均限制供水。其中，工業(yè)與生活或農(nóng)業(yè)限制供水系數(shù)分別為0.9和 0.7。

(2)引水規(guī)則。根據(jù)時段初庫容處于調(diào)度圖的位置制定引水決策。庫容在引水線以上時，按最小引水限制引水，即不引水;庫容在引水線以下時，按最大引水能力引水，即滿引。

圖1 不考慮預(yù)報信息調(diào)度圖基本形式

2.2.2 應(yīng)用中期預(yù)報調(diào)度圖形式

本文選擇應(yīng)用旬徑流預(yù)報信息?？紤]旬徑流預(yù)報信息時，供水調(diào)度控制線與不考慮預(yù)報信息控制線相同，而引水線控制線由時段初水庫庫容處于調(diào)度圖的位置制定引水決策，變?yōu)楦鶕?jù)“時段初庫容+當(dāng)前時段徑流預(yù)報”處于調(diào)度圖的位置制定引水決策。該決策方式原理即在決策時增加預(yù)報信息為判別條件，進(jìn)而改進(jìn)調(diào)度決策。

引水控制線設(shè)置單引水調(diào)度線和雙引水調(diào)度線2種方案。單引水調(diào)度線方案引水規(guī)則與不考慮預(yù)報信息相同，僅決策變量不同;雙引水調(diào)度線方案引水規(guī)則為:當(dāng)“庫容+預(yù)報入流”在兩條引水線之間時，引水量根據(jù)庫容大小在不引水與滿引水量間進(jìn)行線性內(nèi)插;“庫容+預(yù)報入流”在引水線1以上時，按最小引水限制引水，即不引水;“庫容+預(yù)報入流”在引水線2以下，按最大引水能力引水，即滿引。耦合旬預(yù)報信息的雙引水調(diào)度線預(yù)報調(diào)度圖基本形式見圖2。通過多目標(biāo)優(yōu)化得出碧流河水庫雙引水線預(yù)報調(diào)度圖(見圖3)。

圖2 雙引水線預(yù)報調(diào)度圖基本形式

圖3 雙引水線預(yù)報調(diào)度

3 模擬結(jié)果

應(yīng)用2002年～2013年旬預(yù)報信息，模擬生成預(yù)報調(diào)度結(jié)果，比較各方案時段平均缺水量、引水量。調(diào)度模擬結(jié)果見表1。從表1中可知，相比不考慮預(yù)報信息的調(diào)度方案，在不缺水的條件下，應(yīng)用單引水線與雙引水線預(yù)報調(diào)度圖年分別減少引水0.11億m3和0.24億m3，約為4%和9%。

表1 調(diào)度模擬結(jié)果 108m3/年

進(jìn)一步結(jié)合各方案年內(nèi)引水與入流的變化(見圖4)，分析引水決策的合理性。從圖4可知，在6月上旬開始引水，不考慮預(yù)報信息方案大于考慮預(yù)報信息方案;而7月下旬入流量雖然較大，不考慮預(yù)報信息方案引水并未出現(xiàn)減少。單引水線引水量位于不考慮預(yù)報方案與雙引水線調(diào)度方案之間，即其引水線決定其不可部分引水，只能滿引或不引。綜上可見，雙引水線預(yù)報調(diào)度方案為最優(yōu)。

4 結(jié)論

圖4 各方案年內(nèi)引水與入流變化

跨流域引水受水水庫耦合旬徑流預(yù)報的調(diào)度形式可提高引水效率，保證不缺水的條件下，減少受水水庫長距離引水量，對水庫運行有重要的參考價值。相比不考慮預(yù)報信息的調(diào)度方案，本文建立的雙引水線預(yù)報調(diào)度圖減少引水9%，提高了水資源的利用率。相比單預(yù)報調(diào)度圖形式，雙引水線預(yù)報調(diào)度圖形式雖增加了調(diào)度圖的復(fù)雜性，但多年平均減少引水5%，為決策者提供了重要的參考信息。

［1］周惠成，劉莎，程愛民，等.跨流域引水期間受水水庫引水與供水聯(lián)合調(diào)度研究［J］.水利學(xué)報，2013，44(8):883-891.

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