王　偉　田向忠（安徽省佛子嶺水庫管理處　霍山　237272）

東淠河水庫群防洪聯(lián)合調(diào)度模型研究

王偉田向忠
（安徽省佛子嶺水庫管理處霍山237272）

以防洪斷面最大過水流量最小為目標(biāo)，構(gòu)建了考慮不同防洪點重要性差異的水庫群防洪聯(lián)合調(diào)度庫容分配模型，通過實例分析表明，所建模型及其求解方法合理、有效，能較好地適應(yīng)東淠河水庫群防洪實時聯(lián)合調(diào)度的需要。

東淠河水庫群防洪調(diào)度庫容分配

東淠河流域位于淮河右岸支流淠河?xùn)|源上，屬東亞季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，南北冷暖氣流在此活動頻繁，雨量充沛，洪水匯流時間短、漲落快，洪峰流量較大，洪水災(zāi)害頻繁。為防洪減災(zāi)，東淠河干流建有佛子嶺水庫，東支黃尾河上建有磨子潭水庫，西支漫水河上建有白蓮崖水庫，3座水庫構(gòu)成如圖1所示的混聯(lián)水庫群防洪系統(tǒng)。本文以東淠河水庫群（設(shè)計參數(shù)見表1）防洪聯(lián)合調(diào)度為背景，建立水庫群防洪聯(lián)合調(diào)度庫容分配模型，并進(jìn)行實例分析。

圖1　東淠河水庫群防洪系統(tǒng)概化圖

表1　水庫特征值表

1　庫容分配模型原理

1.1目標(biāo)函數(shù)

以保證水庫安全的前提下，最大限度降低防洪斷面的的洪峰流量為目標(biāo)。對于白蓮崖—磨子潭—佛子嶺組成的水庫群，白蓮崖、磨子潭以白—磨—佛區(qū)間洪水過程作為補(bǔ)償對象，使得佛子嶺水庫的入庫洪水過程盡可能均勻，以提高佛子嶺水庫的調(diào)洪能力；佛子嶺水庫作為防護(hù)對象霍山斷面的控制水庫，其作用是通過補(bǔ)償調(diào)節(jié)佛—霍區(qū)間洪水，使霍山斷面的過流盡可能均勻。目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：T為調(diào)度期時段數(shù)；qi（t）為第i庫（1，2，3分別代表白蓮崖，磨子潭和佛子嶺水庫，下同）的出庫流量演算到防洪斷面的流量過程；αi為第i庫補(bǔ)償區(qū)間的分配系數(shù)；QB-M-F（t）為白—磨—佛區(qū)間流量過程；QF-H（t）為佛子嶺—霍山區(qū)間流量過程。

1.2約束條件

1.2.1水量平衡約束

式中：Vi（t），Vi（t-1）分別為第i庫t時段末、初水庫蓄水量；Qi（t），Qi（t-1）分別為第i水庫t時段末、初入庫流量，對于部分水庫來說為上游水庫放水經(jīng)河道洪水演進(jìn)后的過程與相應(yīng)庫區(qū)區(qū)間來水過程的迭加，反應(yīng)各庫之間的水力聯(lián)系；qi（t），qi（t-1）分別為第i水庫t時段末、初出庫流量；Δt為時段長。

1.2.2水庫最高水位約束

1.2.3調(diào)度期末水位約束

式中：Zi，end為第i水庫調(diào)度期末計算的水位；Zi，e為第i水庫調(diào)度期末的控制水位，在漲洪段反映為后續(xù)降雨預(yù)留的庫容，在洪水尾部體現(xiàn)計劃興利回蓄水位。

1.2.4水庫泄流能力約束

式中：qi（t）為第i水庫t時刻的出庫流量；qi（Zi（t））為第i水庫t時刻相應(yīng)于水位Zi（t）的下泄能力，為溢洪道、泄洪底孔與水輪機(jī)的過水能力總和。

1.2.5出庫流量變幅約束

1.3模型求解

水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度模型求解，首先要方便人工干預(yù)和增強(qiáng)模型的模擬仿真能力；其次調(diào)度決策結(jié)果要易于操作，要盡量克服數(shù)學(xué)規(guī)劃算法、智能算法所得防洪調(diào)度過程的“鋸齒”現(xiàn)象；三是要盡可能縮短求解時間。本文應(yīng)用鐘平安等提出的分步迭代交互分析法求解東淠河水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度庫容分配模型?；静襟E如下：

（1）由起調(diào)水位和最高控制水位計算各庫可調(diào)庫容Vi；

（4）逐庫迭代求解過程如下：

①給定水庫i的初始出庫流量過程：q'i（t）=q安，i-Q區(qū)，i（t）；

②逐時段進(jìn)行防洪調(diào)節(jié)計算，求得水位過程Zi，t；

③尋找最高水位Zmax以及出現(xiàn)時刻tk，若Zmax不超過給定的最高控制水位，則輸出調(diào)度方案；否則，按以下式（7）調(diào)整出庫過程，然后轉(zhuǎn)步驟②：

式中：V（tk）為tk時刻的水庫蓄水量，Vm為最高控制水位對應(yīng)的水庫蓄水量。

2　算例分析

對某場次預(yù)報洪水過程進(jìn)行模擬調(diào)度，計算條件見表2。聯(lián)合調(diào)度調(diào)度結(jié)果見圖2～圖5。由圖2～圖5可見：

表2　實例計算條件表

圖2　白蓮崖防洪調(diào)度結(jié)果圖

圖3　磨子潭防洪調(diào)度結(jié)果圖

圖4　佛子嶺防洪調(diào)度結(jié)果圖　

圖5　霍山斷面防洪調(diào)度結(jié)果圖

（1）白蓮崖、磨子潭和佛子嶺水庫的水位均滿足表2的控制條件，優(yōu)化結(jié)果是可行、可控的，反映了模型對水庫安全保障的可靠性。

（2）白蓮崖水庫、磨子潭水庫的出庫過程均有“低谷”段，這體現(xiàn)了兩庫對白—磨—佛區(qū)間來水的補(bǔ)償作用，降低了佛子嶺水庫的入庫洪峰流量，一定程度減輕了佛子嶺的削峰壓力。

（3）佛子嶺水庫利用調(diào)節(jié)庫容對佛子嶺—霍山區(qū)間來水進(jìn)行補(bǔ)償，圖5清晰體現(xiàn)了佛子嶺水庫出庫與佛—霍區(qū)間來水的峰谷補(bǔ)償關(guān)系，與佛子嶺均勻出庫相比，降低霍山斷面洪峰流量200m3/s以上。

3　結(jié)語

本文概化了東淠河水庫群防洪系統(tǒng)。以防洪斷面最大過水流量最小為目標(biāo)建立了水庫群聯(lián)合防洪調(diào)度庫容分配模型，采用能最大限度體現(xiàn)決策者偏好的分步迭代交互法求解所建模型。實例分析結(jié)果表明，所建庫容分配模型合理可靠，模型求解速度快，計算結(jié)果操作性強(qiáng)，能較好地適應(yīng)東淠河水庫群實時防洪聯(lián)合調(diào)度的工作需要■