宫山咀水库供水调度规则研究

2014-09-19赵丽丽

东北水利水电 2014年8期

赵丽丽

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳 110006）

1 研究背景

水库调度规则对水库长期运行有重要的指导作用。以供水为主的水库，以往供水调度常采取最大限度的满足当前需水的标准供水策略（Standard Operating Policy，SOP）。局限于当前水文预报精度，且水库缺乏相应的限制供水策略，水库在连续枯水期，容易出现缺水深度过大甚至供水中断。为避免这种情况的发生，人们提出了多种水库供水规则，最常见的供水调度规则是水库供水调度图。

常规调度图绘制方法通过对水库长系列（或典型年）运行过程进行逆时序模拟，得到长系列（或典型年）的调度过程线，取上下包线作为水库调度图上的规则线，再通过人工对调度图进行修正，得到最终的调度图。该方法过程烦琐、复杂，往往需要反复的检验、修正，且需要工作人员具有比较丰富的经验，得到的优化调度图也是基于经验的半优化结果[1]。近年来，随着现代优化算法的发展，遗传算法、粒子群算法、差分进化算法等被引入到水库的调度研究中，逐步形成了一套模拟与优化相结合的混合式调度图优化方法[2]。文中提出了简化的调度图概化方法，并将模拟与优化相结合的混合式调度图优化方法，应用到宫山咀水库调度图的绘制中，得到宫山咀水库调度图。

2 水库供水调度图绘制

2.1 调度图概化

调度图概化的方法，一般有基于全时段水位线的概化方式[3]和基于调度线拐点的混合概化方式[4]两种方法。前一种方法易于算法实现，但调度线往往存在时段间起伏过大的情况，在实际中无法应用，需要人工修正。后一种方法极大的减少了参数的个数，降低了优化规模，但参数之间的制约关系更加复杂，优化问题的可行域变得更加狭窄，提高了最优解的搜索难度。调度图的编制采用简化的混合编码方法对调度图进行概化，即基于调度线拐点的混合调度图概化方法的一种特例，拐点的确定主要考虑时段的长度和水位限制线的连续性，拐点位置固定，而不作为优化过程中的决策变量。概化调度图即为：

式中，i为调度线条数，j调度线拐点个数，Xi，j为第i为调度线条数上j点控制水位。

2.2 水库调度模型确定

依据水库承担的供水任务及供水主次顺序等约束条件建模，采用惩罚函数法将深度破坏约束加入目标函数，以供水保证率高，缺水量少，尽量避免深度缺水为目标，采用权重法将该多目标问题转化为单目标问题。

2.2.1 目标函数

①供水保证率P最高，即

②各用水户缺水量少，即

式中，N为时段总数；M为用水户个数；DLi（k）为第i用水户，第k时段户需水量；XLi（k）为第i用水户，第k时段水库实际供水量；λi为第i用水户的允许破坏深度；Penaltyi（k）为第i用水户，第k时段惩罚量。

采用权重法，将各目标转化为单目标，即

式中，ω1，ω2为目标函数权重系数。

2.2.2 约束条件

除去水库供水深度破坏约束外，其它约束条件如下。

①水量平衡约束

②库容～水位～面积曲线约束

③库容（水位）上下限约束

④各条调度线相互之间不交叉

式中，St为第t时段水库库容；It为第t时段水库入库水量；Dt为第t时段水库供水量；Et为第t时段水库蒸发渗漏损失水量；SUt为第t时段水库弃水量；ECt为第t时段水库坝址处河道生态需水量；Vdead为水库死库容；为第t时段水库允许的最大蓄水量。其它变量，如前文所述。

2.3 优化算法寻优

采用群体智能算法中的粒子群算法求解水库调度图，每一个调度图概化为一个粒子。

3 实例应用

3.1 工程概况

宫山咀水库位于辽宁省葫芦岛市建昌县大凌河干流，水库总库容1.19亿m3，控制流域面积656 km2，坝址处多年平均径流量1.04亿m3。水库正常蓄水位73.70 m，防洪限制水位72.70 m，死水位为62.36 m，是一座具有防洪、供水、发电、养鱼等综合利用功能的大（Ⅱ）型水利工程。

目前水库供水对象有建昌县自来水公司、葫芦岛市平山水源以及补偿下游区间生活用水、农业灌溉用水，根据水库供水对象用水保证率程度不同，将水库供水对象分为两类：①工业生活用水，供水保证率95%，缺水允许破坏深度为10%。②农业灌溉用水，保证率75%，缺水允许破坏深度为30%。

3.2 结果与分析

采用1956-2007年的入库径流（汛期以旬为时段，非汛期以月为时段）作为调度图求解模型的来水资料，用水采用2010水平年的实际用水。PSO算法种群规模为300，迭代次数8000次。为减少算法的随机性对结果的影响，独立运行10次，选取其中适应度最优结果对应的调度图，作为模型求解结果，调度图如图1所示。