辽宁省水资源优化配置工程调度关键问题探讨

张心怡，冯 琳，赵 琳（.太原理工大学，山西太原0004；.辽宁省水文局，辽宁沈阳000；.辽宁省水利厅，辽宁沈阳000）



辽宁省水资源优化配置工程调度关键问题探讨

张心怡1，冯 琳2，赵 琳3
（1.太原理工大学，山西太原030024；2.辽宁省水文局，辽宁沈阳110003；3.辽宁省水利厅，辽宁沈阳110003）

本研究以辽宁省水资源配置工程为例，对系统开展流域水资源配置工程优化调度研究的关键问题进行探讨，提出了研究的必要性、总体构思，并系统的阐述了研究所需的主要工作内容，为研究构建大型跨流域调水工程优化调度系统进行了有益的探索。

水资源；配置；优化调度；供水工程

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.019

1 必要性及需求分析

水资源总量逐年减少、时空分布不均、开发利用程度高是辽宁的基本水情，水资源短缺更是辽宁的基本省情。从2000年以来，辽宁省相继启动了“东水济西”北中南三线水资源优化配置工程的骨干工程。项目建成后，辽宁省的水资源不均问题将得到彻底解决，工程社会经济效益巨大。该供水项目无论是工程规模，还是运行管理的技术复杂性均为世界首位。作为大型输供水系统，在供水控制系统建设上设计了覆盖调度中心、分支管理机构和所有配水闸、站的通讯专网、水质自动化监测、水情监测、安全监测、视频监控及调度自动化控制系统。这些辅助调度技术手段的建设为实现供水系统的优化调度奠定了良好的技术基础。但是还应该看到，要实现供水系统的优化调度，仅仅具备输供水的工程硬件条件还是不够的，实行优化调度的许多关键问题还需要开展大量的研究工作才能得以解决，主要体现在如下几方面：

（1）调水工程的调水系统涉及到省内多座大型水库和辽河、浑河、太子河等几大流域，作为全省水资源配置工程的一部分，如何服务于全省水资源的优化配置模式才是最终的调水系统运行目标，因此需要深入研究工程在运行调度上如何与辽宁省“东水济西”中线和南线工程进行有机结合，如何切实的服务于全省水源连通联调模式，从而确定工程优化调度决策的边界条件。

（2）在调水控制方面，需要对设置在供水管线系统上的多座电站、配水站和控制闸室内的几万个闸、阀进行联合设置和控制，以保证供水系统的安全和优化运行。另外，工程输水线路长，水力过渡条件复杂，仅靠理论的水力计算无法满足安全输水和优化运行调度的需要，因此必须系统化的整合各专项信息自动化系统的建设成果、开展相关水力物理验证模型实验工作，研发优化的调水模型，为实现全省水资源优化配置的调度目标提供技术辅助支持。

（3）在工程运行管理方面，工程采用集中调度方式，调度中心设置在沈阳，实现工程全线运行的集中调度管理；在工程沿线上按区段设置多个管理机构，分别负责各自管理区段的工程管理和维护。管理、协调和应急保障能力要求极高。因此必须研究建立一套高效的管理制度体系、科学实用的管理规程和切实可行的应急预案体系，来规范调水工程的管理工作，保障工程运行管理各项工作的有序进行。

综合上述需求分析，非常有必要系统地开展大型输供水工程调度关键技术研究工作，从调度系统的边界条件、调度模型关键技术和运行管理的制度保障体系三方面入手。通过开展工程实践、科学实验、技术攻关和科技总结工作，构建一套服务于全省水资源优化配置战略管理模型，充分整合各专项信息自动化系统的建设成果，研发优化的调水模型，研究并提出大型输供水工程优化调度解决方案，建立一套高效的管理制度体系、操作规程和切实可行的应急预案体系。进而全面提高工程的运行调度管理水平，保证工程建设目标，充分发挥工程效益、服务于社会经济可持续发展。

2 目标及主要任务

2.1 主要目标

针对超长大型输供水工程的调度特点和难点，采用产学研相结合的模式，系统化地开展调研、水工模型实验、软件模型与系统研发、制度体系构建和工程应用实践等工作。对实现长距离调水的基本理论、关键技术和管理模式进行深入的研究和总结，提出一套超长大型输供水工程优化调度系统解决方案，为实现调水工程“安全供水、优化配水、高效控水”的调度目标服务。

2.2 主要研究内容

为实现研究目标，需紧密结合工程应用实践，重点开展优化调度系统的边界条件、优化调度模型关键技术和运行管理的制度保障体系三方面研究工作，各项工作的研究重点与开发任务内容如下。

2.2.1 优化调度边界条件研究

本文以分离立交桥梁施工过程中施工风险为研究对象，运用WBS-RBS耦合矩阵分析方法对整个分离立交桥梁施工中的工作进行逐层分解，同时将项目过程中可能存在的风险因素逐层向下延伸，最终形成耦合矩阵.而后运用粗糙集确定各风险权重，确定分析出各风险的重要程度及主次要大小，为分离立交桥梁施工的安全生产管理提供参考.

根据辽宁水资源东多西少的分布现状，我省规划了基本覆盖全省的跨流域联合调度水资源配置格局，形成了北中南三线组成的“东水济西”配水系统模式。北线工程由清河等11座已建、在建和拟建的水库组成，为辽西北和中部地区提供用水保障。中线工程，以大伙房水库输水工程为骨干，由大伙房等4座水库组成，为辽宁中部及大连市近期用水提供保障。南线工程，以碧流河水库为核心，由引碧入连等已建、拟建的3项输水工程及3座水库组成，为辽东南地区用水提供保障。上述工程体系完成后，配合节水型社会建设及地下水有效管理，可以基本解决辽宁水资源短缺问题。为提高供水保证率，我省将依托“东水济西”三线工程，以天然河道和输水、连通工程为通道，实现“三横七纵、河库连通，东水济西、丰枯调剂，上下联动、多源互补，科学调度、保障发展”的总体目标。为实现这一目标，要求全省水资源配置系统中的任何一项工程或单元的调度与决策必须以调水系统达到全局最优为决策目标，不能孤立的狭义的仅关注工程自身的调度目标最大化。因此，必须首先开展全省水源联通优化调度方案，制定全省的水资源配置构架模式，基于该构架分别提出对该体系中每一单元在管理制度体系方面的要求和研究优化调度模型所需的边界条件。

2.2.2 优化调度模型关键技术研究

优化调度模型技术研究成果用来辅助工程运行管理，为实现优化调度决策支持提供服务。在全省水资源优化总体目标条件的约束下，综合利用水力学、水工结构、经济学、信息等学科技术，充分利用并深层挖掘工程建设的各项专项信息自动化专业系统建设成果，研发一套优化的调水模型。研究成果的最终形式是一套综合信息化决策支持系统软件平台。为实现系统开发目标，需要开展多项关键技术研究工作，主要的技术研究内容如下。

（1）研究海量数据优化整合技术，即在水情、水质、安全监测、自动控制等专项自动化子系统建设成果的基础上，对各专项成果数据库进行整合，形成工程优化调度综合数据库，该数据库同时获取全省水资源优化配置系统概化图中的关键节点数据，并将优化决策所需的关键信息和边界条件进行无缝整合。同时研究配套的数据库效率保障、容灾和存储等关键技术及管理制度。

（2）基于综合数据库，以实现全省水资源调配的全局最优为目标，以水量、水质平衡为基础，构建优化调度模型库，包括：各专项子系统的分析、预警模型和约束目标函数的求解模型，如流域水文预报模型、工程安全分析评价预警模型、水质分析评价预警模型、模糊综合评价、灰色关联度评价、人工神经网络评价等优化决策模型等。

（3）为实现上述各专项子系统分析模型的研究，需要对应开展相关的专题分析和实验工作。主要工作包括：

为验证和修订水力计算成果，选取地形、地质、水力特性复杂的管线区段，进行专项水工物理模型实验研究，对可能发生的各种不利工况进行模拟，并通过原型通水实验模型参数修订。

对验证后的水力过渡模型进行计算机模拟仿真模型开发，实现对工程运行情况的复核、模拟和预测的在线模型支持。

研究水质、水文和安全监测专项子系统的专业分析模型。

（4）在综合数据库、模型库和专项专题实验研究成果的基础上，充分利用现代信息技术，研究开发基于虚拟现实技术的现代化优化调度会商决策支持平台软件，为工程运行调度管理服务。系统采用B/S模式构建，分别构建基于概化图和3DGIS的基础平台，在实现信息综合查询、直观展示的基础上，为管理者提供一个界面友好、操作简便的工作平台，将各级管理人员从繁重的基础数据分析和专业的理论分析中解脱出来，为他们提供强大的专业技术支持服务工具，保证工程优化调度目标的实现。

2.2.3 工程运行管理制度保障体系研究

任何一项系统工程的管理，需要有一套科学、实用的管理制度体系作为保障，如果把长距离调水工程本身看作是一个人的身体，那么工程管理制度体系的研究成果就相当于一个人的灵魂。工程管理制度体系的科学与否是体现工程整体建设与运行管理水平的关键要素，一套优秀的管理制度体系，最终将形成一种管理文化，成为保障工程管理工作良性发展的关键。本课题通过开展这项工作，主要目的是研究出与全省水资源优化配置构架目标相协调的一套制度、规程和预案系统，真正解决“如何用、如何管”的问题，主要研究工作内容如下。

（1）完成工程管理机构及各级组织、管理体系的设置与优化，深入研究各项权利、义务和责任的分配，形成工程管理的各项管理制度体系，建立各项管理制度。

（2）为组织、管理体系中的各级管理技术部门，尤其是涉及调水工程操作、维护、抢险的技术职能部门，制定工作需要的操作或管理技术规程体系，并完成各项规程的编制。

（3）在完成管理制度、操作规程的基础上，进一步从管理的技术专题层面研究具有实际指导意义的预案体系，并研究编制各项专题预案。预案编制以风险评估等技术分析和研究为基础，根据可能发生的各种工程、自然灾害、人为事故和突发情况建立相关的应急响应流程和应对技术方案。如：防洪预案、应急抢险预案等。

3 结语

辽宁省北中南三线水资源战略工程是一项彻底解决全省水资源制约问题的重大惠民工程，作为骨干工程，通过优化的工程调度工作，在保证工程安全的前提下为全省的社会经济发展保驾护航，充分发挥惠民工程的作用是供水调度系统应该发挥的核心目标。将对推动大型调水行业管理技术的发展，推动辽宁乃至带动东北地区的区域经济建设意义显著，因此研究的社会经济效益巨大。

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TV213.4

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1672-2469（2016）01-0057-03

2015-12-08

张心怡（1994年—），女，研究生在读。