基于引汉济渭工程的水库联调系统开发与应用

马永胜　惠　蕾　高小芳（陕西水利电力勘测设计研究院　西安　710001）

基于引汉济渭工程的水库联调系统开发与应用

马永胜惠蕾高小芳
（陕西水利电力勘测设计研究院西安710001）

本文基于引汉济渭工程四水源联合调度方案，采用试读水资源系统循环迭代逼近理论，自行开发了以引汉济渭调水工程为特点的多水源调度应用系统软件，通过引汉济渭工程规划大量方案组合与调节试算，验证了该软件系统具有很好的可操作性与实用性，确定了引汉济渭工程各水源调度运行方式，该软件系统具有较大的推广价值。

引汉济渭；调度模型；联合调度；程序开发应用

陕西省水资源总量少，居全国第19位，人均占有水量1180m3/人，约为全国平均水平的1/2。水资源地区分布不均，南多北少差异很大，与人口、资源和经济布局极不协调。陕南地区位于长江流域面积占全省35%，水资源量占到全省总量的70%以上；关中地区地处黄河流域是“关中—天水经济区发展规划”的重点区域，水资源量仅占全省不到20%。特别是随着新时期“一带一路”新丝绸之路建设的发展，水资源供求矛盾日益严重，极大制约了陕西关中地区社会经济的平衡发展［1］。因此，建设跨流域调水引汉济渭工程，由陕南地区引汉江水补给关中迫在眉睫。

本文即是在研究引汉济渭工程基础上，基于引汉济渭工程特点建立四水源联合调度模型，通过长系列调节计算［2］，确定引汉济渭工程各调水对象规模及其调度运行方式。笔者采用水资源系统循环迭代逼近的方法，发开了多水资源混联水库调节计算软件，对类似多水源联合调度运用具有借鉴价值。

1　引汉济渭工程四水源联合调度模型

1.1引汉济渭工程调度运用原则及调度方案比选

引汉济渭调水工程的水利计算是一个大规模水资源系统调度与水资源配置问题。系统的运行目标是：多水源协作，使各水源均得到充分、合理利用，达到满足调水目标的供水保证率要求。采用引汉济渭调水工程与当地水源联合调度，调水区的黄金峡水库、三河口水库与受水区的黑河金盆水库、地下水四水源联合进行配置。

对于引汉济渭四水源联合调度，就满足调水任务要求而言，先用受水区的水量，后用调水区水量；还是先用调入水量，后用受水区水量，如何调度，其不同供水优先次序不同，即调度方式不同，调度结果不一样。有必要建立引汉济渭工程多水源联合调度运行模型，进行各种调度方式的比选确定系统工程各部分的工程规模与运行方式［3］。

1.2引汉济渭工程联合调度模型

引汉济渭调水工程水资源系统是指在调水区与受水区，由各种水源、供水工程、用水户组成的相互关联的集合。以满足调水任务为目标函数，对受水区水库进行节点概化处理，选择调水区黄金峡水库、三河口水库与受水区黑河水库、地下水四水源在黄池沟节点，进行水资源供需配置，联合调度，建立数学模型，确定引汉济渭调水工程合理的调水量与工程规模。

2　多水源混联水库联合调度软件系统

针对传统的水库调度大多根据调度操作者的实际调度经验，依半经验半理论思想，按照半手工绘制图标半电子表格计算的方式，由于水库调度计算量大，并且很多计算内容属于试算性，在进行不同参数律定时，需要耗费大量的人力和时间进行重复计算，并且由于计算工具的不准确性，往往得到的调度结果不甚理想。极大影响了水库调节计算的效率和准确性［4］。

笔者基于引汉济渭工程四水源联合调度模型，在对比国内外相关调度软件开发系统的基础上，自行开发出针对跨流域多水源多任务模式下的多水源混联水库联合调度系统的封包软件，并获得相关专利批号。

2.1系统设计思路

水库调度模型［5］是一个以节点为基础的模型，分配水量作为决策变量，以流域用水总量以及保证率、破坏深度等为目标，在一定优化准则和约束条件下使用线性规划的数学方法确定其最优解。

本模型采用逐步优化迭代法［6］进行计算。多水源各子系统根据总系统下的协调变量反馈相应的目标函数值（供水量、保证率、破坏深度）。当水库系统的供水量或保证率满足目标要求，则输出相应的结果。当总系统内各子系统在当前协调变量下都达到各自供水保证率要求时，则增加总系统供水能力，同时求得各子系统的供水量，再次进行子系统模拟计算直至总系统的供水量和保证率都满足目标要求。对于上层大系统给定的供水量建立模拟模型，模拟子系统的运行状况以得出各子系统的供水量及供水过程。

本系统按照常规调度与调度图调度两种不同的调度方式，可分为两大模块，在每一个模块下，相应有不同的调度对象子模块。特别是在调度图调度模块下，设置了专门调度图中各调度线的输入绘图模块，让操作者能够直观看到调度图的绘制情况，有的放矢的进行调度图调整，优化调度结果。

2.2系统适用性及技术方案选择

本系统适用于多水源情况，混联水库包括单一水库，两串联水库，两并联水库，三水库混联等，在多供水任务条件下的常规调度以及调度图调度计算，其中涉及到调节计算水平年以及入库径流量的约束条件选择，供水任务的需水量调整，水库的特征水位设置，水库蒸发渗漏参数，水库之间补水流量以及水库出水流量，水库调度图的绘制等众多参数的律定、比选，可在模拟的工程边界条件下，进行水库的常规调度及调度图调度，从而为水库调度人员提供详实可靠的调度信息，供水库管理人员判断决策。本系统基本包括了常见的水库调度组合情况，以及常用的水库调度方式，界面友好，操作灵活，推广性强。

表1　　多水源混联水库调度界面说明表

图1　多水源混联水库常规调度模块

图2　多水源混联水库调度图绘制模块

2.3系统功能模块介绍

2.3.1模块描述

主要用于对于所操作的调度模式以及方式的选择。

2.3.2模块功能

调度模式选择：主要是对各种水库，以及水源搭配组合情况进行选择。

调度方式选择：主要是对常规调度方式和优化的调度图方式进行选择。

2.3.3界面说明

2.4多水源混联水库调度实例

2.4.1多水源混联水库常规调度

以引汉济渭四水源联合调度工程为例，分别以陕南地区的黄金峡水库、三河口水库为串联上下游水库，关中地区的黑河水库为并联水库，受水区地下水为当地水源，设置水库特征水位及各水库生态流量、蒸发渗漏损失等参数，在初选设计水平年及各约束条件下，按照逐步逼近迭代的方法律定各水库特征参数，在长系列联合调度调节过程中，其相关调节结果（供水量、保证率、破坏深度等）可显示在该系统软件的演示界面上如图1，供决策者参考并反复上述步骤，最终确定各水源特征参数及引汉济渭工程整体工程规模。

2.4.2多水源混联水库调度图调度

对于水库实时调度操作者来讲，水库调度图具有方便、明了、易于操作的优点，而且在实际生产过程中，各水库调节运用大多依据其前期绘制的调度图进行实时操作。因此，有必要绘制多水源联合调度各水库的调度图。

同样以引汉济渭四水源联合调度为例，可将拟定的水库特征参数及系统各边界约束条件输入系统软件操作主界面，并将初拟的各水库调度图调度线输入到系统软件调度图操作界面，在选定的设计水平年下进行调节计算，并可实时绘制各水库调度图如图2，若调度结果不满足工程任务要求，从新拟定相关水库调度线，逐步迭代优化，直至调节结果满足任务需要，即确定混联水库的工程规模及各水源的特征参数。

3　结语

基于引汉济渭工程的多水源混联水库联合调度系统软件，是笔者在解决引汉济渭四水源联合调度运用的实际生产实践过程中，自主研发的一套多水源联合调度操作软件系统，在笔者多年水库调度工作实践基础上，以水库调度研究的实际需要出发，更易于水库调度人员理解与操作。本系统包含实际工作中水库调度常见的常规调度与调度图运用两大类模块，可进行多水源多任务多边界约束条件的自由组合，系统包括了水库调度运用过程中能遇到几乎所有的工况，各工况组合只需在操作界面上选择即可，简单操作灵活，推广性强。下阶段，从丰富系统算法角度，可将一些生产实践中运用较多较成熟的优化算法加入到本软件系统，提高本系统多样性与适用性。陕西水利

［1］张国良，高安泽.SL430—2008调水工程设计导则［S］.北京：中国水利水电出版社，2008.

［2］付晓杰，王旭.引汉济渭受水区多水源联合调配模型分析［J］.人民黄河，2014，（10）:32-35.

［3］王浩，秦大庸.黄淮海流域水资源合理配置研究［M］.北京：科学出版社，2003.

［4］黄强，畅建霞.水资源系统多维临界调控的理论与方法［M］中国水利水电出版社，2007. ［5］畅建霞，黄强，王义民.南水北调中线工程水量仿真调度模型研究［J］.水力学报，2002，（12）:16-20

（责任编辑：畅妮）

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陕西省“13115”重点项目，项目编号：规2009-02