遼寧省水資源優(yōu)化配置工程調(diào)度關(guān)鍵問(wèn)題探討

張心怡，馮 琳，趙 琳（.太原理工大學(xué)，山西太原0004；.遼寧省水文局，遼寧沈陽(yáng)000；.遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)000）

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遼寧省水資源優(yōu)化配置工程調(diào)度關(guān)鍵問(wèn)題探討

張心怡1，馮 琳2，趙 琳3
（1.太原理工大學(xué)，山西太原030024；2.遼寧省水文局，遼寧沈陽(yáng)110003；3.遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)110003）

本研究以遼寧省水資源配置工程為例，對(duì)系統(tǒng)開(kāi)展流域水資源配置工程優(yōu)化調(diào)度研究的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探討，提出了研究的必要性、總體構(gòu)思，并系統(tǒng)的闡述了研究所需的主要工作內(nèi)容，為研究構(gòu)建大型跨流域調(diào)水工程優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了有益的探索。

水資源；配置；優(yōu)化調(diào)度；供水工程

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.019

1 必要性及需求分析

水資源總量逐年減少、時(shí)空分布不均、開(kāi)發(fā)利用程度高是遼寧的基本水情，水資源短缺更是遼寧的基本省情。從2000年以來(lái)，遼寧省相繼啟動(dòng)了“東水濟(jì)西”北中南三線水資源優(yōu)化配置工程的骨干工程。項(xiàng)目建成后，遼寧省的水資源不均問(wèn)題將得到徹底解決，工程社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益巨大。該供水項(xiàng)目無(wú)論是工程規(guī)模，還是運(yùn)行管理的技術(shù)復(fù)雜性均為世界首位。作為大型輸供水系統(tǒng)，在供水控制系統(tǒng)建設(shè)上設(shè)計(jì)了覆蓋調(diào)度中心、分支管理機(jī)構(gòu)和所有配水閘、站的通訊專網(wǎng)、水質(zhì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、水情監(jiān)測(cè)、安全監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控及調(diào)度自動(dòng)化控制系統(tǒng)。這些輔助調(diào)度技術(shù)手段的建設(shè)為實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。但是還應(yīng)該看到，要實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，僅僅具備輸供水的工程硬件條件還是不夠的，實(shí)行優(yōu)化調(diào)度的許多關(guān)鍵問(wèn)題還需要開(kāi)展大量的研究工作才能得以解決，主要體現(xiàn)在如下幾方面：

（1）調(diào)水工程的調(diào)水系統(tǒng)涉及到省內(nèi)多座大型水庫(kù)和遼河、渾河、太子河等幾大流域，作為全省水資源配置工程的一部分，如何服務(wù)于全省水資源的優(yōu)化配置模式才是最終的調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行目標(biāo)，因此需要深入研究工程在運(yùn)行調(diào)度上如何與遼寧省“東水濟(jì)西”中線和南線工程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，如何切實(shí)的服務(wù)于全省水源連通聯(lián)調(diào)模式，從而確定工程優(yōu)化調(diào)度決策的邊界條件。

（2）在調(diào)水控制方面，需要對(duì)設(shè)置在供水管線系統(tǒng)上的多座電站、配水站和控制閘室內(nèi)的幾萬(wàn)個(gè)閘、閥進(jìn)行聯(lián)合設(shè)置和控制，以保證供水系統(tǒng)的安全和優(yōu)化運(yùn)行。另外，工程輸水線路長(zhǎng)，水力過(guò)渡條件復(fù)雜，僅靠理論的水力計(jì)算無(wú)法滿足安全輸水和優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度的需要，因此必須系統(tǒng)化的整合各專項(xiàng)信息自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)成果、開(kāi)展相關(guān)水力物理驗(yàn)證模型實(shí)驗(yàn)工作，研發(fā)優(yōu)化的調(diào)水模型，為實(shí)現(xiàn)全省水資源優(yōu)化配置的調(diào)度目標(biāo)提供技術(shù)輔助支持。

（3）在工程運(yùn)行管理方面，工程采用集中調(diào)度方式，調(diào)度中心設(shè)置在沈陽(yáng)，實(shí)現(xiàn)工程全線運(yùn)行的集中調(diào)度管理；在工程沿線上按區(qū)段設(shè)置多個(gè)管理機(jī)構(gòu)，分別負(fù)責(zé)各自管理區(qū)段的工程管理和維護(hù)。管理、協(xié)調(diào)和應(yīng)急保障能力要求極高。因此必須研究建立一套高效的管理制度體系、科學(xué)實(shí)用的管理規(guī)程和切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案體系，來(lái)規(guī)范調(diào)水工程的管理工作，保障工程運(yùn)行管理各項(xiàng)工作的有序進(jìn)行。

綜合上述需求分析，非常有必要系統(tǒng)地開(kāi)展大型輸供水工程調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究工作，從調(diào)度系統(tǒng)的邊界條件、調(diào)度模型關(guān)鍵技術(shù)和運(yùn)行管理的制度保障體系三方面入手。通過(guò)開(kāi)展工程實(shí)踐、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、技術(shù)攻關(guān)和科技總結(jié)工作，構(gòu)建一套服務(wù)于全省水資源優(yōu)化配置戰(zhàn)略管理模型，充分整合各專項(xiàng)信息自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)成果，研發(fā)優(yōu)化的調(diào)水模型，研究并提出大型輸供水工程優(yōu)化調(diào)度解決方案，建立一套高效的管理制度體系、操作規(guī)程和切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案體系。進(jìn)而全面提高工程的運(yùn)行調(diào)度管理水平，保證工程建設(shè)目標(biāo)，充分發(fā)揮工程效益、服務(wù)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

2 目標(biāo)及主要任務(wù)

2.1 主要目標(biāo)

針對(duì)超長(zhǎng)大型輸供水工程的調(diào)度特點(diǎn)和難點(diǎn)，采用產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的模式，系統(tǒng)化地開(kāi)展調(diào)研、水工模型實(shí)驗(yàn)、軟件模型與系統(tǒng)研發(fā)、制度體系構(gòu)建和工程應(yīng)用實(shí)踐等工作。對(duì)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離調(diào)水的基本理論、關(guān)鍵技術(shù)和管理模式進(jìn)行深入的研究和總結(jié)，提出一套超長(zhǎng)大型輸供水工程優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)解決方案，為實(shí)現(xiàn)調(diào)水工程“安全供水、優(yōu)化配水、高效控水”的調(diào)度目標(biāo)服務(wù)。

2.2 主要研究?jī)?nèi)容

為實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)，需緊密結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)踐，重點(diǎn)開(kāi)展優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的邊界條件、優(yōu)化調(diào)度模型關(guān)鍵技術(shù)和運(yùn)行管理的制度保障體系三方面研究工作，各項(xiàng)工作的研究重點(diǎn)與開(kāi)發(fā)任務(wù)內(nèi)容如下。

2.2.1 優(yōu)化調(diào)度邊界條件研究

本文以分離立交橋梁施工過(guò)程中施工風(fēng)險(xiǎn)為研究對(duì)象，運(yùn)用WBS-RBS耦合矩陣分析方法對(duì)整個(gè)分離立交橋梁施工中的工作進(jìn)行逐層分解，同時(shí)將項(xiàng)目過(guò)程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素逐層向下延伸，最終形成耦合矩陣.而后運(yùn)用粗糙集確定各風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，確定分析出各風(fēng)險(xiǎn)的重要程度及主次要大小，為分離立交橋梁施工的安全生產(chǎn)管理提供參考.

根據(jù)遼寧水資源東多西少的分布現(xiàn)狀，我省規(guī)劃了基本覆蓋全省的跨流域聯(lián)合調(diào)度水資源配置格局，形成了北中南三線組成的“東水濟(jì)西”配水系統(tǒng)模式。北線工程由清河等11座已建、在建和擬建的水庫(kù)組成，為遼西北和中部地區(qū)提供用水保障。中線工程，以大伙房水庫(kù)輸水工程為骨干，由大伙房等4座水庫(kù)組成，為遼寧中部及大連市近期用水提供保障。南線工程，以碧流河水庫(kù)為核心，由引碧入連等已建、擬建的3項(xiàng)輸水工程及3座水庫(kù)組成，為遼東南地區(qū)用水提供保障。上述工程體系完成后，配合節(jié)水型社會(huì)建設(shè)及地下水有效管理，可以基本解決遼寧水資源短缺問(wèn)題。為提高供水保證率，我省將依托“東水濟(jì)西”三線工程，以天然河道和輸水、連通工程為通道，實(shí)現(xiàn)“三橫七縱、河庫(kù)連通，東水濟(jì)西、豐枯調(diào)劑，上下聯(lián)動(dòng)、多源互補(bǔ)，科學(xué)調(diào)度、保障發(fā)展”的總體目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，要求全省水資源配置系統(tǒng)中的任何一項(xiàng)工程或單元的調(diào)度與決策必須以調(diào)水系統(tǒng)達(dá)到全局最優(yōu)為決策目標(biāo)，不能孤立的狹義的僅關(guān)注工程自身的調(diào)度目標(biāo)最大化。因此，必須首先開(kāi)展全省水源聯(lián)通優(yōu)化調(diào)度方案，制定全省的水資源配置構(gòu)架模式，基于該構(gòu)架分別提出對(duì)該體系中每一單元在管理制度體系方面的要求和研究?jī)?yōu)化調(diào)度模型所需的邊界條件。

2.2.2 優(yōu)化調(diào)度模型關(guān)鍵技術(shù)研究

優(yōu)化調(diào)度模型技術(shù)研究成果用來(lái)輔助工程運(yùn)行管理，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度決策支持提供服務(wù)。在全省水資源優(yōu)化總體目標(biāo)條件的約束下，綜合利用水力學(xué)、水工結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、信息等學(xué)科技術(shù)，充分利用并深層挖掘工程建設(shè)的各項(xiàng)專項(xiàng)信息自動(dòng)化專業(yè)系統(tǒng)建設(shè)成果，研發(fā)一套優(yōu)化的調(diào)水模型。研究成果的最終形式是一套綜合信息化決策支持系統(tǒng)軟件平臺(tái)。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)目標(biāo)，需要開(kāi)展多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究工作，主要的技術(shù)研究?jī)?nèi)容如下。

（1）研究海量數(shù)據(jù)優(yōu)化整合技術(shù)，即在水情、水質(zhì)、安全監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制等專項(xiàng)自動(dòng)化子系統(tǒng)建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，對(duì)各專項(xiàng)成果數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行整合，形成工程優(yōu)化調(diào)度綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)獲取全省水資源優(yōu)化配置系統(tǒng)概化圖中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將優(yōu)化決策所需的關(guān)鍵信息和邊界條件進(jìn)行無(wú)縫整合。同時(shí)研究配套的數(shù)據(jù)庫(kù)效率保障、容災(zāi)和存儲(chǔ)等關(guān)鍵技術(shù)及管理制度。

（2）基于綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)全省水資源調(diào)配的全局最優(yōu)為目標(biāo)，以水量、水質(zhì)平衡為基礎(chǔ)，構(gòu)建優(yōu)化調(diào)度模型庫(kù)，包括：各專項(xiàng)子系統(tǒng)的分析、預(yù)警模型和約束目標(biāo)函數(shù)的求解模型，如流域水文預(yù)報(bào)模型、工程安全分析評(píng)價(jià)預(yù)警模型、水質(zhì)分析評(píng)價(jià)預(yù)警模型、模糊綜合評(píng)價(jià)、灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)等優(yōu)化決策模型等。

（3）為實(shí)現(xiàn)上述各專項(xiàng)子系統(tǒng)分析模型的研究，需要對(duì)應(yīng)開(kāi)展相關(guān)的專題分析和實(shí)驗(yàn)工作。主要工作包括：

為驗(yàn)證和修訂水力計(jì)算成果，選取地形、地質(zhì)、水力特性復(fù)雜的管線區(qū)段，進(jìn)行專項(xiàng)水工物理模型實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)可能發(fā)生的各種不利工況進(jìn)行模擬，并通過(guò)原型通水實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)修訂。

對(duì)驗(yàn)證后的水力過(guò)渡模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真模型開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程運(yùn)行情況的復(fù)核、模擬和預(yù)測(cè)的在線模型支持。

研究水質(zhì)、水文和安全監(jiān)測(cè)專項(xiàng)子系統(tǒng)的專業(yè)分析模型。

（4）在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)和專項(xiàng)專題實(shí)驗(yàn)研究成果的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的現(xiàn)代化優(yōu)化調(diào)度會(huì)商決策支持平臺(tái)軟件，為工程運(yùn)行調(diào)度管理服務(wù)。系統(tǒng)采用B/S模式構(gòu)建，分別構(gòu)建基于概化圖和3DGIS的基礎(chǔ)平臺(tái)，在實(shí)現(xiàn)信息綜合查詢、直觀展示的基礎(chǔ)上，為管理者提供一個(gè)界面友好、操作簡(jiǎn)便的工作平臺(tái)，將各級(jí)管理人員從繁重的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析和專業(yè)的理論分析中解脫出來(lái)，為他們提供強(qiáng)大的專業(yè)技術(shù)支持服務(wù)工具，保證工程優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.2.3 工程運(yùn)行管理制度保障體系研究

任何一項(xiàng)系統(tǒng)工程的管理，需要有一套科學(xué)、實(shí)用的管理制度體系作為保障，如果把長(zhǎng)距離調(diào)水工程本身看作是一個(gè)人的身體，那么工程管理制度體系的研究成果就相當(dāng)于一個(gè)人的靈魂。工程管理制度體系的科學(xué)與否是體現(xiàn)工程整體建設(shè)與運(yùn)行管理水平的關(guān)鍵要素，一套優(yōu)秀的管理制度體系，最終將形成一種管理文化，成為保障工程管理工作良性發(fā)展的關(guān)鍵。本課題通過(guò)開(kāi)展這項(xiàng)工作，主要目的是研究出與全省水資源優(yōu)化配置構(gòu)架目標(biāo)相協(xié)調(diào)的一套制度、規(guī)程和預(yù)案系統(tǒng)，真正解決“如何用、如何管”的問(wèn)題，主要研究工作內(nèi)容如下。

（1）完成工程管理機(jī)構(gòu)及各級(jí)組織、管理體系的設(shè)置與優(yōu)化，深入研究各項(xiàng)權(quán)利、義務(wù)和責(zé)任的分配，形成工程管理的各項(xiàng)管理制度體系，建立各項(xiàng)管理制度。

（2）為組織、管理體系中的各級(jí)管理技術(shù)部門，尤其是涉及調(diào)水工程操作、維護(hù)、搶險(xiǎn)的技術(shù)職能部門，制定工作需要的操作或管理技術(shù)規(guī)程體系，并完成各項(xiàng)規(guī)程的編制。

（3）在完成管理制度、操作規(guī)程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從管理的技術(shù)專題層面研究具有實(shí)際指導(dǎo)意義的預(yù)案體系，并研究編制各項(xiàng)專題預(yù)案。預(yù)案編制以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等技術(shù)分析和研究為基礎(chǔ)，根據(jù)可能發(fā)生的各種工程、自然災(zāi)害、人為事故和突發(fā)情況建立相關(guān)的應(yīng)急響應(yīng)流程和應(yīng)對(duì)技術(shù)方案。如：防洪預(yù)案、應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案等。

3 結(jié)語(yǔ)

遼寧省北中南三線水資源戰(zhàn)略工程是一項(xiàng)徹底解決全省水資源制約問(wèn)題的重大惠民工程，作為骨干工程，通過(guò)優(yōu)化的工程調(diào)度工作，在保證工程安全的前提下為全省的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展保駕護(hù)航，充分發(fā)揮惠民工程的作用是供水調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)該發(fā)揮的核心目標(biāo)。將對(duì)推動(dòng)大型調(diào)水行業(yè)管理技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)遼寧乃至帶動(dòng)?xùn)|北地區(qū)的區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)意義顯著，因此研究的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益巨大。

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TV213.4

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1672-2469（2016）01-0057-03

2015-12-08

張心怡（1994年—），女，研究生在讀。