基于引漢濟(jì)渭工程的水庫(kù)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

馬永勝　惠　蕾　高小芳（陜西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院　西安　710001）

基于引漢濟(jì)渭工程的水庫(kù)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

馬永勝惠蕾高小芳
（陜西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院西安710001）

本文基于引漢濟(jì)渭工程四水源聯(lián)合調(diào)度方案，采用試讀水資源系統(tǒng)循環(huán)迭代逼近理論，自行開(kāi)發(fā)了以引漢濟(jì)渭調(diào)水工程為特點(diǎn)的多水源調(diào)度應(yīng)用系統(tǒng)軟件，通過(guò)引漢濟(jì)渭工程規(guī)劃大量方案組合與調(diào)節(jié)試算，驗(yàn)證了該軟件系統(tǒng)具有很好的可操作性與實(shí)用性，確定了引漢濟(jì)渭工程各水源調(diào)度運(yùn)行方式，該軟件系統(tǒng)具有較大的推廣價(jià)值。

引漢濟(jì)渭；調(diào)度模型；聯(lián)合調(diào)度；程序開(kāi)發(fā)應(yīng)用

陜西省水資源總量少，居全國(guó)第19位，人均占有水量1180m3/人，約為全國(guó)平均水平的1/2。水資源地區(qū)分布不均，南多北少差異很大，與人口、資源和經(jīng)濟(jì)布局極不協(xié)調(diào)。陜南地區(qū)位于長(zhǎng)江流域面積占全省35%，水資源量占到全省總量的70%以上；關(guān)中地區(qū)地處黃河流域是“關(guān)中—天水經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃”的重點(diǎn)區(qū)域，水資源量?jī)H占全省不到20%。特別是隨著新時(shí)期“一帶一路”新絲綢之路建設(shè)的發(fā)展，水資源供求矛盾日益嚴(yán)重，極大制約了陜西關(guān)中地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的平衡發(fā)展［1］。因此，建設(shè)跨流域調(diào)水引漢濟(jì)渭工程，由陜南地區(qū)引漢江水補(bǔ)給關(guān)中迫在眉睫。

本文即是在研究引漢濟(jì)渭工程基礎(chǔ)上，基于引漢濟(jì)渭工程特點(diǎn)建立四水源聯(lián)合調(diào)度模型，通過(guò)長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算［2］，確定引漢濟(jì)渭工程各調(diào)水對(duì)象規(guī)模及其調(diào)度運(yùn)行方式。筆者采用水資源系統(tǒng)循環(huán)迭代逼近的方法，發(fā)開(kāi)了多水資源混聯(lián)水庫(kù)調(diào)節(jié)計(jì)算軟件，對(duì)類似多水源聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用具有借鑒價(jià)值。

1　引漢濟(jì)渭工程四水源聯(lián)合調(diào)度模型

1.1引漢濟(jì)渭工程調(diào)度運(yùn)用原則及調(diào)度方案比選

引漢濟(jì)渭調(diào)水工程的水利計(jì)算是一個(gè)大規(guī)模水資源系統(tǒng)調(diào)度與水資源配置問(wèn)題。系統(tǒng)的運(yùn)行目標(biāo)是：多水源協(xié)作，使各水源均得到充分、合理利用，達(dá)到滿足調(diào)水目標(biāo)的供水保證率要求。采用引漢濟(jì)渭調(diào)水工程與當(dāng)?shù)厮绰?lián)合調(diào)度，調(diào)水區(qū)的黃金峽水庫(kù)、三河口水庫(kù)與受水區(qū)的黑河金盆水庫(kù)、地下水四水源聯(lián)合進(jìn)行配置。

對(duì)于引漢濟(jì)渭四水源聯(lián)合調(diào)度，就滿足調(diào)水任務(wù)要求而言，先用受水區(qū)的水量，后用調(diào)水區(qū)水量；還是先用調(diào)入水量，后用受水區(qū)水量，如何調(diào)度，其不同供水優(yōu)先次序不同，即調(diào)度方式不同，調(diào)度結(jié)果不一樣。有必要建立引漢濟(jì)渭工程多水源聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行模型，進(jìn)行各種調(diào)度方式的比選確定系統(tǒng)工程各部分的工程規(guī)模與運(yùn)行方式［3］。

1.2引漢濟(jì)渭工程聯(lián)合調(diào)度模型

引漢濟(jì)渭調(diào)水工程水資源系統(tǒng)是指在調(diào)水區(qū)與受水區(qū)，由各種水源、供水工程、用水戶組成的相互關(guān)聯(lián)的集合。以滿足調(diào)水任務(wù)為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)受水區(qū)水庫(kù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)概化處理，選擇調(diào)水區(qū)黃金峽水庫(kù)、三河口水庫(kù)與受水區(qū)黑河水庫(kù)、地下水四水源在黃池溝節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行水資源供需配置，聯(lián)合調(diào)度，建立數(shù)學(xué)模型，確定引漢濟(jì)渭調(diào)水工程合理的調(diào)水量與工程規(guī)模。

2　多水源混聯(lián)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度軟件系統(tǒng)

針對(duì)傳統(tǒng)的水庫(kù)調(diào)度大多根據(jù)調(diào)度操作者的實(shí)際調(diào)度經(jīng)驗(yàn)，依半經(jīng)驗(yàn)半理論思想，按照半手工繪制圖標(biāo)半電子表格計(jì)算的方式，由于水庫(kù)調(diào)度計(jì)算量大，并且很多計(jì)算內(nèi)容屬于試算性，在進(jìn)行不同參數(shù)律定時(shí)，需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，并且由于計(jì)算工具的不準(zhǔn)確性，往往得到的調(diào)度結(jié)果不甚理想。極大影響了水庫(kù)調(diào)節(jié)計(jì)算的效率和準(zhǔn)確性［4］。

筆者基于引漢濟(jì)渭工程四水源聯(lián)合調(diào)度模型，在對(duì)比國(guó)內(nèi)外相關(guān)調(diào)度軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，自行開(kāi)發(fā)出針對(duì)跨流域多水源多任務(wù)模式下的多水源混聯(lián)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)的封包軟件，并獲得相關(guān)專利批號(hào)。

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

水庫(kù)調(diào)度模型［5］是一個(gè)以節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)的模型，分配水量作為決策變量，以流域用水總量以及保證率、破壞深度等為目標(biāo)，在一定優(yōu)化準(zhǔn)則和約束條件下使用線性規(guī)劃的數(shù)學(xué)方法確定其最優(yōu)解。

本模型采用逐步優(yōu)化迭代法［6］進(jìn)行計(jì)算。多水源各子系統(tǒng)根據(jù)總系統(tǒng)下的協(xié)調(diào)變量反饋相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值（供水量、保證率、破壞深度）。當(dāng)水庫(kù)系統(tǒng)的供水量或保證率滿足目標(biāo)要求，則輸出相應(yīng)的結(jié)果。當(dāng)總系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)在當(dāng)前協(xié)調(diào)變量下都達(dá)到各自供水保證率要求時(shí)，則增加總系統(tǒng)供水能力，同時(shí)求得各子系統(tǒng)的供水量，再次進(jìn)行子系統(tǒng)模擬計(jì)算直至總系統(tǒng)的供水量和保證率都滿足目標(biāo)要求。對(duì)于上層大系統(tǒng)給定的供水量建立模擬模型，模擬子系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以得出各子系統(tǒng)的供水量及供水過(guò)程。

本系統(tǒng)按照常規(guī)調(diào)度與調(diào)度圖調(diào)度兩種不同的調(diào)度方式，可分為兩大模塊，在每一個(gè)模塊下，相應(yīng)有不同的調(diào)度對(duì)象子模塊。特別是在調(diào)度圖調(diào)度模塊下，設(shè)置了專門調(diào)度圖中各調(diào)度線的輸入繪圖模塊，讓操作者能夠直觀看到調(diào)度圖的繪制情況，有的放矢的進(jìn)行調(diào)度圖調(diào)整，優(yōu)化調(diào)度結(jié)果。

2.2系統(tǒng)適用性及技術(shù)方案選擇

本系統(tǒng)適用于多水源情況，混聯(lián)水庫(kù)包括單一水庫(kù)，兩串聯(lián)水庫(kù)，兩并聯(lián)水庫(kù)，三水庫(kù)混聯(lián)等，在多供水任務(wù)條件下的常規(guī)調(diào)度以及調(diào)度圖調(diào)度計(jì)算，其中涉及到調(diào)節(jié)計(jì)算水平年以及入庫(kù)徑流量的約束條件選擇，供水任務(wù)的需水量調(diào)整，水庫(kù)的特征水位設(shè)置，水庫(kù)蒸發(fā)滲漏參數(shù)，水庫(kù)之間補(bǔ)水流量以及水庫(kù)出水流量，水庫(kù)調(diào)度圖的繪制等眾多參數(shù)的律定、比選，可在模擬的工程邊界條件下，進(jìn)行水庫(kù)的常規(guī)調(diào)度及調(diào)度圖調(diào)度，從而為水庫(kù)調(diào)度人員提供詳實(shí)可靠的調(diào)度信息，供水庫(kù)管理人員判斷決策。本系統(tǒng)基本包括了常見(jiàn)的水庫(kù)調(diào)度組合情況，以及常用的水庫(kù)調(diào)度方式，界面友好，操作靈活，推廣性強(qiáng)。

表1　　多水源混聯(lián)水庫(kù)調(diào)度界面說(shuō)明表

圖1　多水源混聯(lián)水庫(kù)常規(guī)調(diào)度模塊

圖2　多水源混聯(lián)水庫(kù)調(diào)度圖繪制模塊

2.3系統(tǒng)功能模塊介紹

2.3.1模塊描述

主要用于對(duì)于所操作的調(diào)度模式以及方式的選擇。

2.3.2模塊功能

調(diào)度模式選擇：主要是對(duì)各種水庫(kù)，以及水源搭配組合情況進(jìn)行選擇。

調(diào)度方式選擇：主要是對(duì)常規(guī)調(diào)度方式和優(yōu)化的調(diào)度圖方式進(jìn)行選擇。

2.3.3界面說(shuō)明

2.4多水源混聯(lián)水庫(kù)調(diào)度實(shí)例

2.4.1多水源混聯(lián)水庫(kù)常規(guī)調(diào)度

以引漢濟(jì)渭四水源聯(lián)合調(diào)度工程為例，分別以陜南地區(qū)的黃金峽水庫(kù)、三河口水庫(kù)為串聯(lián)上下游水庫(kù)，關(guān)中地區(qū)的黑河水庫(kù)為并聯(lián)水庫(kù)，受水區(qū)地下水為當(dāng)?shù)厮?，設(shè)置水庫(kù)特征水位及各水庫(kù)生態(tài)流量、蒸發(fā)滲漏損失等參數(shù)，在初選設(shè)計(jì)水平年及各約束條件下，按照逐步逼近迭代的方法律定各水庫(kù)特征參數(shù)，在長(zhǎng)系列聯(lián)合調(diào)度調(diào)節(jié)過(guò)程中，其相關(guān)調(diào)節(jié)結(jié)果（供水量、保證率、破壞深度等）可顯示在該系統(tǒng)軟件的演示界面上如圖1，供決策者參考并反復(fù)上述步驟，最終確定各水源特征參數(shù)及引漢濟(jì)渭工程整體工程規(guī)模。

2.4.2多水源混聯(lián)水庫(kù)調(diào)度圖調(diào)度

對(duì)于水庫(kù)實(shí)時(shí)調(diào)度操作者來(lái)講，水庫(kù)調(diào)度圖具有方便、明了、易于操作的優(yōu)點(diǎn)，而且在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，各水庫(kù)調(diào)節(jié)運(yùn)用大多依據(jù)其前期繪制的調(diào)度圖進(jìn)行實(shí)時(shí)操作。因此，有必要繪制多水源聯(lián)合調(diào)度各水庫(kù)的調(diào)度圖。

同樣以引漢濟(jì)渭四水源聯(lián)合調(diào)度為例，可將擬定的水庫(kù)特征參數(shù)及系統(tǒng)各邊界約束條件輸入系統(tǒng)軟件操作主界面，并將初擬的各水庫(kù)調(diào)度圖調(diào)度線輸入到系統(tǒng)軟件調(diào)度圖操作界面，在選定的設(shè)計(jì)水平年下進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，并可實(shí)時(shí)繪制各水庫(kù)調(diào)度圖如圖2，若調(diào)度結(jié)果不滿足工程任務(wù)要求，從新擬定相關(guān)水庫(kù)調(diào)度線，逐步迭代優(yōu)化，直至調(diào)節(jié)結(jié)果滿足任務(wù)需要，即確定混聯(lián)水庫(kù)的工程規(guī)模及各水源的特征參數(shù)。

3　結(jié)語(yǔ)

基于引漢濟(jì)渭工程的多水源混聯(lián)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)軟件，是筆者在解決引漢濟(jì)渭四水源聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用的實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，自主研發(fā)的一套多水源聯(lián)合調(diào)度操作軟件系統(tǒng)，在筆者多年水庫(kù)調(diào)度工作實(shí)踐基礎(chǔ)上，以水庫(kù)調(diào)度研究的實(shí)際需要出發(fā)，更易于水庫(kù)調(diào)度人員理解與操作。本系統(tǒng)包含實(shí)際工作中水庫(kù)調(diào)度常見(jiàn)的常規(guī)調(diào)度與調(diào)度圖運(yùn)用兩大類模塊，可進(jìn)行多水源多任務(wù)多邊界約束條件的自由組合，系統(tǒng)包括了水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用過(guò)程中能遇到幾乎所有的工況，各工況組合只需在操作界面上選擇即可，簡(jiǎn)單操作靈活，推廣性強(qiáng)。下階段，從豐富系統(tǒng)算法角度，可將一些生產(chǎn)實(shí)踐中運(yùn)用較多較成熟的優(yōu)化算法加入到本軟件系統(tǒng)，提高本系統(tǒng)多樣性與適用性。陜西水利

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［2］付曉杰，王旭.引漢濟(jì)渭受水區(qū)多水源聯(lián)合調(diào)配模型分析［J］.人民黃河，2014，（10）:32-35.

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［4］黃強(qiáng)，暢建霞.水資源系統(tǒng)多維臨界調(diào)控的理論與方法［M］中國(guó)水利水電出版社，2007. ［5］暢建霞，黃強(qiáng)，王義民.南水北調(diào)中線工程水量仿真調(diào)度模型研究［J］.水力學(xué)報(bào)，2002，（12）:16-20

（責(zé)任編輯：暢妮）

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