跨流域引水期間受水水庫引水與供水聯(lián)合調(diào)度研究

姜政同

【摘要】我國水資源在分布方面不均，和社會經(jīng)濟的發(fā)展不相符合，水資源供需要求很難滿足，只是采用本區(qū)域的水資源開采挖掘很難對本地區(qū)的水資源短缺問題合理及誒絕，現(xiàn)階段跨區(qū)域調(diào)水工程逐漸成為水資源分配以及對缺水區(qū)域供需矛盾進行緩解的主要方式。并且當前對于跨流域水庫群聯(lián)合調(diào)度模型的優(yōu)化以及求解方式的研究有了很大的進步。但是，隨著跨區(qū)域調(diào)水需求不斷在增大，水庫群拓撲結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出一定的復雜性，調(diào)度規(guī)則和求解方式的適用性有了一定的問題存在。同時，對于跨流域水庫群引水方式的研究也很少，在對引水規(guī)則的制定中需要按照不同的水庫群拓撲結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上對規(guī)則實現(xiàn)不斷完善，從而將引水的效率不斷提升。另外，由于跨流域水庫群的調(diào)度規(guī)模不斷在增加，這樣就將調(diào)度問題的復雜程度加大，這對于計算效率以及求解精度要求也是越來越高。隨著現(xiàn)階段計算機技術(shù)的快速發(fā)展以及多核并行計算平臺日益多元化，在對其計算效率以及求解精度要求提升方面采用多核并行計算成為主要的方式之一。

【關(guān)鍵詞】跨流域引水期間；水庫引水；供水；聯(lián)合調(diào)度

1、跨流域引水期間受水水庫引水與供水聯(lián)合調(diào)度現(xiàn)狀

隨著當前社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的用水需求不斷在增加，相對于一些水資源比較匱乏的區(qū)域，其主要就是采用農(nóng)業(yè)以及生態(tài)環(huán)境水量和對地下水超采方式來滿足用水需求。為了能夠?qū)@些區(qū)域用水需求矛盾進行合理的解決，就需要采用跨流域工程，從而將人們的用水需求合理的解決，并且將農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)環(huán)境用水需求進行環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對地下水超采的壓縮。在采用跨流域引水之后，由于水庫所承載的任務(wù)以及其他客觀條件都有很大的變化，采用傳統(tǒng)的調(diào)度原則和調(diào)度圖很難適應新的形式。水庫調(diào)度不但需要和供水規(guī)則相適應，還將引水規(guī)則有效增加；水路調(diào)度圖不但擁有多個目標的供水控制線組成，還將引水控制線當中的引水調(diào)度圖增加，也就是對引水和供水聯(lián)合調(diào)度圖進行合理的繪制。所以，加強對跨流域引水當中水庫有效調(diào)動方式的研究就非常有意義。

在對受水水庫調(diào)度方面，所遇到的挑戰(zhàn)主要就是，如果按照規(guī)劃的方式引水，這樣前期的引水就會因為后期的天然水比較多而放棄；如果引水量不是很充足，這樣就會造成因為后期的水庫天然來水太少使得供水環(huán)境產(chǎn)生損壞，所以，就需要制定合理的聯(lián)合調(diào)度圖以及規(guī)則，以此對供水和引水之間的矛盾進行環(huán)節(jié)，將引水長距離的有效性合理實現(xiàn)；同時在對引水量的規(guī)劃中，實現(xiàn)水庫供水量實現(xiàn)最大化。

2、水庫群引水與供水聯(lián)合調(diào)度規(guī)則

通常，因為下游的來水很大，為了能夠?qū)^(qū)間來水合理應用，下游對于下游區(qū)間當中的供水主要有兩種方式：第一是首先對區(qū)間來水實現(xiàn)供應，如果區(qū)間的來水不充足，然而按照時段初儲水量區(qū)域?qū)崿F(xiàn)供水規(guī)劃，對不充足的部分需要水庫來供應；另外一種方式就是按照時段初蓄水量所處的水庫調(diào)度區(qū)域進行供水決策，繼而采用區(qū)間來水實現(xiàn)供應，不充足的由水庫來供應。

因為跨流域水庫群系統(tǒng)自身的拓撲結(jié)構(gòu)很復雜，只是采用水庫調(diào)度圖很難將整體系統(tǒng)的調(diào)度規(guī)則合理的體現(xiàn)出來，在此基礎(chǔ)上還需要采用相應的輔助規(guī)則來結(jié)合應用，在這當中，主要有以下問題存在：第一，如果多個水庫為同一個目標供水，這樣所制定的聯(lián)合供水規(guī)則就對引水的合理性有著很大的影響。聯(lián)合供水當中的供水規(guī)則主要就是對供水決策和總量在實際的分配方面的問題；第二，由于受水水庫不僅僅只是一個，在這當中還有調(diào)水水庫對水量的調(diào)出方面，對受水水庫之間水量如何分配的問題，若是引水分配不是很合理，這樣就會使得供水壓力太大，水庫水量不足問題存在，相對于一些水量比較充足的區(qū)域水庫效率太低不但需要引水，還需要棄水，所以，制定合理的引水以及供水規(guī)則是調(diào)度規(guī)劃當中最為主要的一個環(huán)節(jié)。

3、引水與供水聯(lián)合調(diào)度圖的方式

由于水庫天然來水很難控制和預測，這是聯(lián)合調(diào)度引水和供水的難點，其主要體現(xiàn)在長距離供水成本和費用方面很難確保。為了確保各個用水目標的供水合理，需要在規(guī)則的引水范圍之內(nèi)盡可能的多引水；如果水庫后期因為天然來水比較多，這樣在受汛限水位的束縛下就會棄水，盡管在整體宏觀角度來看棄水對于下游河道以及入海口的生態(tài)非常有利，但是，長距離引水成本很高，這非常的不經(jīng)濟以及合理。第二個難點主要體現(xiàn)在前期的引水比較少問題，如果水庫后期因為降雨所產(chǎn)生的天然來水很少，這樣就很難確保各個目標用水需求用戶供水的保證率不高，一般為了處理這些問題，最為有效的方式就是按照歷史參考資料來實現(xiàn)合理的模擬，在此基礎(chǔ)上制定合理的引水和供水聯(lián)合調(diào)度圖，從而將引水和棄水之間的關(guān)系以及引水和用水量之間的關(guān)系進行保證。

相對于將供水作為主要的多用戶水庫，供水主要就是工業(yè)用水以及生活用水，還有農(nóng)業(yè)生態(tài)用水等，往往還有發(fā)電以及航運等需求用水，按照相應的要求，每一個供水保證率的要求是不同的，因為供水保證率主要就是按照從高到低的順序來對其優(yōu)先順序進行確定的，這樣就可以按照用水的特點以及相關(guān)的影響因素來對其破壞深度進行合理確定。

4、受水水庫引水與供水聯(lián)合調(diào)度圖的模擬優(yōu)化方法

4.1引水與供水聯(lián)合調(diào)度模型

相對于受水水庫引水和供水之間的聯(lián)合調(diào)度問題，其作為多水源以及多用戶和多目標水資源聯(lián)合調(diào)度的主要問題之一。首先，就需要在給定的飲水量目標范圍之內(nèi)，確保引水之前的相應農(nóng)業(yè)以及生態(tài)用水的實際需求，使得對于工業(yè)和人們的實際生活當中供水量為最大，同時能夠在一定意義上確保供水保證率符合相關(guān)要求；其次，需要在對工業(yè)以及生活供水量最大的基礎(chǔ)上有效的滿足相應保證率，將長距離高成本飲水量的合理性進行提升，也就是在對生態(tài)環(huán)境用水量滿足的基礎(chǔ)上實現(xiàn)水庫棄水的最小。

4.2對單目標聯(lián)合調(diào)度模型的求解

在這當中應用長系列的模擬方式，以及對于受水水庫引水和供水聯(lián)合調(diào)度圖以及調(diào)度規(guī)則方面采用迭代求解。

4.2.1狀態(tài)變量、決策時段與決策變量

對于水庫的水位按照狀態(tài)變量來取，按照北方供水水庫以及用水的實際特點，對于汛期需要按照旬以及非汛期按照月來有效劃分，對于一年可以將其劃分為二十個決策時期，相對于決策變量主要有引水和供水決策變量。在這當中，對于引水決策時期當中的飲水量，對其主要可以分為三個級別，也就是滿引、按一定規(guī)則引水、不引水；這主要是由水庫時段初水位在引水調(diào)度圖當中的相應位置以及相關(guān)規(guī)則來合理關(guān)聯(lián)的。供水決策主要就是水庫為各個用水戶當中的實際供水量，按照用水戶的不同對供水的次序進行合理分配，按照由水庫時段初水位在供水調(diào)度圖中的位置和相應的供水規(guī)則所決定。

4.2.2模型求解過程

在實際的長系列模擬優(yōu)化之前，需要制定相應的初始調(diào)度圖，也就是對于每一個調(diào)度線當中的初始位置進行劃定。在長系列模擬過程中，按照調(diào)度圖當中的時段初受水水庫水位，其自身所處的位置以及調(diào)度規(guī)則來實現(xiàn)引水以及供水決策，從而獲得相應的目標函數(shù)值；并且在實際的模擬當中需要對相關(guān)的約束進行加強重視，采用相應的懲罰約束基礎(chǔ)條件，對于已經(jīng)有的約束問題合理的轉(zhuǎn)化為沒有約束的問題；在這當中，如果不能對供水保證率等約束條件合理的滿足，這樣對于目標函數(shù)值就需求合理的懲罰。

（1）求解模型Ⅰ

在對于工業(yè)以及生活用水量確定之后，應用長系列方式來對初始調(diào)度圖進行繪制，（引水調(diào)度圖中兩條引水控制線取各時段水庫蓄水位上限）；（下轉(zhuǎn)第頁）

（上接第頁）

因為對于引水的合理性不是很重視，所以采用DPSA算法在一定意義上只能夠?qū)⒙?lián)合調(diào)度圖當中的供水圖實現(xiàn)優(yōu)化，在采用迭代優(yōu)化完成之后按照相應的供水保證率等指標來對實際的工業(yè)以及農(nóng)業(yè)和生活用水需求進行合理的判斷；這樣若是需要增加就有一定的余量，從而能夠根據(jù)重新所擬制的供水目標量，同時采用人機交互的方法綠地調(diào)度圖合理調(diào)整，在獲得相應和約束條件滿足的初始可行解來將其輸入，對調(diào)度圖重新合理的實現(xiàn)優(yōu)化。這樣反復進行測試計算，直到最終不再增加為止，也就是對生活以及工業(yè)供水量最大值進行獲得。

（2）求解模型Ⅱ

以模型Ⅰ當中所獲得的相應生活以及工業(yè)當中的供水量最大值作為約束條件，因此，其相對應的聯(lián)合調(diào)度圖也就可以作為初始調(diào)度圖，相對于聯(lián)合調(diào)度圖當中引水以及供水調(diào)度在實際的優(yōu)化當中主要應用DPSA算法來實施，采用對相應的棄水量相應的指標有效統(tǒng)計，以此來對其合理判斷，確保其是否需要對調(diào)度圖合理優(yōu)化；這樣一直迭代到最后停止，也就是獲得優(yōu)化的引水與供水聯(lián)合調(diào)度圖及其調(diào)度規(guī)則。

結(jié)語：

相對于跨流域引水工程來講，其主要組成主要就是引水水庫以及管線或者渠道以及受水水庫所構(gòu)成，其系統(tǒng)非常的復雜。所以，在確保供水安全的基礎(chǔ)上，就需要加強對降雨以及徑流長期預報信息實施有效應用，在此基礎(chǔ)上制定科學合理的引水以及供水調(diào)度規(guī)劃，將引水水庫調(diào)水量合理應用。

參考文獻：

[1]彭勇，彭安幫，周惠成，黃朔.基于改進引水規(guī)則的跨流域供水水庫聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2016，36（05）：1346-1353.

[2]周惠成，劉莎，程愛民，張春波.跨流域引水期間受水水庫引水與供水聯(lián)合調(diào)度研究[J].水利學報，2013，44（08）：883-891.