基于正交試驗(yàn)法的平原圩區(qū)排澇泵站優(yōu)化調(diào)度

高玉琴，杜承霖，張澤宇，劉 鉞

(1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098； 2.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002)

圩區(qū)是利用地形或者天然河道進(jìn)行筑堤圍田后形成的可灌可排的閉合生產(chǎn)區(qū)域。在圩區(qū)邊緣需要修建堤防設(shè)施進(jìn)行防洪，圩區(qū)內(nèi)部水系相對(duì)獨(dú)立，需要水泵等水利設(shè)施來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)水和外水的進(jìn)出[1-2]。近年來(lái)，我國(guó)東部平原地區(qū)，尤其是平原圩區(qū)在雨季洪澇災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)人民的生產(chǎn)、生活安全造成了嚴(yán)重的威脅，因此，合理地制定排澇泵站調(diào)度方案，對(duì)保障圩區(qū)安全、平穩(wěn)發(fā)展至關(guān)重要。

排澇泵站是圩區(qū)排出洪澇積水(即進(jìn)行洪水宣泄)的重要水利設(shè)施，制定合理的泵站優(yōu)化調(diào)度方案對(duì)提高圩區(qū)的防洪排澇能力至關(guān)重要。國(guó)外對(duì)泵站的研究較早，William[3]利用非線性規(guī)劃模型對(duì)水庫(kù)、泵站等進(jìn)行了實(shí)時(shí)調(diào)度；Vilas等[4]針對(duì)單級(jí)泵站的實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行，提出利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行優(yōu)化；Olszewski[5]運(yùn)用遺傳算法對(duì)并聯(lián)水泵優(yōu)化問(wèn)題開(kāi)展分析和研究。國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究較多集中在泵站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和水量調(diào)配方面。李強(qiáng)[6]開(kāi)展了基于遺傳算法的梯級(jí)泵站優(yōu)化運(yùn)行研究；楊飛等[7]對(duì)國(guó)內(nèi)梯級(jí)泵站調(diào)水工程運(yùn)行調(diào)度開(kāi)展了研究；劉靜森等[8-9]提出基于泵站群的總能耗最小的優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度方法，用于降低城鎮(zhèn)圩區(qū)排澇泵站群的日常運(yùn)行消耗，2015年又提出不受潮汐影響的優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度方法；王超等[10]采用枚舉法計(jì)算所有井群水泵開(kāi)機(jī)組合，比較得到耗電量最低的水泵開(kāi)機(jī)運(yùn)行方案；丁偉等[11]提出了自動(dòng)化系統(tǒng)的策略研究方案，以實(shí)現(xiàn)泵閘群控制的自動(dòng)化、信息化；劉雨[12]建立了變頻水泵站優(yōu)化模型，運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解泵站日耗電最小優(yōu)化方案。這些研究多集中于流域性大型泵站，對(duì)于小規(guī)模密集分布的平原圩區(qū)排澇泵站的優(yōu)化研究工作開(kāi)展力度不夠，使得大多平原圩區(qū)排澇泵站在實(shí)際運(yùn)行中，由于管理人員缺乏正確的理論指導(dǎo)，設(shè)計(jì)的排澇調(diào)度方案較為粗放，造成較大的能耗浪費(fèi)[13]，因此針對(duì)平原圩區(qū)排澇泵站開(kāi)展優(yōu)化調(diào)度研究具有一定的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

利用排澇泵站進(jìn)行內(nèi)澇強(qiáng)排一直以來(lái)是平原圩區(qū)防汛除澇的重要措施，平原圩區(qū)在雨季洪澇災(zāi)害頻發(fā)，防汛任務(wù)重大。為保障防汛安全、提高排澇泵站的效率，本文通過(guò)構(gòu)建區(qū)域排澇泵站的優(yōu)化調(diào)度模型，開(kāi)展正交試驗(yàn)，利用全局搜索能力較好的遺傳算法對(duì)改進(jìn)的正交試驗(yàn)方案進(jìn)行求解，并進(jìn)一步構(gòu)建水動(dòng)力模型篩選滿足河道安全水位要求的調(diào)度方案，得到以“等功耗下排水量最多”為目標(biāo)的泵站最優(yōu)調(diào)度方案，并以秦淮河流域排澇泵站為例，驗(yàn)證方法的可靠性。

1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在圩區(qū)排澇泵站組的優(yōu)化調(diào)度過(guò)程中，雖然可以通過(guò)遺傳算法求解得到各方案下泵站優(yōu)化調(diào)度的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)和總排水量，但無(wú)法獲得排澇泵站組排水量從高到低的優(yōu)化調(diào)度序列，而且隨著模擬參數(shù)及指標(biāo)的增加，“窮舉法”則會(huì)使得工作量急速上升，工作效率直線下降，為解決以上問(wèn)題，引入“正交試驗(yàn)法”。

正交試驗(yàn)法是一種能處理多因素、多指標(biāo)的科學(xué)試驗(yàn)選優(yōu)方法，它能夠在大幅度降低試驗(yàn)次數(shù)和工作量的同時(shí)提高試驗(yàn)可行性[14-15]。正交試驗(yàn)法根據(jù)正交性，從所有因素中挑選出具有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些點(diǎn)具有“均勻分散，整齊可比”的特點(diǎn)[16]，這兩個(gè)特點(diǎn)表明每個(gè)因素的每個(gè)水平與其他因素的每個(gè)水平參與試驗(yàn)的概率是完全相同的，從而保證了在各水平中最大限度地排除了其他因素的干擾，能有效地比較試驗(yàn)結(jié)果并找出最優(yōu)的試驗(yàn)條件，同時(shí)還保證了任何兩個(gè)因素之間都是交叉分組的全面試驗(yàn)，因此具有很強(qiáng)的代表性。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本工具是依靠數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理所制定的正交表。正交表最早由日本著名的統(tǒng)計(jì)學(xué)家田口玄一提出[17]，其特點(diǎn)是安排的試驗(yàn)方法具有均衡搭配特性[18]，常見(jiàn)的正交表一般有6種，分別是L4(23)，L8(27)，L12(211)，L9(34)，L16(45)和L25(56)。以最基本的3水平4因素正交表為例，其各個(gè)字符的含義[19]如圖1所示。

圖1 L9(34)的字符含義

表1是L9(34)正交表的具體表達(dá)形式，行表示試驗(yàn)方案數(shù)，列表示因素，共4個(gè)因素，每個(gè)因素有3個(gè)水平，共9個(gè)試驗(yàn)方案。方案1的表達(dá)式為A1B1C1D1，方案2的表達(dá)式為A1B2C2D2，依此類推。

表1 L9(34)表的格式

開(kāi)展正交試驗(yàn)后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析[20]，可得到正交試驗(yàn)中最重要的因素及該因素中最關(guān)鍵的試驗(yàn)水平，通過(guò)這一操作使得當(dāng)其他外部因素出現(xiàn)時(shí)，決策者可對(duì)后續(xù)處理情況做出正確且迅速的決策。

2 平原圩區(qū)排澇泵站優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)建

2.1 模型構(gòu)建的基本假定

平原圩區(qū)排澇泵站優(yōu)化調(diào)度的影響因素眾多，涉及面廣，河網(wǎng)情況和圩區(qū)內(nèi)部情況相對(duì)復(fù)雜[21-22]。為保證該調(diào)度模式能正常、合理的運(yùn)行，需遵循和構(gòu)建必要的基本假定：

a. 降雨引發(fā)的洪水不超出圩區(qū)所能承受的范圍。當(dāng)降雨引發(fā)的洪水超出圩區(qū)所能承受的范圍時(shí)，為保證圩區(qū)內(nèi)部的生產(chǎn)和生活安全，各泵站應(yīng)全部開(kāi)啟，將最短時(shí)間內(nèi)排出洪水作為第一目標(biāo)，以最大排澇能力將區(qū)域內(nèi)的洪澇迅速排出。因此，編制平原圩區(qū)排澇泵站優(yōu)化調(diào)度方案必須保證降雨引發(fā)的洪水在圩區(qū)所能承受的范圍之內(nèi)。

b. 單個(gè)排澇泵站內(nèi)的所有水泵均為同一種類型。由于泵站的啟閉情況作為試驗(yàn)水平，當(dāng)泵站內(nèi)的水泵型號(hào)不一致時(shí)，會(huì)產(chǎn)生需半開(kāi)的水泵指代不明的情況發(fā)生，且當(dāng)泵站型號(hào)不一致時(shí)，在其功耗和排水量計(jì)算時(shí)會(huì)造成工作量的增加，為排澇泵站優(yōu)化調(diào)度方案的編制帶來(lái)諸多不便。本文在研究過(guò)程中默認(rèn)單個(gè)泵站內(nèi)的所有水泵均為同一類型，可消除和避免此類情況發(fā)生，且將泵站看作整體進(jìn)行研究和調(diào)度任務(wù)分配時(shí)，其效率、功耗及排水量均可通過(guò)內(nèi)部水泵簡(jiǎn)單疊加求和，以降低調(diào)度方案的計(jì)算工作量。

c. 水泵開(kāi)機(jī)后的流量即為裝機(jī)流量、開(kāi)機(jī)功率即為額定功率。若按泵站的實(shí)際運(yùn)行情況研究，水泵從開(kāi)啟到額定運(yùn)行狀態(tài)會(huì)經(jīng)過(guò)一段歷程，這段過(guò)程須考慮在內(nèi)，但此過(guò)程十分繁瑣且對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響不大，因此在本研究中將這段過(guò)程忽略，認(rèn)為水泵開(kāi)啟就立即達(dá)到其設(shè)計(jì)狀態(tài)，持續(xù)到其關(guān)閉，在從開(kāi)啟到關(guān)閉的過(guò)程不受外部因素的影響，一直保持額定功率運(yùn)行。

d. 不考慮圩區(qū)泵站匯水能力的影響。泵站匯水條件的良好與否會(huì)影響到水泵能否正常運(yùn)行，當(dāng)匯水能力不足時(shí)，水泵就不能持續(xù)進(jìn)行抽排澇水，被迫停止運(yùn)行。為保證泵站的啟閉情況不受外部因素的影響，默認(rèn)研究區(qū)域的匯水條件能滿足泵站一直正常運(yùn)行，不受水量不足的影響。

2.2 目標(biāo)函數(shù)的確定

平原圩區(qū)內(nèi)的泵站一般沿圩堤布置，分布廣泛且位置相距較遠(yuǎn)，根據(jù)調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn)，泵站實(shí)際運(yùn)行中大部分工作人員僅憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，缺乏正確的理論指導(dǎo)，操作方式較為粗放，能耗浪費(fèi)較大；且排澇泵站所在區(qū)域通訊設(shè)備普遍較為落后，若排澇泵站的水情信息及調(diào)度信息傳遞不及時(shí)，會(huì)對(duì)管理人員決策造成誤導(dǎo)，使得泵站調(diào)度方案缺乏科學(xué)性與合理性。故結(jié)合本文提出的平原圩區(qū)排澇泵站優(yōu)化調(diào)度方法與調(diào)研情況，將泵站總排水量最大作為優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)，其目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為

(1)

式中：F為泵站群的總排水量,為各個(gè)泵站機(jī)組的排水量之和；Qi為第i個(gè)泵站機(jī)組的裝機(jī)流量；ti為第i個(gè)泵站的開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)間；xi為泵站內(nèi)水泵的啟閉狀態(tài)；n為泵站數(shù)。

2.3 約束條件

由于圩區(qū)存在地勢(shì)低洼、洪水期水高地低、極易發(fā)生洪澇災(zāi)害的特點(diǎn)，考慮目標(biāo)函數(shù)中的變量情況、泵站實(shí)際運(yùn)行情況、圩區(qū)防洪安全等因素確定約束條件。

a. 泵站內(nèi)水泵的啟閉狀態(tài)約束。圩區(qū)泵站在實(shí)際排澇工作中主要以馬力全開(kāi)的操作方式為主，本研究將泵站的啟閉狀況xi僅設(shè)為全開(kāi)、半開(kāi)和關(guān)閉3種狀態(tài)，其中1代表全開(kāi)，2代表半開(kāi)，3代表關(guān)閉。

b. 圩區(qū)的水位約束。圩區(qū)內(nèi)所有泵站圩區(qū)內(nèi)側(cè)水位Zi(ti)(必須處于對(duì)應(yīng)河道的安全水位范圍內(nèi)，即必須高于最低控制水位Zmin，低于最高控制水位Zmax：

Zmin≤Zi(ti)≤Zmax(i=1，2，…，n)

(2)

c. 開(kāi)機(jī)最短時(shí)長(zhǎng)約束。泵站一旦設(shè)定為開(kāi)機(jī)或者半開(kāi)狀態(tài)，其運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)必然不能低于最短開(kāi)機(jī)時(shí)間tmin(式(3))。由于各泵站間的水量匯通需要一定的時(shí)間，因此該約束的設(shè)定可避免洪澇災(zāi)害對(duì)該泵站所在區(qū)域造成較大的影響。

ti≥tmin

(3)

d. 總功耗恒定約束。為探求“等功耗下排水量最多”為目標(biāo)的泵站最優(yōu)調(diào)度方案，泵站運(yùn)行過(guò)程中將總功耗M設(shè)定為固定值：

(4)

式中：Pi為第i個(gè)泵站的額定功率。

泵站內(nèi)水泵的啟閉狀態(tài)約束和開(kāi)機(jī)最短時(shí)長(zhǎng)約束可通過(guò)在遺傳算法內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，圩區(qū)的水位約束需通過(guò)建立一維水動(dòng)力模型進(jìn)行河道水位模擬實(shí)現(xiàn)，總功耗恒定約束通過(guò)擬定固定值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 研究區(qū)概況

秦淮河流域位于長(zhǎng)江下游，涉及句容市和南京市，流域內(nèi)地形為盆地，呈中間低四周高的蒲扇形，長(zhǎng)、寬各約50 km，面積約為2 631 km2。秦淮河干流總長(zhǎng)34 km，有溧水河、句容河兩源，二者在江寧區(qū)西北村匯合成秦淮河干流后，于江寧區(qū)東山鎮(zhèn)為起點(diǎn)分為兩支，北支流經(jīng)武定門閘入長(zhǎng)江，西支經(jīng)秦淮新河閘流入長(zhǎng)江。

秦淮河流域地處亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，平均氣溫15.4℃，流域內(nèi)降雨充足，多年平均降水量1 047.8 mm，流域平均徑流量為6.95億m3。區(qū)域內(nèi)氣象具有雨熱同期的特點(diǎn)，同時(shí)洪澇干旱災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，防汛任務(wù)十分重大。域內(nèi)外港河是南京市江寧區(qū)的重要防汛通道，隨著城市的快速發(fā)展及區(qū)劃調(diào)整，其地理位置也愈發(fā)重要。外港河兩岸主要分布有楊家圩泵站、商城泵站、新河村泵站和竹山橋泵站，4個(gè)泵站全部沿河布置，各泵站的具體參數(shù)情況如表2所示。

表2 圩區(qū)泵站基本參數(shù)

3.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化模型構(gòu)建及求解

正交試驗(yàn)中的因素是指能夠影響試驗(yàn)結(jié)果的條件，實(shí)例中將排澇泵站機(jī)組作為試驗(yàn)因素。在優(yōu)化調(diào)度方案的編制中，為盡量減少正交試驗(yàn)的次數(shù)，盡可能減少試驗(yàn)因素的數(shù)量，對(duì)同一類型、同一功能的因素進(jìn)行合并處理。由于只有4個(gè)泵站，且符合常規(guī)正交試驗(yàn)表中的L9(34)表，故不做合并處理。

由表2可知，每個(gè)泵站都內(nèi)含多臺(tái)水泵，將試驗(yàn)的水平定為全開(kāi)、半開(kāi)、關(guān)閉3種狀態(tài)，均能完美契合L9(34)正交表。在試驗(yàn)因素確定的情況下，試驗(yàn)水平不滿足常規(guī)正交試驗(yàn)表，可增加或減少因素?cái)?shù)量；若仍不滿足，可人為構(gòu)建正交試驗(yàn)表。

將楊家圩泵站定為因素A，商城泵站定為因素B，新河村泵站定為因素C，竹山橋泵站定為因素D；將泵站全開(kāi)定為水平1，泵站半開(kāi)定為水平2，泵站關(guān)閉定為水平3，并嚴(yán)格按照改進(jìn)后的正交試驗(yàn)表來(lái)開(kāi)展正交試驗(yàn)，改進(jìn)后的正交試驗(yàn)表如表3所示。

表3 改進(jìn)的L9(34)正交試驗(yàn)表

根據(jù)上述試驗(yàn)因素和試驗(yàn)水平的設(shè)置，只需開(kāi)展9次正交試驗(yàn)即可完成(不考慮交互作用)，相比全面開(kāi)展正交試驗(yàn)(需要81次)有效降低了工作量，提高了工作效率。

通過(guò)上述9組正交試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，可得到相應(yīng)的運(yùn)行規(guī)則下當(dāng)功耗相同時(shí)，4個(gè)泵站所能排出的最大水量。

圩區(qū)泵站在實(shí)際排澇工作中調(diào)度方案較為粗放，造成的能源浪費(fèi)較大，主要以馬力全開(kāi)的操作方式為主，故利用正交表L9(34)中的第1組方案代表圩區(qū)泵站現(xiàn)行的調(diào)度方式，所有試驗(yàn)因素均取第1種試驗(yàn)水平，即在第1組調(diào)度方案中，所有泵站機(jī)組全開(kāi)，以最大排水能力排除澇水。

假設(shè)各泵站機(jī)組間的水系互相連通，即在排澇功耗相同的前提下，泵站機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短將直接決定圩區(qū)排水總量的變化。尋求第1組試驗(yàn)方案對(duì)應(yīng)的最大排水量，可將排水量最大定為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，各泵站機(jī)組視為階段變量i，泵站的啟閉狀態(tài)定為決策變量xi，每個(gè)階段中與泵站開(kāi)啟方案相對(duì)應(yīng)的泵站總功耗定為狀態(tài)變量Qi。當(dāng)前平原圩區(qū)內(nèi)的排澇泵站與流域性泵站相比，裝機(jī)容量相對(duì)較小，大多處于1 000 kW上下，綜合考慮平原圩區(qū)排澇泵站的實(shí)際運(yùn)行情況，將本次模擬的額定功耗M設(shè)為恒定的1萬(wàn)kW·h，并將泵站的最短開(kāi)機(jī)時(shí)長(zhǎng)tmin設(shè)定為0.5 h。

優(yōu)化模型為

(5)

將各參數(shù)值代入式(5)可得：

(6)

運(yùn)用遺傳算法[23]對(duì)式(6)進(jìn)行求解。遺傳算法中設(shè)定的參數(shù)為：群體數(shù)為100，迭代次數(shù)為500，交叉概率pc=0.9，變異概率為pm=0.1，收斂曲線如圖2所示。

圖2 遺傳算法收斂曲線

代表圩區(qū)泵站現(xiàn)行調(diào)度方式的第一組正交試驗(yàn)方案中，4個(gè)泵站的開(kāi)機(jī)時(shí)長(zhǎng)分別為：3.4 h、0.6 h、0.7 h、3.4 h，故在功耗為1萬(wàn)kW·h的條件下可排出的最大水量為38.02萬(wàn)m3。

3.3 結(jié)果分析

為保證不同方案具有可比性，對(duì)剩余的正交試驗(yàn)方案均設(shè)定總功耗為1萬(wàn)kW·h，開(kāi)機(jī)泵站最短運(yùn)行時(shí)間為0.5 h，進(jìn)行優(yōu)化求解，最終的試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，當(dāng)僅以泵站總排水量最大作為優(yōu)化目標(biāo)時(shí)，方案3為最優(yōu)方案，其對(duì)應(yīng)的泵站啟閉方式下可排出最多水量，即第1個(gè)泵站全開(kāi)、第2個(gè)泵站關(guān)閉、第3個(gè)泵站半開(kāi)、第4個(gè)泵站關(guān)閉，符合最優(yōu)啟閉方式的泵站的最大排水量為38.78萬(wàn)m3。

為進(jìn)一步獲得不同因素之間、同一因素中的不同水平對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響程度，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果開(kāi)展極差分析，極差分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 極差分析結(jié)果

通過(guò)極差分析結(jié)果可知：4個(gè)泵站組成的試驗(yàn)因素中，泵站1在4個(gè)試驗(yàn)因素中最為重要；泵站2次之，因此在優(yōu)化調(diào)度中應(yīng)充分發(fā)揮楊家圩泵站的最優(yōu)性能，力爭(zhēng)用盡可能小的功耗抽排出圩區(qū)內(nèi)更多的水量。在楊家圩泵站中的3個(gè)試驗(yàn)水平中，半開(kāi)是最好的狀態(tài)，關(guān)閉的效果最差。因此，若發(fā)生洪澇災(zāi)害，當(dāng)圩區(qū)的防汛壓力不大時(shí)，應(yīng)盡量使泵站處于半開(kāi)狀態(tài)，以最大限度節(jié)約能源；若排水任務(wù)緊急，需在第一時(shí)間排除澇水，則應(yīng)將所有泵站全部開(kāi)啟，盡最大的排水能力排出澇水。

根據(jù)前述各泵站的啟閉狀況，結(jié)合相關(guān)人員采取不同水閘調(diào)度方案對(duì)秦淮河水質(zhì)改善效果探究實(shí)踐并鑒于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)水試驗(yàn)改善水質(zhì)的相關(guān)研究目前還有所欠缺,本文引入能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)常規(guī)河道和建筑物所在河道的水流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有效模擬的MIKE 11水動(dòng)力模型[24]，在下游設(shè)置監(jiān)控?cái)嗝?，通過(guò)非恒定流模擬出排澇泵站在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的變化過(guò)程。經(jīng)過(guò)模型模擬計(jì)算，剔除模擬水位超過(guò)河道限制水位的方案后，可得到外港河的河道水位。

以“等功耗下實(shí)現(xiàn)排澇泵站排水量最大”為目標(biāo)制定優(yōu)化調(diào)度方案，開(kāi)展以泵站調(diào)度為基礎(chǔ)的正交試驗(yàn)，利用遺傳算法對(duì)每組調(diào)度方案序列進(jìn)行求解，再通過(guò)MIKE 11水動(dòng)力模型將排水后會(huì)導(dǎo)致河道水位超出安全水位的泵站調(diào)度方案進(jìn)行剔除，最終得到優(yōu)化調(diào)度方案，各個(gè)方案根據(jù)排水量大小排列，結(jié)果如表6所示。

表6 圩區(qū)排澇泵站優(yōu)化調(diào)度排序

表6中的所有方案均是可行的優(yōu)化調(diào)度方案，在設(shè)定的同等條件下，方案3能達(dá)到的排水量最大，故方案3即為“等功耗下，泵站排水量最大”的最優(yōu)運(yùn)行方案，4個(gè)泵站的啟閉方式分別為：全開(kāi)、關(guān)閉、半開(kāi)、關(guān)閉。該方案相較代表圩區(qū)泵站現(xiàn)行調(diào)度方式的方案1多排水0.76萬(wàn)m3，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)正交試驗(yàn)法優(yōu)化調(diào)度方案從而提高排澇泵站防洪除澇效率的目的。

4 結(jié) 論

a. 考慮平原圩區(qū)和泵站排澇的特征，提出一套以等功耗為前提，實(shí)現(xiàn)排水量最大的排澇泵站優(yōu)化調(diào)度方案確定方法。通過(guò)開(kāi)展正交試驗(yàn)，明確了影響試驗(yàn)指標(biāo)各因素的主次順序及重要程度，同時(shí)在保證可行性的前提下有效降低了試驗(yàn)煩瑣程度，縮短了優(yōu)化調(diào)度方案的制定周期。

b. 以實(shí)現(xiàn)平原圩區(qū)排澇泵站優(yōu)化調(diào)度為目標(biāo)，對(duì)秦淮河流域排澇泵站調(diào)度方案開(kāi)展正交試驗(yàn)，結(jié)合排澇泵站的參數(shù)、特點(diǎn)與實(shí)際情況，利用L9(34)正交試驗(yàn)表對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行編排，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析以獲得不同因素之間、同一因素中的不同水平對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的重要程度。最后經(jīng)過(guò)篩選得到“等功耗下排水量最大”的最優(yōu)調(diào)度方案，提高了排澇泵站的防洪除澇效率。

c. 當(dāng)圩區(qū)內(nèi)水位較高時(shí)，除了利用排澇泵站進(jìn)行抽排，還可通過(guò)開(kāi)放閘門的方式，自主進(jìn)行排水。在未來(lái)的圩區(qū)排澇泵站優(yōu)化調(diào)度研究中，可將閘門調(diào)度與泵站調(diào)度相結(jié)合，優(yōu)化泵閘聯(lián)合調(diào)度方案。