引黃調(diào)水工程星石泊泵站最佳運行特性指標評價方法研究

趙曉東

(山東省調(diào)水工程運行維護中心 濱州分中心，濟南 250100)

0 引 言

星石泊泵站為山東省膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程新建七級泵站中的第七級泵站，位于煙臺市牟平區(qū)龍泉鎮(zhèn)星石泊村東南約400 m處，泵站機組中心線設(shè)計樁號為219+190.020，960.760，上下均接壓力鋼管，泵站設(shè)計流量為4.8 m3/s，設(shè)計揚程73 m，總裝機容量6 800 kW。引黃調(diào)水工程星石泊泵站作為我國大規(guī)模泵站，其運行特性指標為跨流域調(diào)水工程運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對引黃調(diào)水工程星石泊泵站最佳運行特性指標進行評價，是確保引黃調(diào)水工程星石泊泵站處于最佳運行狀態(tài)的有效手段。目前，我國已有學(xué)者提出引黃調(diào)水工程星石泊泵站最佳運行特性指標評價方法，并通過遺傳投影尋蹤模型進行泵站運行綜合評價[1]。在此基礎(chǔ)上，本文提出一種新型引黃調(diào)水工程星石泊泵站最佳運行特性指標評價方法，目的在于通過精準分析得到更客觀的評價結(jié)果。

1 新型評價方法

1.1 泵站最佳運行特性評價指標

結(jié)合引黃調(diào)水工程星石泊泵站實際運行情況，開展引黃調(diào)水工程星石泊泵站最佳運行特性指標評價方法研究[2]。泵站最佳運行特性評價指標可宏觀表示泵站最佳運行特性，且可分析泵站最佳運行特性，基礎(chǔ)的泵站最佳運行特性評價指標由運行電費、開停機次數(shù)、葉片調(diào)節(jié)次數(shù)、運行時間、平均效率、消耗功率及總抽水量構(gòu)成。由于泵站最佳運行特性評價指標受多種因素影響，為此應(yīng)在經(jīng)濟許可的條件下，合理通過少數(shù)綜合變量取代原有多維變量，用于解決泵站最佳運行特性評價指標存在多解性的問題。引黃調(diào)水工程星石泊泵站由于地質(zhì)層所受干擾較大，且涉及的邊界問題較多，因此在確定泵站最佳運行特性評價指標過程中，利用最小二乘法，擬合得到最終結(jié)果。

1.2 泵站最佳運行特性指標評價風險值

將引黃調(diào)水工程星石泊泵站最佳運行特性相關(guān)聯(lián)，作為直接影響評價標準的關(guān)鍵因素，這在評價過程中發(fā)揮著重要作用。綜合考慮特殊地質(zhì)條件，計算得到泵站最佳運行特性指標評價風險值，從而實現(xiàn)對泵站最佳運行特性指標的評價。本文采用早期瑞典科學(xué)家Hakanson提出的生態(tài)指標評價方法，根據(jù)引黃調(diào)水工程星石泊泵站實際運行情況，對泵站最佳運行特性指標進行有效評價，結(jié)合多方面風險評價經(jīng)驗，計算泵站最佳運行特性指標評價風險值[3]。計算公式如下：

R=β×(Tm-f)

(1)

式中：β為多種影響泵站最佳運行特性指標的外界因素；T為評價隱患；m為泵站最佳運行特性指標；f為泵站最佳運行特性指標評價主控因素。

根據(jù)式(1)，可判定泵站最佳運行特性指標評價數(shù)據(jù)中潛在的風險。當計算結(jié)果能達到引黃調(diào)水工程星石泊泵站最佳運行特性時，證明評價結(jié)果具有可實施性；當超出或低于該范圍時，需修正泵站最佳運行特性指標評價數(shù)據(jù)后進行重新計算，直至滿足泵站最佳運行特性指標評價要求。

1.3 評價因子荷載矩陣

通過明確泵站最佳運行特性指標評價風險值，提取最佳運行特性指標評價關(guān)鍵評價因子，采用構(gòu)建評價因子荷載矩陣的方式，進行新型評價方法的設(shè)計[4]。①建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)樣本矩陣，將該組矩陣表示為Z，則Z對應(yīng)的樣本組合可表示為Zi={Zi1,Zi2,…,Zij}，其中j為泵站最佳運行特性指標評價主成分的數(shù)量。②采用云端數(shù)據(jù)處理的方式對收集到的數(shù)據(jù)進行前期預(yù)處理，統(tǒng)一存儲數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)對泵站最佳運行特性指標的有效分析。③選擇可實現(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)化分析的線性函數(shù)，定義函數(shù)TEC設(shè)計標準，保留傳統(tǒng)評價方法中數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢，將特征空間數(shù)據(jù)進行正交方向轉(zhuǎn)換，按數(shù)據(jù)特征值大小，將最佳運行特性指標重要程度由高至低依次排列，前m組數(shù)據(jù)集合是保留數(shù)據(jù)變異結(jié)構(gòu)最多的數(shù)據(jù)組[5]。④進行特性指標數(shù)據(jù)代表成分方差數(shù)值計算，計算公式如下：

(2)

式中：λ為泵站最佳運行特性指標對應(yīng)的映射數(shù)據(jù)；I為多種特征元素單向矩陣。

根據(jù)式(2)可進行泵站最佳運行特性指標投影評價，結(jié)合投影單位及覆蓋范圍，實現(xiàn)對應(yīng)評價因子荷載矩陣的建立，以滿足數(shù)據(jù)的綜合性評價。

1.4 泵站最佳運行特性指標評價賦值

新型評價方法最后一步為泵站最佳運行特性指標評價賦值。根據(jù)德爾菲數(shù)據(jù)處理方法進行多組數(shù)值權(quán)重程度對比，采用專家評分的方式，針對技術(shù)投入與凈化效果，進行泵站最佳運行特性指標評價數(shù)據(jù)評價模擬化檢測。結(jié)合基礎(chǔ)對比指標，將區(qū)間賦值數(shù)據(jù)分為0～60、60～75、75～85及>85分，整合泵站最佳運行特性指標評價賦值的數(shù)值。采用動態(tài)化評價方式，對多種泵站最佳運行特性評價指標進行綜合性賦值[6]。此外，采用建立核函數(shù)的方式進行多級指標變量統(tǒng)計，對權(quán)重值較大的泵站最佳運行特性評價指標賦予較高的權(quán)值，分析數(shù)據(jù)間的權(quán)值占比以及權(quán)值間的動態(tài)化關(guān)系，實現(xiàn)泵站最佳運行特性指標評價。由大至小對權(quán)值數(shù)據(jù)進行排序，數(shù)值越大表示泵站最佳運行特性指標越重要。

2 試驗概況

為便于對比本文設(shè)計的新型評價方法與傳統(tǒng)評價方法的差異，驗證新型評價方法的適用性，進行仿真試驗，將傳統(tǒng)評價方法設(shè)為試驗對照組。在引黃調(diào)水工程星石泊泵站均勻布設(shè)8個測試點，測試點間距約為300 m，依次編號為1-8，將采集到的數(shù)據(jù)利用仿真試驗軟件MyCloud進行歸一化處理，試驗環(huán)境配置情況見表1。

表1 試驗環(huán)境配置Tab.1 Specific parameters of experimental environment configuration elements

3 試驗結(jié)果與分析

兩種評價方法評價矢量對比結(jié)果見表2。

表2 評價矢量對比結(jié)果Tab.2 Comparison of evaluation vectors

由表2可知，本文設(shè)計的新型評價方法凈化效果評價矢量最高為0.96，而傳統(tǒng)評價方法凈化效果評價矢量最高為0.55，由此可見新型評價方法評價能力更強，可實現(xiàn)引黃調(diào)水工程星石泊泵站最佳運行特性指標的精準評價。

4 結(jié) 語

通過試驗來驗證本文設(shè)計的新型評價方法的適用性。試驗結(jié)果表明，由新型評價方法得到的凈化效果評價滿足設(shè)計總體要求，可實現(xiàn)引黃調(diào)水工程星石泊泵站最佳運行特性指標的精準評價，不僅能完成傳統(tǒng)的評價方法不能完成的任務(wù)，還能以評價因子荷載矩陣為導(dǎo)向，為引黃調(diào)水工程星石泊泵站最佳運行特性指標評價方法的設(shè)計提供借鑒。