李 楠

(遼寧省鐵嶺水文局，遼寧 鐵嶺 112000)

鐵嶺市水庫群聯(lián)合供水優(yōu)化調(diào)度方案研究

李 楠

(遼寧省鐵嶺水文局，遼寧 鐵嶺 112000)

本研究基于水庫群聚合虛擬法、利用逐步優(yōu)化算法，制定了鐵嶺地區(qū)聚合虛擬水庫的聯(lián)合供水調(diào)度方案，并采用分水比例法確定了各成員水庫共同供水任務(wù)的分配比例。結(jié)果表明：該方案可滿足全市各類型的用水需求，利用該優(yōu)化調(diào)度模型可制定科學合理的水庫聯(lián)合供水優(yōu)化調(diào)度方案，從而為該地區(qū)的水資源配置提供參考。

鐵嶺市；水庫群；聯(lián)合供水；優(yōu)化調(diào)度

水庫聯(lián)合供水調(diào)度可充分發(fā)揮庫群的庫容補償和水文補償作用，調(diào)節(jié)江河流域的水資源時空差異性，從而提高流域水庫系統(tǒng)對水資源的優(yōu)化配置能力。當前，水庫聯(lián)合調(diào)度的最佳方法是將水庫群虛擬為聚合水庫并以此為依據(jù)來制定供水決策，一方面可全面地考慮水庫系統(tǒng)的供水能力，另一方面又可精確地定位系統(tǒng)對各用水戶的供給量。在具體應(yīng)用中，倪明結(jié)合了水庫庫容調(diào)節(jié)特點與合理供配水原則建立了有效的水庫聯(lián)合調(diào)度供水模型，從而為水庫供水優(yōu)化調(diào)度提供了有益的借鑒。然而，該應(yīng)用實例沒有對各成員水庫的共同供水任務(wù)分配比例進行進一步的分析，因此，本文以鐵嶺市水庫群為例，結(jié)合倪明建立的水庫群聯(lián)合供水調(diào)度模型和李昱等采用的水庫群共同供水任務(wù)優(yōu)化分配方法，探索了鐵嶺市水庫聯(lián)合供水的高效調(diào)度方案，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 研究區(qū)域概況

鐵嶺市位于遼寧省北部、松遼平原中段，面積1.30萬km2，人口266.6萬。轄銀州區(qū)、清河區(qū)、鐵嶺新城區(qū)、調(diào)兵山市、開原市、鐵嶺縣、西豐縣、昌圖縣以及鐵嶺經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、鐵嶺高新產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)。全市正在形成水庫群聯(lián)合開發(fā)利用的總體布局。轄區(qū)內(nèi)水庫及其分布見表1。

表1 鐵嶺市各地區(qū)所屬水庫

全市年用水總量約為12.50億m3，其中農(nóng)業(yè)用水占絕大部分，約為11.30億m3，其次為工業(yè)用水，約為0.75億m3，城鎮(zhèn)生活用水約為0.47億m3，其他用水約為0.02億m3。

2 水庫聯(lián)合供水優(yōu)化調(diào)度模型

水庫聯(lián)合供水優(yōu)化調(diào)度方案的制定可分為兩部分：一是建立集合虛擬水庫調(diào)度方案，可采用倪明所建立的模型與方法；二是確定各成員水庫的共同供水任務(wù)分配比例，可采用李昱等人所提出的分配策略。

2.1 集合虛擬水庫聯(lián)合調(diào)度模型

集合虛擬水庫聯(lián)合調(diào)度模型是將水庫群虛擬為聚合水庫并以此為依據(jù)來制定供水決策。本文采用倪明所建立的水庫聯(lián)合調(diào)度供水模型，其中目標函數(shù)的建立依據(jù)是使水庫群系統(tǒng)總供水量最大，其表達式為

(1)

式中W——虛擬聚合水庫供水量；n——調(diào)度時間編號；k——各成員水庫編號；b——供水時間段總數(shù)；a——成員水庫總數(shù)。

虛擬聚合水庫的水量平衡方程為

On+1=On+Kn-Wn-Un-ΔUn

(2)

式中n——時間段；O——蓄水量；K——來水量；U——棄水量； ΔU——損失水量。

水庫群聯(lián)合調(diào)度模型的約束條件包括庫容、水庫的最大下泄流量和最小生態(tài)環(huán)境需水量，其中庫容約束條件的表達式為

(3)

下泄流量約束條件的表達式為

(4)

最小生態(tài)環(huán)境需水量約束條件的表達式為

(5)

2.2 共同供水任務(wù)分配策略

共同供水任務(wù)的分配方法可分為分水比例法和補償調(diào)解法，當水庫群拓撲結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜或者補償關(guān)系不明顯時一般采用前者，當水庫群中存在明顯補償關(guān)系時則宜采用后者。根據(jù)李昱等人所提出的策略，可將成員水庫定義為并聯(lián)水庫和梯級水庫兩類，前者采用分水比例法，而后者采用補償調(diào)解法。

(6)

3 優(yōu)化調(diào)度方案成果

3.1 聚合水庫供水調(diào)度方案

根據(jù)倪明所提方法，采用逐步計算法優(yōu)化水庫群供水調(diào)節(jié)線的位置，依據(jù)各月份的用水量(見表2)及枯水期與豐水期特征構(gòu)建聚合虛擬水庫的供水調(diào)度圖。該方法首先是假設(shè)聚合虛擬水庫中存在n個參數(shù)，選擇其中任意一個為待優(yōu)化參數(shù)并將其他參數(shù)作為固定值，再對待優(yōu)化參數(shù)進行優(yōu)化而得到優(yōu)化值，最后再重復(fù)該過程對其他各參數(shù)進行優(yōu)化，得到最優(yōu)解。供水的優(yōu)先順序為城鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水，其中在豐水期時調(diào)度優(yōu)化的準則是優(yōu)先滿足用戶用水量的設(shè)計供水保證率，再考慮水庫調(diào)度中棄水量最小；在枯水期時調(diào)度優(yōu)化的準則是優(yōu)先滿足用戶用水量的設(shè)計供水保證率，再考慮水庫缺水量達到最小。

表2 鐵嶺市用水現(xiàn)狀 單位： 萬m3

由鐵嶺市集合虛擬水庫聯(lián)合供水調(diào)度圖(見下圖)可見，集合虛擬水庫的農(nóng)業(yè)供水量變化幅度最大，說明鐵嶺市的水庫聯(lián)合供水調(diào)度整體以農(nóng)業(yè)用水為主，主要原因是該地區(qū)農(nóng)業(yè)用水量較大，占總供水量的比例可達90%。水庫供水調(diào)度在9月份以后以工業(yè)供水和城鎮(zhèn)生活供水為主，主要因為該地區(qū)冬季的農(nóng)業(yè)用水量幾乎可忽略不計。對應(yīng)于城鎮(zhèn)生活用水和工業(yè)用水的水庫調(diào)度隨季節(jié)變化的幅度較小，主要因為這兩類需水用途隨季節(jié)的變化相對較小。

集合虛擬水庫聯(lián)合供水調(diào)度圖

3.2 成員水庫群共同供水的分水比例系數(shù)

采用逐步優(yōu)化算法，根據(jù)聚合虛擬水庫調(diào)度方案，確定各成員水庫共同供水的分水比例系數(shù)(見表3)。分水比例系數(shù)最大的為南城子水庫群，各月份平均約為0.38，主要因為該水庫群所在地區(qū)農(nóng)業(yè)用水量較大。清河水庫群和柴河水庫群的各月平均分水比例系數(shù)均約為0.31，主要因為這兩個地區(qū)的用水量與供水能力比較接近?？傮w而言，各成員聚合虛擬水庫的分水比例系數(shù)較為接近，說明水庫群的分組劃分較為合理。

表3 集合虛擬水庫各成員水庫群共同供水的分水比例系數(shù)

3.3 優(yōu)化調(diào)度成果

在構(gòu)建的聚合虛擬水庫優(yōu)化調(diào)度模型中輸入來水量與需水量等值，可得到各月份各類用水的保證率(見表4)。城鎮(zhèn)生活供水的保證率均達到100%，完全滿足供水標準，主要因為在該模型中將城鎮(zhèn)生活用

表4 水庫聯(lián)合供水調(diào)度成果

水設(shè)置為最優(yōu)先級。工業(yè)供水的平均保證率為96.43%，滿足供水標準。農(nóng)業(yè)供水的平均保證率為94.48%，其中9月份—1月份可達100%，但5月份相對較低，考慮到還可采用地下水供水方式，因此，用水需求可得到保證。

4 結(jié) 語

本文采用水庫群聚合虛擬法對鐵嶺市水庫聯(lián)合供水優(yōu)化調(diào)度方案進行了研究。根據(jù)城鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水的優(yōu)先順序，采用逐步優(yōu)化算法構(gòu)建并制定了聚合虛擬水庫的調(diào)度圖，利用分水比例法確定了各成員水庫共同供水的分水比例系數(shù)，并確定了各用水類型的供水保證率。結(jié)果表明：該方法可較好地分配鐵嶺市水庫群的供水能力，滿足用水需求。為使水庫群的供水分配更加精細化，可對水庫群的拓撲結(jié)構(gòu)作進一步分析，進一步增強該地區(qū)的水資源配置能力。

[1] 倪明.水庫群聯(lián)合供水調(diào)控模型應(yīng)用探究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2017(1)：53-63.

[2] 李昱，彭勇，初京剛，等.復(fù)雜水庫群共同供水任務(wù)分配問題研究[J].水利學報，2015(1)：83-90.

[3] 郭旭寧，胡鐵松，黃兵,等.基于模擬-優(yōu)化模式的供水水庫群聯(lián)合調(diào)度規(guī)則研究[J].水利學報，2011(6)：705-712.

[4] 郭玉英，張桂英，宋濤.夏津水庫工程的供水前景分析[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2011(4)：57-58.

[5] 李智錄，李壽頤.用逐步計算法編制以灌溉為主水庫群的常規(guī)調(diào)度圖[J].水利學報，1993(5)：44-47.

[6] 朱興華.引漢濟渭工程水源聯(lián)合調(diào)度應(yīng)用研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2012(6)：13-16.

[7] 郭旭寧，胡鐵松，曾祥，等.基于二維調(diào)度圖的雙庫聯(lián)合供水調(diào)度規(guī)則研究[J].華中科技大學學報：自然科學版，2011(10)：121-124.

[8] 高靜波.固原市清水河城區(qū)段河道蓄水工程聯(lián)合運行調(diào)度方案研究[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2009(6)：30-32.

[9] 李生河.宗朗水庫集中供水的成功經(jīng)驗與啟示[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2011(1)：32.

Study on Optimal Dispatching Scheme of Combined Water Supply in Tieling City Reservoir Group

LI Nan

(HydrologyBureauinTielingofLiaoningProvince,Tieling112000,China)

Based on the aggregated virtual method of reservoir group and the progressive optimization algorithm, the combined water supply scheduling scheme of the aggregated virtual reservoir in Tieling area is established, and the distribution ratio of the common water supply tasks of each member reservoir is determined by the watershed ratio method. The results show that the scheme can meet the demand of various types of water in the whole city, and the optimal dispatching model can be used to develop a scientific and reasonable water supply optimal dispatching scheme, so as to provide reference for the water resources allocation in this area.

Tieling City; reservoir group; combined water supply; optimal dispatching

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.06.007

TV697

A

1673-8241(2017)06- 0028- 04

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