跨流域引水期间受水水库引水与供水联合调度研究

姜政同

【摘要】我国水资源在分布方面不均，和社会经济的发展不相符合，水资源供需要求很难满足，只是采用本区域的水资源开采挖掘很难对本地区的水资源短缺问题合理及诶绝，现阶段跨区域调水工程逐渐成为水资源分配以及对缺水区域供需矛盾进行缓解的主要方式。并且当前对于跨流域水库群联合调度模型的优化以及求解方式的研究有了很大的进步。但是，随着跨区域调水需求不断在增大，水库群拓扑结构也呈现出一定的复杂性，调度规则和求解方式的适用性有了一定的问题存在。同时，对于跨流域水库群引水方式的研究也很少，在对引水规则的制定中需要按照不同的水库群拓扑结构，在此基础上对规则实现不断完善，从而将引水的效率不断提升。另外，由于跨流域水库群的调度规模不断在增加，这样就将调度问题的复杂程度加大，这对于计算效率以及求解精度要求也是越来越高。随着现阶段计算机技术的快速发展以及多核并行计算平台日益多元化，在对其计算效率以及求解精度要求提升方面采用多核并行计算成为主要的方式之一。

【关键词】跨流域引水期间；水库引水；供水；联合调度

1、跨流域引水期间受水水库引水与供水联合调度现状

随着当前社会经济的发展，人们的用水需求不断在增加，相对于一些水资源比较匮乏的区域，其主要就是采用农业以及生态环境水量和对地下水超采方式来满足用水需求。为了能够对这些区域用水需求矛盾进行合理的解决，就需要采用跨流域工程，从而将人们的用水需求合理的解决，并且将农业用水和生态环境用水需求进行环节，实现对地下水超采的压缩。在采用跨流域引水之后，由于水库所承载的任务以及其他客观条件都有很大的變化，采用传统的调度原则和调度图很难适应新的形式。水库调度不但需要和供水规则相适应，还将引水规则有效增加；水路调度图不但拥有多个目标的供水控制线组成，还将引水控制线当中的引水调度图增加，也就是对引水和供水联合调度图进行合理的绘制。所以，加强对跨流域引水当中水库有效调动方式的研究就非常有意义。

在对受水水库调度方面，所遇到的挑战主要就是，如果按照规划的方式引水，这样前期的引水就会因为后期的天然水比较多而放弃；如果引水量不是很充足，这样就会造成因为后期的水库天然来水太少使得供水环境产生损坏，所以，就需要制定合理的联合调度图以及规则，以此对供水和引水之间的矛盾进行环节，将引水长距离的有效性合理实现；同时在对引水量的规划中，实现水库供水量实现最大化。

2、水库群引水与供水联合调度规则

通常，因为下游的来水很大，为了能够对区间来水合理应用，下游对于下游区间当中的供水主要有两种方式：第一是首先对区间来水实现供应，如果区间的来水不充足，然而按照时段初储水量区域实现供水规划，对不充足的部分需要水库来供应；另外一种方式就是按照时段初蓄水量所处的水库调度区域进行供水决策，继而采用区间来水实现供应，不充足的由水库来供应。

因为跨流域水库群系统自身的拓扑结构很复杂，只是采用水库调度图很难将整体系统的调度规则合理的体现出来，在此基础上还需要采用相应的辅助规则来结合应用，在这当中，主要有以下问题存在：第一，如果多个水库为同一个目标供水，这样所制定的联合供水规则就对引水的合理性有着很大的影响。联合供水当中的供水规则主要就是对供水决策和总量在实际的分配方面的问题；第二，由于受水水库不仅仅只是一个，在这当中还有调水水库对水量的调出方面，对受水水库之间水量如何分配的问题，若是引水分配不是很合理，这样就会使得供水压力太大，水库水量不足问题存在，相对于一些水量比较充足的区域水库效率太低不但需要引水，还需要弃水，所以，制定合理的引水以及供水规则是调度规划当中最为主要的一个环节。

3、引水与供水联合调度图的方式

由于水库天然来水很难控制和预测，这是联合调度引水和供水的难点，其主要体现在长距离供水成本和费用方面很难确保。为了确保各个用水目标的供水合理，需要在规则的引水范围之内尽可能的多引水；如果水库后期因为天然来水比较多，这样在受汛限水位的束缚下就会弃水，尽管在整体宏观角度来看弃水对于下游河道以及入海口的生态非常有利，但是，长距离引水成本很高，这非常的不经济以及合理。第二个难点主要体现在前期的引水比较少问题，如果水库后期因为降雨所产生的天然来水很少，这样就很难确保各个目标用水需求用户供水的保证率不高，一般为了处理这些问题，最为有效的方式就是按照历史参考资料来实现合理的模拟，在此基础上制定合理的引水和供水联合调度图，从而将引水和弃水之间的关系以及引水和用水量之间的关系进行保证。

相对于将供水作为主要的多用户水库，供水主要就是工业用水以及生活用水，还有农业生态用水等，往往还有发电以及航运等需求用水，按照相应的要求，每一个供水保证率的要求是不同的，因为供水保证率主要就是按照从高到低的顺序来对其优先顺序进行确定的，这样就可以按照用水的特点以及相关的影响因素来对其破坏深度进行合理确定。

4、受水水库引水与供水联合调度图的模拟优化方法

4.1引水与供水联合调度模型

相对于受水水库引水和供水之间的联合调度问题，其作为多水源以及多用户和多目标水资源联合调度的主要问题之一。首先，就需要在给定的饮水量目标范围之内，确保引水之前的相应农业以及生态用水的实际需求，使得对于工业和人们的实际生活当中供水量为最大，同时能够在一定意义上确保供水保证率符合相关要求；其次，需要在对工业以及生活供水量最大的基础上有效的满足相应保证率，将长距离高成本饮水量的合理性进行提升，也就是在对生态环境用水量满足的基础上实现水库弃水的最小。

4.2对单目标联合调度模型的求解

在这当中应用长系列的模拟方式，以及对于受水水库引水和供水联合调度图以及调度规则方面采用迭代求解。

4.2.1状态变量、决策时段与决策变量

对于水库的水位按照状态变量来取，按照北方供水水库以及用水的实际特点，对于汛期需要按照旬以及非汛期按照月来有效划分，对于一年可以将其划分为二十个决策时期，相对于决策变量主要有引水和供水决策变量。在这当中，对于引水决策时期当中的饮水量，对其主要可以分为三个级别，也就是满引、按一定规则引水、不引水；这主要是由水库时段初水位在引水调度图当中的相应位置以及相关规则来合理关联的。供水决策主要就是水库为各个用水户当中的实际供水量，按照用水户的不同对供水的次序进行合理分配，按照由水库时段初水位在供水调度图中的位置和相应的供水规则所决定。

4.2.2模型求解过程

在实际的长系列模拟优化之前，需要制定相应的初始调度图，也就是对于每一个调度线当中的初始位置进行划定。在长系列模拟过程中，按照调度图当中的时段初受水水库水位，其自身所处的位置以及调度规则来实现引水以及供水决策，从而获得相应的目标函数值；并且在实际的模拟当中需要对相关的约束进行加强重视，采用相应的惩罚约束基础条件，对于已经有的约束问题合理的转化为没有约束的问题；在这当中，如果不能对供水保证率等约束条件合理的满足，这样对于目标函数值就需求合理的惩罚。

（1）求解模型Ⅰ

在对于工业以及生活用水量確定之后，应用长系列方式来对初始调度图进行绘制，（引水调度图中两条引水控制线取各时段水库蓄水位上限）；（下转第页）

（上接第页）

因为对于引水的合理性不是很重视，所以采用DPSA算法在一定意义上只能够将联合调度图当中的供水图实现优化，在采用迭代优化完成之后按照相应的供水保证率等指标来对实际的工业以及农业和生活用水需求进行合理的判断；这样若是需要增加就有一定的余量，从而能够根据重新所拟制的供水目标量，同时采用人机交互的方法绿地调度图合理调整，在获得相应和约束条件满足的初始可行解来将其输入，对调度图重新合理的实现优化。这样反复进行测试计算，直到最终不再增加为止，也就是对生活以及工业供水量最大值进行获得。

（2）求解模型Ⅱ

以模型Ⅰ当中所获得的相应生活以及工业当中的供水量最大值作为约束条件，因此，其相对应的联合调度图也就可以作为初始调度图，相对于联合调度图当中引水以及供水调度在实际的优化当中主要应用DPSA算法来实施，采用对相应的弃水量相应的指标有效统计，以此来对其合理判断，确保其是否需要对调度图合理优化；这样一直迭代到最后停止，也就是获得优化的引水与供水联合调度图及其调度规则。

结语：

相对于跨流域引水工程来讲，其主要组成主要就是引水水库以及管线或者渠道以及受水水库所构成，其系统非常的复杂。所以，在确保供水安全的基础上，就需要加强对降雨以及径流长期预报信息实施有效应用，在此基础上制定科学合理的引水以及供水调度规划，将引水水库调水量合理应用。

参考文献：

[1]彭勇，彭安帮，周惠成，黄朔.基于改进引水规则的跨流域供水水库联合优化调度研究[J].系统工程理论与实践，2016，36（05）：1346-1353.

[2]周惠成，刘莎，程爱民，张春波.跨流域引水期间受水水库引水与供水联合调度研究[J].水利学报，2013，44（08）：883-891.