多水源,多用户大型水资源系统优化模型探究.docVIP

多水源、多用户大型水资源系统优化模型研究 黄 昉1 许文斌2 郑建青3 （1.浙江省水利水电勘测设计院，杭州310002；2.浙江省水利厅，杭州310009；3. 温州市水利水电局，温州325000） 摘要：本文提出一种将水资源系统顺序决策问题转换成有约束非线性优化问题的实用模型——模拟权重系数模型。以具有多水源、多用户、多级串并联性质的宁波城市供水区水资源系统为研究对象，通过与采用模拟法和多维增量动态规划法（MDDDP）相结合的“混合模型”之成果进行对比，表明模拟权重系数模型具有方法简便、成果明瞭之优点。为此类课题的研究开辟了一条新途径。 关键词：水资源系统；模拟权重系数模型；水库调度线 1水资源系统的特点 对于多水源、多用户、多级串并联的大型水资源系统的优化调度，以往常采用增量动态规划模型[1]、分层模型[2]、系列模型[3]以及模拟技术与多维增量动态规划相结合的混合模型[4]。为了避免“维数灾”，先将多个水源工程概化合并，计算完后再进行分解。但对于多级串并联之水资源系统，亦只能采用反复迭代，力求逼近最优解。这种水资源系统的特点有： （1）大系统由几个具有相对独立的供、排水网络的子系统组成。各子系统的供水工程由河网和水库组成，且存在“多维”问题。有的子系统维数高达十几维。各子系统之间联通成网的水厂管道可相互调配各子系统的蓄水工程供水量。 （2）各子系统均有多种水源：水库蓄水、非水库控制山区迳流、平原地表迳流、可供开采的地下水以及生活、工业和农业回归水。 （3）用水部门分：“确保”、一般工业、畜牧业、农业灌溉、环境、航运等六个用水户。其中：“确保用水户”是指对国计民生极为重要，必须予以最大限度保证的用水部门，包括城乡人民生活、绿化、消防和重要工矿用水等。根据重要程度和单方供水效益差异，各用水户有不同的供水保证程度要求，优化成果需提供各水库的各用户供水调度线，以指导实际调度。 （4）各子系统的供水工程均为多级串并联。水库的弃水是河网的水源之一，而有些水库却是从所在子系统内河网抽水蓄库的“调峰”水库。 （5）水库有管道直供水厂、重要工矿以及放水至河网再供给各用水户两种供水方式。水厂有部分从河网取水、部分由水库直供两种取水方式。 2 数学模型与模型求解 2.1 建模思路 对于复杂的水资源系统，常规分析方法是采用模拟法，该法的优点在于不管系统多么错综复杂，只要事先确定调度原则和选择好有较佳代表性的确定型迳流系列就能顺利得出分析结果。工程应用中，常由有经验的设计人员定出有限套可能的调度原则方案，通过方案比较确定推荐方案，成果清晰、明瞭。但此法存在成果随调度方案确定者的经验多寡而优劣。 对供水系统来讲，优化调度的目标是使其供水效益最大或各用水户的缺水损失总值最小（有时简化采用缺水量总和最小）。在实际调度中，一般通过使调节性能好的供水工程多蓄水，调节性能差的多供水，充分利用各供水工程的库容和提高其库容的重复利用率来增加供水量。由于河网和江道型水库汇水面积大，调蓄性能较差，应尽量先用该部分蓄水。若当前时段该部分蓄水能满足各用户需要，除部分直接由水库供水的用户外，水库群不供水；反之，不足部分即为需要水库群提供的水量。由此 第一作者简介：黄昉（1952—），男，浙江杭州人，高级工程师，从事水利规划工作。 可见，河网和江道型水库的调度方式经定性分析即可得以确定，并可得出各时段要求水库群供水的总需供水量。假定水库r时段i的需供水量gri等于水库群总需供水量Gi乘上供水权重系数βri，据此将水库群各时段的总需供水量分配到各水库，用模拟方法计算出各用水户在整个计算系列中的总缺水量，再根据使缺水损失总值最小的原则对供水权重系数寻优，从而求得最优解。但βri与时段i有关,仍是顺序决策问题。若能进一步把对βri寻优的问题转换成对另一个与时段i无关、但能确定βri值的参数进行寻优的话，则复杂的系统顺序决策问题将被转换成简单的非线性优化问题。 2.2 供水权重系数和优化供水幂数 增加供水、减少弃水量的目标是使得各库容系数不同、兴利库容不同的水库能够同时蓄满和同时将蓄水供完。水库时段初蓄水量以及兴利库容与多年平均迳流量的比值——库容系数是决定水库当前时段供水量大小的两个重要因素。供水权重系数βri是水库r时段i的需供水量gri在该时段水库群的总需供水量Gi中所占的比例，并且gri应与库容系数αr成反比，与时段初库容Vri成正比。本文采用 βri=gri/gri=[（1/αr）**Xr*Vri]*Gi/{[（1/αr）**Xr*Vri]*Gi } =[（1/αr）**Xr*Vri]/ [（1/αr）**Xr*Vri]