南水北調(diào)東線(xiàn)江蘇段庫(kù)群水資源優(yōu)化調(diào)度方法研究

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1、灌溉排水學(xué)報(bào)２０１５年４月第３４卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章編號(hào)：１６７２－３３１７（２０１５）０４－００１４－０５南水北調(diào)東線(xiàn)江蘇段庫(kù)群水資源優(yōu)化調(diào)度方法研究史振銅１，程吉林１，楊樹(shù)灘２，常本春２，蔣詠２（１．揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州２２５００９；２．江蘇省水資源服務(wù)中心，南京２１００２９）摘要：以南水北調(diào)東線(xiàn)江蘇段“洪澤湖—駱馬湖—南四湖下級(jí)湖”庫(kù)群系統(tǒng)為研究對(duì)象，以缺水量最小為目標(biāo)，構(gòu)造庫(kù)群水資源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，并采用大系統(tǒng)分解－動(dòng)態(tài)規(guī)

2、劃聚合方法進(jìn)行求解。以系統(tǒng)各水庫(kù)的可供水量為協(xié)調(diào)變量，將模型分解為洪澤湖、駱馬湖、南四湖下級(jí)湖３個(gè)水庫(kù)優(yōu)化子模型。該子模型以水庫(kù)可供水量為決策變量、水庫(kù)庫(kù)容離散值為狀態(tài)變量；在“單庫(kù)”子模型優(yōu)化基礎(chǔ)上，以各水庫(kù)的供水量為決策變量，水庫(kù)可供水量的離散值為狀態(tài)變量構(gòu)造聚合模型，子模型和聚合模型均為一維動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法進(jìn)行求解。通過(guò)優(yōu)化計(jì)算，與常規(guī)調(diào)度成果比較，Ｐ＝５０％、７５％、９５％來(lái)水頻率下系統(tǒng)供水量相應(yīng)提高了０．２％、０．５％和０．８％，系統(tǒng)總?cè)彼肯鄳?yīng)減少了３６．５％、４．７％和１．５

3、％，總棄水量相應(yīng)減少了３０．７％、３２．８％和１００％。關(guān)鍵詞：水庫(kù)群；優(yōu)化；分解；聚合；動(dòng)態(tài)規(guī)劃中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＶ２１３．９文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１５．０４．００４史振銅，程吉林，楊樹(shù)灘，等．南水北調(diào)東線(xiàn)江蘇段庫(kù)群水資源優(yōu)化調(diào)度方法研究［Ｊ］．灌溉排水學(xué)報(bào)，２０１５，３４（４）：１４－１８．０引言水庫(kù)群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度是一個(gè)涉及多水庫(kù)、多階段的復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題。近幾十年來(lái)，針對(duì)水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)度［１－３］［４］問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用各種優(yōu)化算法、智能算法以及模擬技術(shù)對(duì)系

4、統(tǒng)運(yùn)行模型與方法開(kāi)展了一定研究，并取得了一定成果。針對(duì)南水北調(diào)東線(xiàn)江蘇段“洪澤湖—駱馬湖—南四湖下級(jí)湖”庫(kù)群系統(tǒng)，以庫(kù)群系統(tǒng)的［５］總?cè)彼孔钚槟繕?biāo)，建立庫(kù)群水資源優(yōu)化調(diào)度模型，并采用大系統(tǒng)分解－動(dòng)態(tài)規(guī)劃聚合算法對(duì)模型進(jìn)行求解，以“單庫(kù)”為子系統(tǒng)模型進(jìn)行分解，然后根據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化原理對(duì)子系統(tǒng)的優(yōu)化成果進(jìn)行聚合，子系統(tǒng)模型和聚合模型均采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行求解，以獲得系統(tǒng)最優(yōu)調(diào)度方案。１材料與方法１．１南水北調(diào)東線(xiàn)庫(kù)群系統(tǒng)概況南水北調(diào)東線(xiàn)工程是在江蘇江水北調(diào)工程基礎(chǔ)上拓展規(guī)模，向北延伸，利用京杭運(yùn)河及其平行

5、的河道輸水。南水北調(diào)東線(xiàn)工程江蘇段主要涉及洪澤湖、駱馬湖以及南四湖下級(jí)湖３個(gè)調(diào)蓄湖泊并通過(guò)沿線(xiàn)９個(gè)梯級(jí)泵站群進(jìn)行逐級(jí)調(diào)水北送，是一個(gè)涉及多水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度的跨流域調(diào)水工程。將單個(gè)湖泊及與之相關(guān)的泵站、河網(wǎng)等統(tǒng)一作為１個(gè)庫(kù)區(qū)進(jìn)行分析，可將該系統(tǒng)分為３個(gè)庫(kù)區(qū)，按供水分配方向自上而下為南四湖下級(jí)湖庫(kù)區(qū)、駱馬湖庫(kù)區(qū)及洪澤湖庫(kù)區(qū)，其庫(kù)群系統(tǒng)概化圖如圖１所示。各庫(kù)區(qū)北調(diào)水量按南水北調(diào)一期工程預(yù)案作為常量考慮，該北調(diào)水量作為受水區(qū)需水量的一部分。以２０２０年為規(guī)劃水平年，通過(guò)來(lái)水、用水過(guò)程分析以及水量配置原則進(jìn)行調(diào)度，以

6、確定最優(yōu)調(diào)度方案。收稿日期：２０１４－１１－１１基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（６０９７４０９９）；教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目（２００９３２５０１１０００２）；江蘇省屬高校自然科學(xué)重大項(xiàng)目（０９ＫＪＡ５７０００１）；江蘇省水利科技項(xiàng)目（２０１３０３７）；江蘇?。玻埃保衬甓绕胀ǜ咝Ｑ芯可蒲袆?chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（校助ＣＸＬＸ１３＿９０９）作者簡(jiǎn)介：史振銅（１９８６－），男，山東章丘人。博士研究生，主要從事水利規(guī)劃與管理研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｚｔ８６０３２４＠１２６．ｃｏｍ通訊作者：程吉林（１９６３－），男，江蘇常熟人。

7、教授，主要從事水利規(guī)劃優(yōu)化理論與應(yīng)用研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｌｃｈｅｎｇ＠ｙｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ１４圖１南水北調(diào)東線(xiàn)江蘇段庫(kù)群系統(tǒng)概化圖１）湖泊特性。南水北調(diào)東線(xiàn)一期工程用洪澤湖、駱馬湖、南四湖下級(jí)湖進(jìn)行調(diào)蓄，各湖泊均以年調(diào)節(jié)水庫(kù)來(lái)考慮，以死水位作為庫(kù)容下限水位，以汛期（或非汛期）蓄水位作為庫(kù)容上限水位，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。各湖泊基本特性如表１所示，其中各水位為廢黃河高程。表１調(diào)蓄湖泊特性蓄水位／ｍ調(diào)蓄庫(kù)容／億ｍ３湖泊死水位／ｍ死庫(kù)容／億ｍ３汛期非汛期汛期非汛期洪澤湖１１．３０１２．５０１３．５０７．００１５．３

8、０３１．３５駱馬湖２１．００２２．５０２３．００３．２０４．３０５．９０南四湖下級(jí)湖３１．５０３２．５０３３．００３．４５４．９４８．００２）時(shí)段劃分。各湖泊均以年調(diào)節(jié)水庫(kù)考慮，故按水文年（７月—翌年６月）計(jì)算，且時(shí)段以月計(jì)，則Ｎ＝１２。３）來(lái)水資料及分析。洪澤湖、駱馬湖、南四湖下級(jí)湖同期實(shí)測(cè)徑流序列自１９５６—１９９８年，采用Ｐ－Ⅲ曲線(xiàn)對(duì)歷史水文系列來(lái)水資料進(jìn)行水文頻率計(jì)算，得出各設(shè)計(jì)頻率下的年徑流量，進(jìn)而選擇年徑流量與設(shè)計(jì)值接近的年份作