基于自优化模拟技术的水库供水风险分析方法及应用 - 水利学报.pdf

水 利 学 报 年 月 第 卷 第 期 文章编号 基于自优化模拟技术的水库供水风险分析方法及应用 顾文权 邵东国 黄显峰 代 涛 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室 湖北武汉 河海大学水利水电工程学院 江苏南京 长江勘测规划设计研究院 湖北武汉 摘要 针对来水与用水的不确定性 采用随机模拟技术生成供水水库来水 用水序列 并以此为基础应用自优化模 拟技术建立了以供水量最大 弃水量最小为目标的供水水库调度模拟模型 根据风险分析基本理论 对水库调度 结果进行供水风险分析 以南水北调中线水源地丹江口水库为例说明模型的应用 结果表明 采用随机模拟技术 与自优化模拟调度相结合的方法能为水库提供最优调度方式 保证了各时段所需的供水量 也有利于降低供水风 险 关键词 自优化模拟 随机模拟 风险分析 南水北调中线 汉江中下游 中图分类号 文献标识码 随着人口与经济的增长 水资源的需求量不断增加 水资源短缺问题已成为水资源管理面临的主要 问题之一 受降雨 径流 种植结构 工程规模及调度规则及其他不确定性因素的影响 供 用水在不同 程度上存在着不确定性 水资源系统不可避免的存在缺水风险 为了减少或避免缺水造成的损失 进行 水资源短缺风险分析十分必要 已有学者在水资源短缺风险方面已做了大量研究 提出了 可靠性 可恢复性 脆弱性等评价指标 并从数学上加以定义 等 以 链对供水系统的 可靠性进行了评估 冯平 结合具体水库 给出了相应的供水风险 可靠性 可恢复性与易损性等风险 指标 阮本清等 以黄河下游沿黄地区供用水系统为例 对由水文现象的随机影响而带来的风险进行 了研究 王道席 从来水和用水不确定性角度分析了黄河下游水量调度风险 建立了水量调度风险分 析模型 梁忠民 对南水北调中线工程的供水量进行了风险分析 韩宇平等 采用随机模拟技术对串 联水库联合供水风险进行了定量描述 多数情况下 水资源系统供水风险分析与水库调度密切相关 合 理的调度对缓解水资源短缺具有十分重要的意义 雷声隆等 在南水北调东线工程的研究中 针对水 库调度问题 提出了自优化模拟模型与技术 随后 邵东国 罗强等 从理论上对自优化模拟技术的 收敛性和最优性 水库调度的最优域进行了证明 本文运用自优化模拟技术建立以供水量最大 弃水量 最小为目标的供水水库调度模拟模型 结合风险分析基本理论 对汉江中下游地区供水风险进行定量研 究 自优化模拟模型 一般模拟技术由于其输入序列是不能控制的 在运行规则不变时 系统输出仅是一种自然响应 不 具备使输出响应趋于最优目标的功能 自优化模拟技术则是使一般模拟计算所得输出结果反馈至输入 端 并自动生成对系统进行控制的修正量 逐步形成模拟最优控制运行线 引导模拟结果趋于最优目标 值 收稿日期 基金项目 国家 项目 湖北省自然科学基金重大项目 作者简介 顾文权 男 湖北仙桃人 博士生 从事水资源系统分析方面的研究 目标函数 在系统弃水量最小和调水量最大等目标条件约束下 系统供水量最大 数学表述为 式中 为 时段系统供水量 万 为运行时段总数 约束条件 约束条件包括目标约束 水量平衡约束 水库蓄水容积约束 泄水能力约束 非负约束 等 目标约束 调水量最大约束 即 式中 为 时段供水水库调水量 万 弃水量最小约束 即 式中 为 时段供水水库弃水量 万 水库水量平衡约束 式中 分别为 时段初水库蓄水量 来水量 供水量 外调水量和弃 水量 为水库 时段水量损失 水库蓄水容积约束 式中 分别为水库 时段允许最大 最小蓄水量 万 泄水能力约束 式中 为水库放水能力 万 ?时段