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水库群联合优化调度技术方法应用研究 温进化，王士武 （浙江省水利河口研究院 水资源水环境研究所，浙江 杭州 310020） 摘要： 在分析水库群联接方式及特点的基础上，提出水库群联合优化调度的技术方法。最后，利用实例验证该方法可行、有效。 关键词： 水库群；结构模型；数学模型 1 引言 为了从全流域的角度研究防灾和兴利的双重目的，在河流的干支流新建一系列具有相互协作、共同调节径流，满足流域整体各部门多种需要的水库，称为水库群。它具有与单一水库不同的两个基本特征：一是共同性，即共同调节径流，并共同为一些开发目标服务；二是其联系性，组成库群的各水库间，常常存在着一定的水文、水力和水利上的联系。同时，由于各水库库容大小、调节程度和水文情况上的差别，在相互组合时能发挥“库容补偿”和“水文补偿”的调节作用，提高总的开发效果或保证水量。因此，开展水库群联合优化调度技术方法应用研究很有必要。 2水库群的联接方式及其特点 2.1 串联水库群 串联式水库群（梯级水库），是布置在同一条河流，形如梯级的水库群。各水库有各自的开发目标，同时各库的径流之间通过人工（天然）河渠形成上下联系，见图1。 图1 串联水库群联接方式图 串联水库群最主要的特点是上下库间的水力联系，主要表现在以下几方面： （1）位于上游的、较高调节程度的水库对天然来水起了调节作用，改变了下游水库的入库流量在时间上的变化过程。 （2）串联水库群各库的天然入流往往同步性较好，因而上游水库枯水期调节而提高的下泄流量及洪水期减少的下泻流量，多半对减轻下游水库的调节任务有利。 （3）当串联水库群为同一用水部门服务时，它们的工作便具有互为补充的关系。 2.2 并联水库群 并联式水库群，是位于相邻的几条干支流或不同河流上的一排水库，它们有各自的集水面积，故无水力上的联系。当为同一目标共同工作时，才有水利上的联系，见图2。 图2 并联水库群联接方式图 并联水库群最主要的特点是各库间的水利联系，主要特点如下： （1）并联水库群各库的天然入流往往同步性较差，因而水库间“水文补偿”的调节作用更明显。 （2）当并联水库群为同一开发目标服务时，它们的工作便具有互为补充的关系。 2.3 混联水库群 混联水库群是串联和并联水库混和的更一般的水库群形式，其特点也具有串联和并联的一般特性。 图2 混联水库群联接方式图 3 水库群联合优化调度技术方法 3.1 水库群优化调度的结构模型 将水库群联合优化调度模型构建成为两层谱系结构模型，第一层为模拟模型，第二层为总体协调模型。优化时，先进行各水库模拟计算，然后从水库群系统出发，对各水库的目标进行整体协调，求得全局最优解。 （1）协调模型 协调模型主要对不同供水量下的运行结果进行协调，求得全局最优解。其工作步骤如下：初步给定水库群系统供水量，各水库根据水库群系统下达的供水量反馈相应的目标函数值即弃水量。当水库群系统的弃水量达到最小时，则输出相应的结论；当水库群内各水库都达到各自供水保证率要求时，则增加水库群供水量，再次进行水库模拟计算直至水库群总弃水量最小。 （2）模拟模型 模拟模型主要对协调模型下达的供水量进行模拟计算，并返回相应的目标函数值。其工作步骤如下：对于给定的供水量建立模拟模型，模拟各水库的运行情况得出各水库的弃水量和缺水量结果。在进行各水库模拟时，当出现多个水库能同时满足某一用水户时需水时，从满足水资源需求量的角度来说，无论哪个水库供水至需水户，只要总量满足即可。但是，对于各水库的运行结果，由于不同水库当前蓄水状况及下时段的来水情况不同，则存在优先使用哪个水库的水资源问题。为确定优先顺序，引进控制变量。 式中：——第i水库第t时刻的空库容； ——第i水库第t+1时段的来水量。 越小表明面临时段的产生弃水的可能性越大，应优先取用该水库的水资源。设有两水库，某时刻控制变量为、。若，则时段内需增加水库2的供水量为。 3.2 水库群联合优化调度的数学模型 根据水库联合优化调度结构模型构建数学模型如下： （1）目标函数： （2）约束条件： 水量平衡方程 ②状态约束：水库各时段蓄水量应大于或等于死库容，小于或等于兴利库容（或汛限库容），即： ③水厂供水能力约束：水厂供水能力取决于取水口取水能力、输水管网输水能力、水厂的制水能力、水库的蓄水状态等因素。即： ④农业用水供水量约束 等等。 式中：——弃水量函数；——i水库t时段蓄水量；——i水库t时段来水量；——i水库t时段水厂供水量；——i水库t时段农业供水量；——i水库t时段蒸发渗漏损失量；——i水库死库容；——i水库t时段水库最高控制库容；——i水库t时段需水量；——i水库水厂供水能力；——i水库t时段农业需水量。 4 应用实例 某研究区有5座供水水库，其中水库1和水库2向同一地区