基于供配水原则的水库群联合供水调度模型

第３３卷第１１期２０１５年１１月水电能源科学ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒＶｏｌ．３３Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２０１５文章编号：１０００－７７０９（２０１５）１１－００３４－０４基于供配水原则的水库群联合供水调度模型武兰婷１，何士华１，武娥芬２，袁丽２，刘利兵２，李蓉３（１．昆明理工大学电力工程学院，云南昆明６５０５００；２．云南能阳水利水电勘察设计有限公司，云南曲靖６５５０００；３．曲靖市水务局，云南曲靖６５５０００）摘要：鉴于水库群是一个复杂的大系统，包括水库来水、需水和供水决策等在内的诸多方面，考虑水库群之间的库容调节特点，将水库群等效为一个聚合水库，以聚合水库调度图和供水任务分配原则作为调度模型供水决策变量，引入动态供水分配因子作为成员水库间供水分配原则，确定逐时段不同来水情况下水库群的最优供水方案及成员水库之间供水任务优化分配，建立基于合理供配水原则的水库群联合供水调度模型。实例应用结果表明，该水库群联合供水调度模型可使供水系统的水资源得到充分利用，在满足用水户设计保证率要求的同时，增大了水库群供水能力，减少了无效弃水量，并实现了供水任务在各成员水库之间的合理分配，具有显著的社会效益和经济效益。关键词：供水调度模型；水库群联合供水调度；聚合水库；供水原则中图分类号：ＴＶ６９７．１＋２文献标志码：Ａ收稿日期：２０１５－０２－１７，修回日期：２０１５－０３－２４基金项目：国家自然科学基金项目（５１３６９０１３）；昆明理工大学自然科学基金项目（ｋｋｚ３２０１３０４０１６）作者简介：武兰婷（１９９０－），女，硕士研究生，研究方向为水文随机模拟与水资源系统分析，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｕｌａｎｔｉｎｇ１０２５＠ｖｉｐ．ｑｑ．ｃｏｍ１引言水库群联合供水调度可以调节时空分布不均的天然来水，充分发挥水库间的水文补偿与库容补偿作用，最大程度地满足需水要求［１～３］。目前，针对水库群联合供水调度主要有两种建模方式：①将所有水库聚合成一个虚拟水库，通过构建聚合水库调度图及其调度规则，将水量分配到各水库之中；②在水库群中各成员水库单库调度图的基础上，通过制定的调度图及其调度规则将各调度图联系起来［４］。但由于水库群是一个复杂的大系统，包括水库来水、需水和供水决策等在内的诸多方面，存在着较多的不确定性，且是逐时段动态变化的。如在水库群共同承担供水任务时，各成员水库的供水决策只能参考水库当前的蓄水状态制定。当水库水位较低、蓄水量较少时，一般会适当限制供水，但由于各水库天然来水量不确定，若下一个时段某一水库来水量丰富，则之前的限制供水就没必要，更有可能导致该水库产生弃水。为此，本文考虑水库群之间的库容调节特点，将水库群等效为一个聚合水库，建立基于合理供配水原则的水库群联合供水调度模型，并通过实例应用验证了模型的合理性和可行性。２水库群联合供水调度模型２．１目标函数聚合水库总供水量最大。即：ｚｔ＝ｍａｘＲｔ＝ｍａｘ∑ｍｉ＝１ｒｉｔｉ＝１，２，…，ｍ；ｔ＝１，２，…，ｎ（１）式中，Ｒｔ为ｔ时段聚合水库对各用水户的供水量；ｒｉｔ为各成员水库供水量；ｉ为成员水库编号；ｔ为一个水利年度内的调度时段编号；ｍ为水库群成员水库数目；ｎ为一个水利年度内所划分的时段总数。２．２约束条件（１）水量平衡条件。构建的聚合水库除了不具备一定的物理形态，没有一定的面积、库容特性外，其他方面无异于一般现实水库，聚合水库和成员水库ｉ的水量平衡方程分别为：Ｖｔ＋１＝Ｖｔ＋Ｉｔ－Ｒｔ－Ｗｔ－ΔＷｔ（２）ｖｉｔ＋１＝ｖｉｔ＋ｉｉｔ－ｒｉｔ－ｗｉｔ－Δｗｉｔ（３）第３３卷第１１期武兰婷等：基于供配水原则的水库群联合供水调度模型其中Ｖｔ＝∑ｍｉ＝１ｖｉｔ；Ｉｔ＝∑ｍｉ＝１ｉｉｔ式中，Ｖｔ＋１、Ｖｔ分别为ｔ＋１和ｔ时段聚合水库蓄水量；ｖｉｔ＋１、ｖｉｔ分别为ｔ＋１和ｔ时段成员水库蓄水量；Ｉｔ、ｉｉｔ分别为ｔ时段聚合水库、成员水库的来水量；Ｗｔ、ｗｉｔ分别为ｔ时段聚合水库、成员水库的弃水量；ΔＷｔ、Δｗｉｔ分别为ｔ时段聚合水库、成员水库的水量损失。（２）库容（水位）约束。即：ｖｉｍｉｎ≤ｖｉｔ≤ｖｉｍａｘ（４）式中，ｖｉｍｉｎ为水库ｉ的死库容；ｖｉｍａｘ为水库ｉ允许的最大蓄水库容，汛期是防洪限制水位对应的库容，非汛期是正常蓄水位对应的库容。（３）下泄能力约束。即：ｗｉｔ≤ｑｉｍａｘ（５）式中，ｑｉｍａｘ为水库ｉ的最大下泄能力。（４）河道生态环境需水量约束。即：ｗｉｔ≥ｑｉ生（６）式中，ｑｉ生为水库ｉ的最小生态需水量。（５）变量非负约束。２．３决策变量以水库群联合供水的供配水原则作为模型的决策变量，主要包括：①确定聚合水库各时段的供水原则。考虑聚合水库逐时段来水量在时间和空间上的分配及各用水户的设计供水保证率，确定聚合水库对各用水户是限制供水还是按需供水，从而得到总最大可供水量；②确定逐时段总供