CN117875519B - 一种基于并联水库***的供水调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于并联水库***的供水调度方法，属于水库调度技术领域，能够解决现有调度方法难以发挥并联水库群的优势，易造成水库效能和水资源的浪费的问题。所述方法包括：S1、根据***的工程设计参数，确定***的多个调度任务区和***处于不同调度任务区时的调度规则；S2、构建总供水量试算模型，并根据总供水量试算模型和调度规则计算得到总供水量；S3、根据总供水量和总供水量试算模型，得到每个调度任务区内主供水库和补水水库的供水流量，并根据供水流量进行供水调度。本发明用于水库供水调度。

Description

一种基于并联水库***的供水调度方法

技术领域

本发明涉及一种基于并联水库***的供水调度方法，属于水库调度技术领域。

背景技术

水库调度运行通常以水库调度图为依据，水库调度图是体现决策变量（出库流量、水电站出力）与状态变量（水库水位、时间）之间关系的线性关系图。根据《水库调度设计规范》(GB/T 50587-2010)，供水调度图由水库特征水位和多条调度线组成，水库特征水位和多条调度线将供水调度图划分为加大供水区、保证供水区和限制供水区，当水库水位分别落在上述区域时，水库分别按照加大供水量，保证供水量和限制供水量方式进行调度运行。

然而，由于调度图的编制通常以典型年法和常规径流资料作为编制依据，忽略了一般年法的情况和径流的长期变化特征，使得现有调度图缺乏广泛的代表性。同时，现有调度图根据来水频率来调整调度决策，无法充分发挥并联水库群的蓄水调节作用，造成水库效能和水资源的浪费。再者，现有调度图的编制依赖编制人员的经验，需要人工反复验证和手动调整，验算和调整效率低下。

因此，依据现有调度图来进行水库供水调度，存在供水决策与实际径流情况和实际需水情况偏差较大，难以发挥并联水库群的优势，易造成水库效能和水资源的浪费，调度决策调整效率低下等缺陷。

发明内容

本发明提供了一种基于并联水库***的供水调度方法，能够解决现有调度方法存在的供水决策与实际径流情况和实际需水情况偏差较大，难以发挥并联水库群的优势，易造成水库效能和水资源的浪费，调度决策调整效率低下等问题。

本发明提供了一种基于并联水库***的供水调度方法，所述***包括主供水库和补水水库，所述主供水库向供水对象供水，所述补水水库向所述主供水库和所述供水对象供水；所述方法包括：

S1、根据所述***的工程设计参数，确定所述***的多个调度任务区和所述***处于不同调度任务区时的调度规则；

S2、构建总供水量试算模型，并根据所述总供水量试算模型和所述调度规则计算得到总供水量；

S3、根据所述总供水量和所述总供水量试算模型，得到每个调度任务区内主供水库和补水水库的供水流量，并根据所述供水流量进行供水调度。

可选地，所述S1中的根据所述***的工程设计参数，确定所述***的多个调度任务区，具体为：

根据所述***的工程设计参数得到所述***的模拟供水流量时间序列；

根据所述模拟供水流量时间序列确定所述***的多个调度任务区。

可选地，所述根据所述***的工程设计参数得到所述***的模拟供水流量时间序列，具体为：

根据所述***的工程设计参数构建联合调度模拟模型；

根据所述工程设计参数和所述联合调度模拟模型，得到所述***的模拟供水流量时间序列。

可选地，所述工程设计参数包括水文参数的长系列资料。

可选地，所述根据所述模拟供水流量时间序列确定所述***的多个调度任务区，具体为：

根据所述模拟供水流量时间序列确定所述***的调度线；

根据所述调度线确定所述***的多个调度任务区。

可选地，所述调度线为多条，多条调度线包括补水启动线和补水停止线。

可选地，所述多个调度任务区包括补水启动区、补水缓冲区和补水停止区。

可选地，所述调度规则包括：

所述***处于所述补水停止区时，所述主供水库向所述供水对象供水；

所述***处于所述补水缓冲区时，所述主供水库和所述补水水库维持当前供水状态；

所述***处于所述补水启动区时，所述补水水库向所述主供水库和所述供水对象供水。

可选地，在计算得到总供水量之前，所述方法还包括：

对所述总供水量试算模型进行初始化。

可选地，在所述S1之前，所述方法还包括：

根据所述工程设计参数确定所述补水水库的供水时段；

相应地，所述S2中的根据所述总供水量试算模型和所述调度规则计算得到总供水量，具体为：

根据所述总供水量试算模型、所述调度规则和所述供水时段计算得到总供水量。

本发明能产生的有益效果包括：

本发明通过构建调度规则和总供水量试算模型，得到主供水库和补水水库在多个调度任务区内的供水流量，并以此为依据来指导水库的供水调度，能够优化水库供水次序和补水时机，实现对水库蓄水调节作用的有效利用，有利于充分发挥并联水库***的优势，提高水资源的利用率和水库效能。

本发明以水文参数的长系列资料为依据得到主供水库和补水水库的供水流量时间序列，能够依据典型年法和常规径流资料代表性和准确性不足的问题，从而使供水调度决策能够更加符合实际径流情况和实际需水情况，避免对水资源的浪费。

本发明的计算过程可以借助计算机算法来完成，相较于人工验算和调整，有效提高了计算效率和计算准确性，进而有利于提高供水调度的决策效率和调整效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的供水调度方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的并联水库***的供水方式示意图；

图3为本发明实施例提供的供水调度任务区分区图；

图4为本发明实施例提供的补水调度任务区分区图；

图5为本发明示例提供的得到调度方案的流程框图；

图6为本发明示例提供的引汉济渭跨流域调水工程的总体布局图；

图7为本发明示例提供的供水调度任务区分区图；

图8为本发明示例提供的补水调度任务区分区图；

图9为本发明示例提供的三河口水库实际供水流量时间序列；

图10为本发明示例提供的黄金峡水库实际供水流量时间序列。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明实施例提供了一种基于并联水库***的供水调度方法，***包括主供水库和补水水库，主供水库向供水对象供水，补水水库向主供水库和供水对象供水；如图1所示，该方法包括：

S1、根据***的工程设计参数，确定***的多个调度任务区和***处于不同调度任务区时的调度规则；

S2、构建总供水量试算模型，并根据总供水量试算模型和调度规则计算得到总供水量；

S3、根据总供水量和总供水量试算模型，得到每个调度任务区内主供水库和补水水库的供水流量，并根据供水流量进行供水调度。

具体地，并联水库***包括多个水库，如图2所示，通常根据各个水库的调节性能、供水距离、自流供水情况等信息，将多个水库分别设定为主供水库或补水水库，主供水库和补水水库均可以向供水对象供水。当主供水库供水量能够满足供水对象的需求时，由主供水库承担供水任务；当主供水库供水量不能满足供水对象的需求时，由补水水库承担供水任务。

值得注意地是，在本发明中，如图2所示，由于补水水库还可以向主供水库供水，因此补水水库和主供水库之间存在水力联系。当主供水库供水量不能满足供水对象的需求时，补水水库可以同时向供水对象和主供水库供水。

通常，水库供水调度需要根据水库的水位、供水量、入库径流等方面的历史数据，按照水库水位的高低，将水库的供水调度区间划分为多个调度任务区，针对每个调度任务区，都设置有一种调度决策，而每种调度决策都有对应的供水流量、供水量或水电站出力。上述信息通常以供水调度图的形式被直观呈现出来。调度运行时，通过判断水库的当前水位，可以确定水库当前处于哪个调度任务区的范围内，进而可以采取与该调度任务区相对应的调度决策进行供水调度。示例地，若多个调度任务区分别为加大供水区、保证供水区和限制供水区，当水库水位分别落在上述三个调度任务区内时，对应的供水调度决策分别为按照加大供水量供水、按照保证供水量供水和按照限制供水量供水。

然而，现有供水调度方法对各个调度任务区对应的供水流量、供水量或水电站出力等调度决策相关参数的确定，如对上述示例中的加大供水量、保证供水量和限制供水量的确定，通常是由调度人员根据自身的调度经验来确定，或经过人工反复验算而定，这使得调度决策高度依赖调度人员的经验，极易受调度人员的主观性影响，且验算结果的准确性和验算效率均较低。同时，这种供水调度方法由于人工经验和人工计算效率的限制，无法充分考虑用户需水情况、入库径流情况以及水库水位在各调度任务期内的变化波动，容易导致水库供水量与实际需水量偏差较大，以及水库供水量与水库供水能力不匹配等问题，进而造成水库效能的浪费或过度损耗。另外，由于现有并联水库中各水库间通常没有水力联系，因此现有供水调度方法需要分别对各水库进行独立调度，这样既增大了调度的复杂程度，又难以精准决策补水时机，不利于各水库间的紧密配合。

为解决现有供水调度方法存在的问题，本发明对现有供水调度方法进行优化得到优化后的调度方案。本发明通过构建总供水量试算模型，并在模型内根据供水对象的需水量预设目标总供水量和目标供水量的误差范围值，可以精确得到供水调度期内主供水库和补水水库分别在各个调度任务区内的供水流量，多个供水流量组合起来即形成优化后的调度方案，据此方案进行供水调度，可实现精细化调度，实现水资源和水库效能的优化利用。

同时，由于本发明的主供水库和补水水库之间存在水力联系，而本发明的调度方法可以分别得到主供水库和补水水库在各个调度任务区内的供水流量，还可以进一步得到补水水库分别向供水对象和主供水库供水的流量，从而有效利用主供水库和补水水库之间的补蓄关系，优化水库供水次序和补水时机，达到充分发挥***的蓄水调节作用，提高水资源的利用率和***效能的目的。

具体地，本发明对主供水库和补水水库的具体数量不做限定。示例地，***内可以包括多个主供水库和多个补水水库，可以是多个补水水库向一个主供水库供水，也可以是一个补水水库向多个主供水库供水，还可以是多个补水水库分别向多个供水对象供水。

在本实施例中，主供水库配备有第一泵站，第一泵站用于从补水水库中抽水至主供水库；补水水库配备有第二泵站，第二泵站用于从补水水库中抽水至供水对象。

相应地，本实施例的并联水库***包括主供水库、补水水库、第一泵站和第二泵站。

本发明对第一泵站和第二泵站的具体数量不做限定。示例地，***内可以包括多个第一泵站和多个第二泵站。

具体地，补水水库向主供水库和供水对象供水的过程为：

当需要补水水库向供水对象供水时，由补水水库启动第二泵站，再由第二泵站从补水水库中抽水至供水对象；

当需要补水水库向主供水库供水时，由主供水库启动第一泵站，再由第一泵站从补水水库中抽水至主供水库。

实际中，如图2所示，第二泵站从补水水库抽取的水量可以是向供水对象供水和向主供水库供水的总供水量；此时第一泵站可以从补水水库向供水对象供水的通道中抽水至主供水库，以补充主供水库的水量。

具体地，***的工程设计参数包括：***内各水库的水文资料、特征水位、特征库容、水位-库容关系曲线、尾水位-流量关系曲线、用户综合用水需求等信息，各水库泵站的装机容量、设计流量等信息，以及供水通道的设计流量等信息。

值得注意地是，在本实施例中，上述工程设计参数中跟时间有关的参数，均为长系列资料。根据长系列资料计算得到主供水库和补水水库的供水流量时间序列，能够克服典型年法和常规径流调节计算代表性和准确性不足的问题，从而使供水调度决策能够更加符合实际径流情况和实际需水情况，避免对水资源的浪费。

具体地，S1中的根据***的工程设计参数，确定***的多个调度任务区，可以为：

根据***的工程设计参数得到***的模拟供水流量时间序列；

根据模拟供水流量时间序列确定***的多个调度任务区。

值得注意地是，模拟供水流量时间序列包括主供水库模拟供水流量时间序列和补水水库模拟供水流量时间序列。

具体地，根据***的工程设计参数得到***的模拟供水流量时间序列，可以为：

根据***的工程设计参数构建联合调度模拟模型；

根据工程设计参数和联合调度模拟模型，得到***的模拟供水流量时间序列。

具体地，联合调度模拟模型包括模拟供水流量函数和第二约束条件。

在本实施例中，模拟供水流量函数的表达式具体为：

（1）

式（1）中，为t时段内供水对象的需水流量、为***内第j个水库在t时段 内的供水流量，J为***内的水库总量，j=1、2、…… J。

值得注意地是，***内第j个水库可能是主供水库，也可能是补水水库。

其中，t时段内供水对象的需水流量可以通过***的工程设计参数直接得到， 本实施例从长系列工程设计参数中获取连续时段内的多个。根据式（1），输入连续时段 内的多个，经过计算，即可分别得到连续时段内主供水库和补水水库的多个供水流量，将主供水库的多个相互匹配的供水流量按照时间顺序依次连续排列并组合起来，即 为主供水库模拟供水流量时间序列，将补水水库的多个相互匹配的供水流量按照时间顺序 依次连续排列并组合起来，即为补水水库模拟供水流量时间序列。

可以理解地是，根据式（1），对于每一个特定的，主供水库和补水水库在t时段 内的供水流量都可以有多个取值。进而，对于连续时段的多个，可以对应得到多 组主供水库模拟供水流量时间序列和多组补水水库模拟供水流量时间序列。

然而，的取值不仅需要满足式（1）的函数关系，还需要综合考虑并联水库系 统内各工程设施的现有条件能否提供与取值相对应的供水量，以及提供与取值 相对应的供水量是否会影响***内各工程设施的正常运行。

因此，本实施例基于与***内水库参数、泵站参数等工程设计参数之间的关 系，设置第二约束条件，对的取值进行约束，从而使并联水库***内各工程设施能够 提供与取值相对应的供水量，同时其提供该供水量后，也不会影响***内各工程设施 的正常运行。

可以理解地是，与***工程设计参数之间的关系为本领域的公知常识。

具体地，第二约束条件包括：

1、水库水量平衡约束条件：

（2）

式（2）中，为第j个水库在t时段内的蓄水量；为第j个水库在时 段内的蓄水量；为第j个水库在t时段内的入库流量，为第j个水库在t时段内 的出库流量，为第j个水库的泵站在t时段内的抽水流量，第j个水库在t时段 内的供水流量，为t时段的时长。

值得注意地是，由于第j个水库可能是主供水库，也可能是补水水库，因此第j个水库的泵站可能是第一泵站，也可能是第二泵站。

2、水位约束条件：

（3）

式（3）中，为第j个水库在t时段内的水位；为第j个水库的最低水位；为第j个水库的最高水位。

3、生态流量约束条件：

（4）

式（4）中，为第j个水库在t时段内的生态流量，为第j个水库的生态 基流。

4、泵站出力约束条件：

（5）

式（5）中，为第j个水库的泵站在t时段的出力，为第j个水库的泵 站的装机容量。

5、泵站与供水通道设计流量约束条件：

（6）

式（6）中， 为第j个水库的泵站在t时段内的抽水流量，为第j个水 库的泵站的设计流量，为第j个水库在t时段内的供水流量，为供水通道的设计 流量。

6、供水流量误差范围约束条件：

（7）

式（7）中， 为t时段内供水对象的需水流量；为第j个水库在t时段内的 供水流量，J为***内的水库总量，为供水流量误差值。

其中，的值可以根据实际情况预设，的值越小，***在t时段内的总供水流量越接近t时段内需水对象的需水流量。

7、所有变量取值范围约束条件：

所有变量的取值均大于或等于0。

通常，根据式（1）及第二约束条件，可以对应得到多组主供水库模拟供水流量时间 序列和多组补水水库模拟供水流量时间序列，可以从中选取最接近的一组主供水库和 补水水库模拟供水流量时间序列作为***模拟供水流量时间序列。

同时，在模拟供水流量函数的计算过程中，还可以得到水库弃水量时间序列、水库水位时间序列等模拟数据。可以理解地是，通过供水对象的需水流量得到供水水库的供水量、弃水量、水库水位等信息为本领域技术人员熟知的公知常识。

具体地，根据模拟供水流量时间序列确定***的多个调度任务区，可以为：

根据模拟供水流量时间序列确定***的调度线；

根据调度线确定***的多个调度任务区。

具体地，调度线为补水启动线；多个调度任务区包括补水启动区和补水停止区。

在本实施例中，调度线和调度任务区均以主供水库的模拟数据为基础来确定和划分。

在本实施例中，如图4所示，根据上述主供水库模拟供水流量时间序列，获取补水水库供水至主供水库的年份，年内各时段主供水库水位值的下包线即为补水启动线。当主供水库的水位低于该线，表示主供水库的蓄水量不足以向供水对象供水，需要补水水库向供水对象和主供水库供水；当主供水库的水位高于该线，表示主供水库的蓄水量足够向供水对象供水，无需补水水库向供水对象和主供水库供水。

因此，如图4所示，本实施例将补水启动线与最低水位线之间的区域划分为补水启动区，将补水启动线与最高水位线之间的区域划分为补水停止区。在补水停止区，由主供水库向供水对象供水，不启动补水水库、第一泵站和第二泵站；在补水启动区，由补水水库向主供水库和供水对象供水，启动补水水库、第一泵站和第二泵站。

通过设置补水启动线，可以明确补水时机，进而有效指导补水水库的供水调度，避免供水水库和供水对象出现缺水情况。

但在实际中，当主供水库的水位在补水启动线附近上下波动时，主供水库、补水水库、第一泵站和第二泵站均处于频繁地交替启闭状态，这增加了调度人员的工作量，同时不利于相关设备的安全稳定运行。

为避免上述状况，如图4所示，本实施例在补水启动线之上还设置有补水停止线。

具体地，调度线可以为多条，多条调度线包括补水启动线和补水停止线。

相应地，多个调度任务区包括补水启动区、补水缓冲区和补水停止区。

在本实施例中，将补水启动线抬升至预设水位，当主供水库的水位处于该预设水位时，能够满足供水对象在该年份后续时段的需水量，而无需补水水库向供水对象供水，则此预设水位即为补水停止线。

实际中，可以根据工程实际情况设置预设水位的具***置。

可以理解地是，当主供水库的水位高于补水停止线，主供水库的蓄水量足够向供水对象供水，无需补水水库向供水对象和主供水库供水。

因此，如图4所示，本实施例将补水启动线与最低水位线之间的区域划分为补水启动区，将补水启动线与补水停止线之间的区域划分为补水缓冲区，将补水停止线与最高水位线之间的区域划分为补水停止区。

具体地，设置补水缓冲区后，***的工作状态如下：

当主供水库的水位从补水停止区持续下降，降至补水缓冲区时，仍由主供水库向供水对象供水；当水位降至补水启动区时，主供水库停止向供水对象供水，由补水水库向主供水库和供水对象供水；补水水库供水后，主供水库的水位持续上升，当水位升至补水缓冲区时，主供水库仍不启动，直到水位升至补水停止区时，主供水库启动，补水水库停止供水。

当主供水库的水位在补水缓冲区内持续下降，降到补水启动线之上时，如果主供水库因自身入库径流增大等原因开始上升，虽然主供水库处于补水缓冲区内，补水水库仍不启动，继续由主供水库向供水对象供水。

这样可以保证补水水库向供水水库供水时，能够为供水水库供应较为充足的水量，避免补水水库一旦停止供水，供水水库水位立刻降至补水启动线之下，从而导致频繁启闭主供水库、补水水库的第一、第二泵站及相关设备。

具体地，补水启动区、补水缓冲区和补水停止区的调度规则可以为：

***处于补水停止区时，主供水库向供水对象供水；

***处于补水缓冲区时，主供水库和补水水库维持当前供水状态；

***处于补水启动区时，补水水库向主供水库和供水对象供水。

其中，***处于补水缓冲区时，主供水库和补水水库维持当前供水状态，具体为：

***处于补水缓冲区、且主供水库处于供水状态时，由主供水库继续向供水对象供水；

***处于补水缓冲区、且补水水库处于供水状态时，由补水水库继续向主供水库和供水对象供水；

具体地，多条调度线还可以包括防弃水线、防破坏线和限制供水线。

具体地，多个调度任务区还可以划分为最大供水区、加大供水区、保证供水区和限制供水区。

具体地，如图3所示，根据上述主供水库模拟供水流量时间序列，获取出现弃水情况的年份，年内各时段主供水库水位值的上包线即为防弃水线；获取没有出现弃水情况且供水量满足需水量的年份，年内各时段主供水库水位值的上包线即为防破坏线；获取没有出现弃水情况且供水量满足需水量的年份，年内各时段主供水库水位值的下包线即为限制供水线。

相应地，如图3所示，最高水位线与防弃水线之间的区域为最大供水区，防弃水线和防破坏线之间的区域为加大供水区，防破坏线与限制供水线之间的区域为保证供水区，限制供水线与最低水位线之间的区域为限制供水区。

在本实施例中，限制供水线与补水启动线可以重合，因此限制供水区可以和补水启动区重合。

实际中，可以根据上述调度线绘制供水调度图，将调度任务区直观呈现出来，便于工程技术人员进行供水调度。供水调度图绘制完成后，需要对调度图中存在的异常、突变等不合理的水位点进行检查和修正，并对调度图线型进行适当修正，使得供水调度图具备合理性。

在本实施例中，最大供水区、加大供水区、保证供水区和限制供水区的调度规则可以为：

最大供水区、加大供水区、保证供水区均由主供水库承担供水任务；而限制供水区由于补水启动期重合，因此由补水水库承担供水任务。针对各个调度任务区，分别设置主供水库和补水水库的供水流量等参数的初始值或初始值取值区间，即得到***处于不同调度任务区时的调度规则。

具体地，本实施例的***在最大供水区、保证供水区、保证供水区和限制供水区，对应设置的主供水库的供水流量初始值分别为输水通道设计流量、最大需水流量、平均需水流量和0；对应设置的补水水库向供水对象供水的供水流量初始值分别为0、0、0和平均需水流量。

其中，平均需水流量指调度期内所有时段需水流量的平均值，最大需水流量指调度期内所有时段需水流量的最大值。

为精确确定各调度任务区的供水流量，减小调度结果与调度目标之间的偏差，实现精细化调度，本发明进一步构建了总供水量试算模型，结合各调度任务区的调度规则对总供水量试算模型进行计算，可以精确得到供水调度期内主供水库和补水水库分别在各个调度任务区内的供水流量，形成一组优化供水流量。根据该组优化供水流量进行供水调度，可以使实际供水量尽量接近目标供水量，从而减小实际供水量与实际需水量的偏差。

具体地，总供水量试算模型包括总供水量函数和第一约束条件。

具体地，总供水量函数的表达式为：

（8）

式（8）中，W为并联水库***在调度期内的总供水量；为第j个水库在t时段 内处于第k个调度任务区时的供水流量；T为调度期内的时段总数，J为***内的水库总量，为t时段的时长；t=1、2、…… T；j=1、2、…… J。

实际中，由于主供水库和补水水库在某个时段t内只能同时处于一个调度任务区 内，因此的当前时段t就决定其当前处于哪个调度任务区内，而在t时段内 所处的调度任务区由主供水库在t时段内的水位决定。

所以，的取值需要考虑第j个水库为主供水库还是补水水库，同时要根据 时段t判断第j个水库处于哪个调度任务区，还需要根据调度规则及设计参数确定其取值。 如果是补水水库，还需要考虑其向主供水库和供水对象的供水情况，并判断其供水能力能 否满足其取值对应的供水量，进而对取值做相应调整。

因此，为了约束的取值，本实施例设置了第一约束条件。

具体地，第一约束条件包括：

1、水库水量平衡约束条件：

（9）

式（9）中，为第j个水库在t时段内的蓄水量；为第j个水库在时 段内的蓄水量；为第j个水库在t时段内的入库流量，为第j个水库在t时段内 的出库流量，为第j个水库的泵站在t时段内的抽水流量，第j个水库在t时段 内的供水流量，为t时段的时长。

值得注意地是，由于第j个水库可能是主供水库，也可能是补水水库，因此第j个水库的泵站可能是第一泵站，也可能是第二泵站。

2、水位约束条件：

（10）

式（10）中，为第j个水库在t时段内的水位；为第j个水库的最低水 位；为第j个水库的最高水位。

3、生态流量约束条件：

（11）

式（11）中，为第j个水库在t时段内的生态流量，为第j个水库的生态 基流。

4、泵站出力约束条件：

（12）

式（12）中，为第j个水库的泵站在t时段的出力，为第j个水库的泵 站的装机容量。

5、泵站与供水通道设计流量约束条件：

（13）

式（13）中， 为第j个水库的泵站在t时段内的抽水流量，为第j个 水库的泵站的设计流量，为第j个水库在t时段内的供水流量，为供水通道的设 计流量。

6、补水流量约束条件：

（14）

式（14）中，为补水水库在t时段内向主供水库供水的流量，为第m台第一 泵站的设计抽水流量，M为第一泵站的开启台数。

7、供水量范围误差约束条件：

（15）

式（15）中，W为并联水库***在调度期内的总供水量，为目标总供水量，为总 供水量量误差值。

其中，的值可以根据实际情况预设，的值越小，总供水量W越接近目标总供水量。

8、所有变量取值范围约束条件：

所有变量的取值均大于或等于0。

具体地，本实施例根据第一约束条件和调度规则，选取一组主供水库和补水水库 的供水流量的值，将这一组值输入总供水量函数进行试算，经过试算模型反复优化 计算，最终得到满足第一约束条件的当前总供水量W。

容易理解地是，通过总供水量函数的运算过程，能够建立起每组供水流量与总供水量W之间的对应关系。

当根据前述步骤确定当前总供水量W后，可以再次返回总供水量函数，通过查找已建立的供水流量与当前总供水量W之间的对应关系，便可得到与当前总供水量W对应的一组供水流量。然后，可以从这组供水流量中分别提取主供水库和补水水库在各调度任务期内的供水流量值，即可明确在各调度任务区内，主供水库和补水水库应采取的供水流量，并形成调度方案，进而可以合理指导供水水库和补水水库的供水调度工作。

具体地，本实施例可以将补水水库的供水流量进一步分为补水水库向主供水库和向供水对象供水的供水流量，从而可以更加合理和清晰地指导补水水库的供水调度工作。

具体地，每次试算前，都需要根据第一约束条件和调度规则，对主供水库和补水水 库的供水流量进行取值。一般地，可以在0至输水通道设计流量之间取值， 并结合调度规则对的取值反复寻优，由于的取值范围较大，使得试算次数 较多，影响计算效率。因此实际中，有必要对结合调度经验和实际情况为各调度任务区设置 与调度目标初步匹配的调度控制流量，并用该调度控制流量给赋予初始值，模型计 算时可以首先围绕调度控制流量附近取值并试算，能够帮助模型快速得到结果，从而有效 减少试算次数，提高计算效率。

具体地，在计算得到总供水量之前，该方法还可以包括：

对总供水量试算模型进行初始化。

具体地，初始化即为对总供水量函数中的供水流量赋予一组初始值，初始 值可以根据前述调度规则，并结合调度经验和实际情况设定。

本实施例为各调度任务区设置了调度控制流量，其中，最大供水区、加大供水区和保证供水区由主供水库承担供水任务，调度控制流量分别为输水通道设计流量，最大需水流量和平均需水流量；限制供水区由补水水库承担供水任务，调度控制流量为平均需水流量。

本实施例将各调度任务区的调度控制流量作为初始值赋给总供水量函数中的供 水流量，以完成对供水量试算模型的初始化，达到提高模型计算效率的目的。具体 地，在S1之前，该方法还可以包括：

根据工程设计参数确定补水水库的供水时段；

相应地，S2中的根据总供水量试算模型和调度规则计算得到总供水量，具体为：

根据总供水量试算模型、调度规则和供水时段计算得到总供水量。

在实际中，汛期等主供水库蓄水量较大的时段，无需补水水库启动供水。因此可以通过设置补水水库的供水时段，来限定补水水库的工作时段，在供水时段之外，补水水库不启动，无需对其进行操作，其供水流量取值为0，这样有利于简化调度过程，方便调度人员操作。

具体地，本实施例采用自迭代算法对模拟供水流量函数进行求解。

具体地，本实施例采用粒子群算法对总供水量函数进行求解。

下面，本实施例以陕西省引汉济渭跨流域调水工程作为示例，具体说明本发明所述的基于并联水库***的供水调度方法的有效性和合理性。

引汉济渭跨流域调水工程是陕西省的“南水北调工程”，工程总体布置为：在汉江干流建设黄金峡水利枢纽，在支流子午河建设三河口水利枢纽，通过自汉江北岸至秦岭北麓的输水隧洞调水至渭河流域关中地区，再由输水干支线分配至各用水对象，缓解水资源的供需矛盾。该工程的总体布局图如图6所示，该工程内各水库及泵站的特征参数如表1所示。

表1 引汉济渭跨流域调水工程特征参数

目前，引汉济渭工程初期运行的目标供水量为5亿立方米。为更好地满足目标供水量，本实施例将黄金峡水库、三河口水库及两个水库的多个泵站共同组成并联水库***，对三河口水库和黄金峡水库进行联合调度。该***以三河口水库为主供水库，以黄金峡水库为补水水库，三河口水库利用其调节性能承担主要供水任务，黄金峡水库在枯水期承担补充供水任务，从而充分保障初期供水目标的达成。

本示例根据1954年7月~2021年6月共计67年的月尺度下三河口水库和黄金峡水库入库径流资料和第二约束条件，采用自迭代模拟算法求解模拟供水流量函数，得到三河口水库和黄金峡水库的模拟供水流量时间序列。

根据上述模拟供水流量时间序列，本示例确定了所述***的多个调度任务区和所述***处于不同调度任务区时的调度规则，并进行了合适的修正和合理性验证，进而绘制成如图7和图8所示的三河口水库供水调度区分区图。同时，初步确定调度图中从上至下的各调度任务区的供水流量初始值，各初始值分别为秦岭隧洞设计流量、需水流量最大值和需水流量平均值。然后，根据泵站的数量和各泵站的设计流量，可得到***处于补水状态时的两种不同工况，两种工况下的泵站台数如表2所示。

表2 ***处于补水状态时的两种不同工况

从表1中可以看出，黄金峡水库的泵站装机台数为7台，该装机台数示根据黄金峡水库的设计供水量设置的。但由于本示例为初期运行，其目标供水量远小于水库的设计供水量，因此表2中将初期运行的开启台数设置为2台或3台。

在本示例的实际运行中，黄金峡水库向供水对象供水和向主供水库供水的总水量均由黄金峡泵站抽取，三河口泵站从该总数量中抽取一部分水量用于补充三河口水库的蓄水量。因此，黄金峡水库向供水对象供水流量应为黄金峡泵站的抽水流量减去三河口水库的供水流量。分别对两种工况进行计算，可以得到表2中的相应数值。

在本示例中，将上述各调度任务区的调度控制流量作为初始值输入总供水量函数中，并根据调度规则及上述两种工况，可以计算得到三河口水库和黄金峡水库处于各调度任务区时的供水流量如表3所示。

表3 各调度任务区的供水控制流量

具体地，根据表3中各调度任务区的供水控制流量，可以确定出三河口水库的供水调度方案如下：

（1）在最大供水区，三河口水库单库供水，水位已逼近最高水位，为保证水库安全和避免弃水，按照70m³/s的供水流量供水；在加大供水区，三河口水库单库供水，蓄水偏丰应加大供水，按不小于17m³/s流量供水；在保证供水区，三河口水库单库供水，正常用水需求应得到保证，按不小于14m³/s的流量供水。

（2）在限制供水区，三河口水库无法保证正常供水，由黄金峡水库向供水对象供水，同时向三河口水库供水以补充三河口水库的水量。本实施例根据黄金峡水库来水及水位情况，设置补水状态的两种不同工况，可以分别按18m³/s或9m³/s的流量向三河口水库供水，并按17m³/s或14m³/s的流量向供水对象供水。

根据该方案进行供水调度后，该并联水库***的多年平均供水量为5.03亿立方米，其中，三河口水库向供水对象供水4.93亿立方米，黄金峡水库向供水对象供水0.10亿立方米。总供水量与引汉济渭工程初期运行5亿立方米的供水量目标极为接近，实现了水资源的高效利用。

进一步地，根据上述供水调度方案进行供水调度后，可以得到如图9所示的三河口水库实际供水流量时间序列和如图10所示的黄金峡水库实际供水流量时间序列。

由图9和图10可以看出，采用上述供水方案进行调度时，三河口水库发挥其多年调节性能，丰水期存蓄来水，水位持续上涨至最高水位，枯水期持续供水，水位下降至限制供水线，水库水位年际年内均呈现出蓄丰补枯的规律性变化，运行较为稳定。同时，供水过程随供水对象需求而变化，供水量与需水量匹配度高。

枯水期，三河口在后续来水充蓄和黄金峡水库补水作用下，水位较快回升至正常情况，表明三河口水库的调节能力增强。黄金峡水库的供水时段与三河口水库的缺水时段高度同步，二者的供水量波动高度匹配，说明采用本发明所述的方法可以实现精准、及时地补水，从而使***整体调度运行更加平稳。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种基于并联水库***的供水调度方法，所述***包括主供水库和补水水库，所述主供水库向供水对象供水，所述补水水库向所述主供水库和所述供水对象供水；其特征在于，所述方法包括：

S1、根据所述***的工程设计参数，确定所述***的多个调度任务区和所述***处于不同调度任务区时的调度规则；

S2、构建总供水量试算模型，并根据所述总供水量试算模型和所述调度规则计算得到总供水量；

S3、根据所述总供水量和所述总供水量试算模型，得到每个调度任务区内主供水库和补水水库的供水流量，并根据所述供水流量进行供水调度；

所述总供水量试算模型包括总供水量函数和第一约束条件；

其中，所述总供水量函数的表达式为：

；

式中，W为并联水库***在调度期内的总供水量；为第j个水库在t时段内处于第k个调度任务区时的供水流量；T为调度期内的时段总数，J为***内的水库总量，/>为t时段的时长；t=1、2、…… T；j=1、2、…… J；

所述第一约束条件用于约束的取值；

所述第一约束条件包括：

（1）水库水量平衡约束条件：

；

式中，为第j个水库在t时段内的蓄水量；/>为第j个水库在t +1时段内的蓄水量；/>为第j个水库在t时段内的入库流量，/>为第j个水库在t时段内的出库流量，/>为第j个水库的泵站在t时段内的抽水流量，/>第j个水库在t时段内的供水流量；

（2）水位约束条件：

；

式中，为第j个水库在t时段内的水位；/>为第j个水库的最低水位；/>为第j个水库的最高水位；

（3）生态流量约束条件：

；

式中，为第j个水库在t时段内的生态流量，/>为第j个水库的生态基流；

（4）泵站出力约束条件：

；

式中，为第j个水库的泵站在t时段的出力，/>为第j个水库的泵站的装机容量；

（5）泵站与供水通道设计流量约束条件：

；

式中，为第j个水库的泵站的设计流量，/>为供水通道的设计流量；

（6）补水流量约束条件：

；

式中，为补水水库在t时段内向主供水库供水的流量，/>为第m台第一泵站的设计抽水流量，M为第一泵站的开启台数；

（7）供水量范围误差约束条件：

；

式中，W为并联水库***在调度期内的总供水量，为目标总供水量，/>为总供水量误差值；

（8）所有变量取值范围约束条件：

所有变量的取值均大于或等于0。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中的根据所述***的工程设计参数，确定所述***的多个调度任务区，具体为：

根据所述***的工程设计参数得到所述***的模拟供水流量时间序列；

根据所述模拟供水流量时间序列确定所述***的多个调度任务区。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述***的工程设计参数得所述***的模拟供水流量时间序列，具体为：

根据所述***的工程设计参数构建联合调度模拟模型；

根据所述工程设计参数和所述联合调度模拟模型，得到所述***的模拟供水流量时间序列。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述工程设计参数包括水文参数的长系列资料。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述模拟供水流量时间序列确定所述***的多个调度任务区，具体为：

根据所述模拟供水流量时间序列确定所述***的调度线；

根据所述调度线确定所述***的多个调度任务区。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调度线为多条，多条调度线包括补水启动线和补水停止线。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个调度任务区包括补水启动区、补水缓冲区和补水停止区。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述调度规则包括：

所述***处于所述补水停止区时，所述主供水库向所述供水对象供水；

所述***处于所述补水缓冲区时，所述主供水库和所述补水水库维持当前供水状态；

所述***处于所述补水启动区时，所述补水水库向所述主供水库和所述供水对象供水。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算得到总供水量之前，所述方法还包括：

对所述总供水量试算模型进行初始化。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S1之前，所述方法还包括：

根据所述工程设计参数确定所述补水水库的供水时段；

相应地，所述S2中的根据所述总供水量试算模型和所述调度规则计算得到总供水量，具体为：

根据所述总供水量试算模型、所述调度规则和所述供水时段计算得到总供水量。