东淠河水库群防洪联合调度模型研究

王　伟　田向忠（安徽省佛子岭水库管理处　霍山　237272）

东淠河水库群防洪联合调度模型研究

王伟田向忠
（安徽省佛子岭水库管理处霍山237272）

以防洪断面最大过水流量最小为目标，构建了考虑不同防洪点重要性差异的水库群防洪联合调度库容分配模型，通过实例分析表明，所建模型及其求解方法合理、有效，能较好地适应东淠河水库群防洪实时联合调度的需要。

东淠河水库群防洪调度库容分配

东淠河流域位于淮河右岸支流淠河东源上，属东亚季风湿润气候区，南北冷暖气流在此活动频繁，雨量充沛，洪水汇流时间短、涨落快，洪峰流量较大，洪水灾害频繁。为防洪减灾，东淠河干流建有佛子岭水库，东支黄尾河上建有磨子潭水库，西支漫水河上建有白莲崖水库，3座水库构成如图1所示的混联水库群防洪系统。本文以东淠河水库群（设计参数见表1）防洪联合调度为背景，建立水库群防洪联合调度库容分配模型，并进行实例分析。

图1　东淠河水库群防洪系统概化图

表1　水库特征值表

1　库容分配模型原理

1.1目标函数

以保证水库安全的前提下，最大限度降低防洪断面的的洪峰流量为目标。对于白莲崖—磨子潭—佛子岭组成的水库群，白莲崖、磨子潭以白—磨—佛区间洪水过程作为补偿对象，使得佛子岭水库的入库洪水过程尽可能均匀，以提高佛子岭水库的调洪能力；佛子岭水库作为防护对象霍山断面的控制水库，其作用是通过补偿调节佛—霍区间洪水，使霍山断面的过流尽可能均匀。目标函数如下：

式中：T为调度期时段数；qi（t）为第i库（1，2，3分别代表白莲崖，磨子潭和佛子岭水库，下同）的出库流量演算到防洪断面的流量过程；αi为第i库补偿区间的分配系数；QB-M-F（t）为白—磨—佛区间流量过程；QF-H（t）为佛子岭—霍山区间流量过程。

1.2约束条件

1.2.1水量平衡约束

式中：Vi（t），Vi（t-1）分别为第i库t时段末、初水库蓄水量；Qi（t），Qi（t-1）分别为第i水库t时段末、初入库流量，对于部分水库来说为上游水库放水经河道洪水演进后的过程与相应库区区间来水过程的迭加，反应各库之间的水力联系；qi（t），qi（t-1）分别为第i水库t时段末、初出库流量；Δt为时段长。

1.2.2水库最高水位约束

1.2.3调度期末水位约束

式中：Zi，end为第i水库调度期末计算的水位；Zi，e为第i水库调度期末的控制水位，在涨洪段反映为后续降雨预留的库容，在洪水尾部体现计划兴利回蓄水位。

1.2.4水库泄流能力约束

式中：qi（t）为第i水库t时刻的出库流量；qi（Zi（t））为第i水库t时刻相应于水位Zi（t）的下泄能力，为溢洪道、泄洪底孔与水轮机的过水能力总和。

1.2.5出库流量变幅约束

1.3模型求解

水库群联合防洪调度模型求解，首先要方便人工干预和增强模型的模拟仿真能力；其次调度决策结果要易于操作，要尽量克服数学规划算法、智能算法所得防洪调度过程的“锯齿”现象；三是要尽可能缩短求解时间。本文应用钟平安等提出的分步迭代交互分析法求解东淠河水库群联合防洪调度库容分配模型。基本步骤如下：

（1）由起调水位和最高控制水位计算各库可调库容Vi；

（4）逐库迭代求解过程如下：

①给定水库i的初始出库流量过程：q'i（t）=q安，i-Q区，i（t）；

②逐时段进行防洪调节计算，求得水位过程Zi，t；

③寻找最高水位Zmax以及出现时刻tk，若Zmax不超过给定的最高控制水位，则输出调度方案；否则，按以下式（7）调整出库过程，然后转步骤②：

式中：V（tk）为tk时刻的水库蓄水量，Vm为最高控制水位对应的水库蓄水量。

2　算例分析

对某场次预报洪水过程进行模拟调度，计算条件见表2。联合调度调度结果见图2～图5。由图2～图5可见：

表2　实例计算条件表

图2　白莲崖防洪调度结果图

图3　磨子潭防洪调度结果图

图4　佛子岭防洪调度结果图　

图5　霍山断面防洪调度结果图

（1）白莲崖、磨子潭和佛子岭水库的水位均满足表2的控制条件，优化结果是可行、可控的，反映了模型对水库安全保障的可靠性。

（2）白莲崖水库、磨子潭水库的出库过程均有“低谷”段，这体现了两库对白—磨—佛区间来水的补偿作用，降低了佛子岭水库的入库洪峰流量，一定程度减轻了佛子岭的削峰压力。

（3）佛子岭水库利用调节库容对佛子岭—霍山区间来水进行补偿，图5清晰体现了佛子岭水库出库与佛—霍区间来水的峰谷补偿关系，与佛子岭均匀出库相比，降低霍山断面洪峰流量200m3/s以上。

3　结语

本文概化了东淠河水库群防洪系统。以防洪断面最大过水流量最小为目标建立了水库群联合防洪调度库容分配模型，采用能最大限度体现决策者偏好的分步迭代交互法求解所建模型。实例分析结果表明，所建库容分配模型合理可靠，模型求解速度快，计算结果操作性强，能较好地适应东淠河水库群实时防洪联合调度的工作需要■