铁岭市水库群联合供水优化调度方案研究

李 楠

(辽宁省铁岭水文局，辽宁 铁岭 112000)

铁岭市水库群联合供水优化调度方案研究

李 楠

(辽宁省铁岭水文局，辽宁 铁岭 112000)

本研究基于水库群聚合虚拟法、利用逐步优化算法，制定了铁岭地区聚合虚拟水库的联合供水调度方案，并采用分水比例法确定了各成员水库共同供水任务的分配比例。结果表明：该方案可满足全市各类型的用水需求，利用该优化调度模型可制定科学合理的水库联合供水优化调度方案，从而为该地区的水资源配置提供参考。

铁岭市；水库群；联合供水；优化调度

水库联合供水调度可充分发挥库群的库容补偿和水文补偿作用，调节江河流域的水资源时空差异性，从而提高流域水库系统对水资源的优化配置能力。当前，水库联合调度的最佳方法是将水库群虚拟为聚合水库并以此为依据来制定供水决策，一方面可全面地考虑水库系统的供水能力，另一方面又可精确地定位系统对各用水户的供给量。在具体应用中，倪明结合了水库库容调节特点与合理供配水原则建立了有效的水库联合调度供水模型，从而为水库供水优化调度提供了有益的借鉴。然而，该应用实例没有对各成员水库的共同供水任务分配比例进行进一步的分析，因此，本文以铁岭市水库群为例，结合倪明建立的水库群联合供水调度模型和李昱等采用的水库群共同供水任务优化分配方法，探索了铁岭市水库联合供水的高效调度方案，以期为相关研究提供参考。

1 研究区域概况

铁岭市位于辽宁省北部、松辽平原中段，面积1.30万km2，人口266.6万。辖银州区、清河区、铁岭新城区、调兵山市、开原市、铁岭县、西丰县、昌图县以及铁岭经济技术开发区、铁岭高新产业开发区。全市正在形成水库群联合开发利用的总体布局。辖区内水库及其分布见表1。

表1 铁岭市各地区所属水库

全市年用水总量约为12.50亿m3，其中农业用水占绝大部分，约为11.30亿m3，其次为工业用水，约为0.75亿m3，城镇生活用水约为0.47亿m3，其他用水约为0.02亿m3。

2 水库联合供水优化调度模型

水库联合供水优化调度方案的制定可分为两部分：一是建立集合虚拟水库调度方案，可采用倪明所建立的模型与方法；二是确定各成员水库的共同供水任务分配比例，可采用李昱等人所提出的分配策略。

2.1 集合虚拟水库联合调度模型

集合虚拟水库联合调度模型是将水库群虚拟为聚合水库并以此为依据来制定供水决策。本文采用倪明所建立的水库联合调度供水模型，其中目标函数的建立依据是使水库群系统总供水量最大，其表达式为

(1)

式中W——虚拟聚合水库供水量；n——调度时间编号；k——各成员水库编号；b——供水时间段总数；a——成员水库总数。

虚拟聚合水库的水量平衡方程为

On+1=On+Kn-Wn-Un-ΔUn

(2)

式中n——时间段；O——蓄水量；K——来水量；U——弃水量； ΔU——损失水量。

水库群联合调度模型的约束条件包括库容、水库的最大下泄流量和最小生态环境需水量，其中库容约束条件的表达式为

(3)

下泄流量约束条件的表达式为

(4)

最小生态环境需水量约束条件的表达式为

(5)

2.2 共同供水任务分配策略

共同供水任务的分配方法可分为分水比例法和补偿调解法，当水库群拓扑结构较为复杂或者补偿关系不明显时一般采用前者，当水库群中存在明显补偿关系时则宜采用后者。根据李昱等人所提出的策略，可将成员水库定义为并联水库和梯级水库两类，前者采用分水比例法，而后者采用补偿调解法。

(6)

3 优化调度方案成果

3.1 聚合水库供水调度方案

根据倪明所提方法，采用逐步计算法优化水库群供水调节线的位置，依据各月份的用水量(见表2)及枯水期与丰水期特征构建聚合虚拟水库的供水调度图。该方法首先是假设聚合虚拟水库中存在n个参数，选择其中任意一个为待优化参数并将其他参数作为固定值，再对待优化参数进行优化而得到优化值，最后再重复该过程对其他各参数进行优化，得到最优解。供水的优先顺序为城镇生活用水、工业用水、农业用水，其中在丰水期时调度优化的准则是优先满足用户用水量的设计供水保证率，再考虑水库调度中弃水量最小；在枯水期时调度优化的准则是优先满足用户用水量的设计供水保证率，再考虑水库缺水量达到最小。

表2 铁岭市用水现状 单位： 万m3

由铁岭市集合虚拟水库联合供水调度图(见下图)可见，集合虚拟水库的农业供水量变化幅度最大，说明铁岭市的水库联合供水调度整体以农业用水为主，主要原因是该地区农业用水量较大，占总供水量的比例可达90%。水库供水调度在9月份以后以工业供水和城镇生活供水为主，主要因为该地区冬季的农业用水量几乎可忽略不计。对应于城镇生活用水和工业用水的水库调度随季节变化的幅度较小，主要因为这两类需水用途随季节的变化相对较小。

集合虚拟水库联合供水调度图

3.2 成员水库群共同供水的分水比例系数

采用逐步优化算法，根据聚合虚拟水库调度方案，确定各成员水库共同供水的分水比例系数(见表3)。分水比例系数最大的为南城子水库群，各月份平均约为0.38，主要因为该水库群所在地区农业用水量较大。清河水库群和柴河水库群的各月平均分水比例系数均约为0.31，主要因为这两个地区的用水量与供水能力比较接近。总体而言，各成员聚合虚拟水库的分水比例系数较为接近，说明水库群的分组划分较为合理。

表3 集合虚拟水库各成员水库群共同供水的分水比例系数

3.3 优化调度成果

在构建的聚合虚拟水库优化调度模型中输入来水量与需水量等值，可得到各月份各类用水的保证率(见表4)。城镇生活供水的保证率均达到100%，完全满足供水标准，主要因为在该模型中将城镇生活用

表4 水库联合供水调度成果

水设置为最优先级。工业供水的平均保证率为96.43%，满足供水标准。农业供水的平均保证率为94.48%，其中9月份—1月份可达100%，但5月份相对较低，考虑到还可采用地下水供水方式，因此，用水需求可得到保证。

4 结 语

本文采用水库群聚合虚拟法对铁岭市水库联合供水优化调度方案进行了研究。根据城镇生活用水、工业用水、农业用水的优先顺序，采用逐步优化算法构建并制定了聚合虚拟水库的调度图，利用分水比例法确定了各成员水库共同供水的分水比例系数，并确定了各用水类型的供水保证率。结果表明：该方法可较好地分配铁岭市水库群的供水能力，满足用水需求。为使水库群的供水分配更加精细化，可对水库群的拓扑结构作进一步分析，进一步增强该地区的水资源配置能力。

[1] 倪明.水库群联合供水调控模型应用探究[J].水利规划与设计，2017(1)：53-63.

[2] 李昱，彭勇，初京刚，等.复杂水库群共同供水任务分配问题研究[J].水利学报，2015(1)：83-90.

[3] 郭旭宁，胡铁松，黄兵,等.基于模拟-优化模式的供水水库群联合调度规则研究[J].水利学报，2011(6)：705-712.

[4] 郭玉英，张桂英，宋涛.夏津水库工程的供水前景分析[J].水利技术监督，2011(4)：57-58.

[5] 李智录，李寿颐.用逐步计算法编制以灌溉为主水库群的常规调度图[J].水利学报，1993(5)：44-47.

[6] 朱兴华.引汉济渭工程水源联合调度应用研究[J].水利规划与设计，2012(6)：13-16.

[7] 郭旭宁，胡铁松，曾祥，等.基于二维调度图的双库联合供水调度规则研究[J].华中科技大学学报：自然科学版，2011(10)：121-124.

[8] 高静波.固原市清水河城区段河道蓄水工程联合运行调度方案研究[J].水利技术监督，2009(6)：30-32.

[9] 李生河.宗朗水库集中供水的成功经验与启示[J].水利规划与设计，2011(1)：32.

Study on Optimal Dispatching Scheme of Combined Water Supply in Tieling City Reservoir Group

LI Nan

(HydrologyBureauinTielingofLiaoningProvince,Tieling112000,China)

Based on the aggregated virtual method of reservoir group and the progressive optimization algorithm, the combined water supply scheduling scheme of the aggregated virtual reservoir in Tieling area is established, and the distribution ratio of the common water supply tasks of each member reservoir is determined by the watershed ratio method. The results show that the scheme can meet the demand of various types of water in the whole city, and the optimal dispatching model can be used to develop a scientific and reasonable water supply optimal dispatching scheme, so as to provide reference for the water resources allocation in this area.

Tieling City; reservoir group; combined water supply; optimal dispatching

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.06.007

TV697

A

1673-8241(2017)06- 0028- 04

运行管理