灌区水资源的联合调度实践

◎李鸿志

合理高效配置灌区水资源，是积极推进水权制度建设，支撑灌区经济社会可持续发展的重要举措。随着信息技术和工业现代化技术的快速发展，我国大型灌区也逐渐向更科学的技术转变，对大型灌区制定科学合理的引水和供水调度规则、能够有效发挥外流域引水及本地区的水资源优化配置功能，可以达到大型灌区内水资源“优化配置、多源互补、促进发展、节约能源”的目标。

引言：灌区水资源优化配置是指在某一特定灌区，在水资源受限的情形下，遵循公平、有效、可持续等原则，利用工程措施和非工程措施，对多种可利用水资源在区域间和各用水户之间进行人为配置，以达到灌区整体效益最大化。针对灌区用水综合效益低下，各行业争水频发，供用水矛盾愈加突出的现状，开展灌区内部水量优化分配研究，切实做好水量的科学调度配置，有助于在供水总量约束条件下发挥水资源的最大整体效益。

一、模型的建立

大型灌区的面积大，种类多，尤其可能存在特权作物，需要优先灌溉，及时灌溉。所以在水库供水时，需要满足特权作物生长的水量需求下，再合理分配水库水量。因此，在供需水调度过程中以农业普通作物时段平均缺水量最小作为优化调度的目标，而以农业缺水保证率作为约束条件，以得到对农业普通作物灌溉供水缺水影响最小的调度结果。其中缺水率是指灌区灌溉需水量未得到满足的程度，一般用实际供水量未能满足规划需水量的比例表示。缺水指数越小越好，考虑到特定的优先地区作物（特权作物或试验田）等用水方面的要求，灌区灌溉水量目标函数表达式如下：

式中：Ri，t，Qi，t表示第 i个水库 t时段的农业规划供水总量和实际供水量；Pi，t，Ii，t，表示第 i个水库 t时段灌区特定作物规划供水量和实际供水量；T为时段总数；N为水库个数；为惩罚函数系数。灌区水库水量平衡约束条件：

式中：V1表示水库 t时段的蓄水量；QOi，t表示第 i水库 t时段的入库径流量；QLi，t表示第 i水库 t时段的出库径流量；Li，t表示水库t时段的蒸发渗漏损失量。

水库库容约束：

水位约束：保障水库功能的正常发挥，水库水量要维持在基本水位线之间。

式中：QJi，t表示第i座水库与第i+1座水库之间的径流量。

本文采用改进的POA算法搜索步长进行优化。改进的POA算法可以保证在所有的情况下都收敛到真正的总体最优解，有效降低计算量，求解多维状态的优化问题。但是其容易收敛到局部最优，搜索半径对结果影响较大，收敛速度有些慢，但是求解精度较高。解决水库供水问题是对所研究阶段的决策变量进行搜索寻优，将其他变量固定，然后再考虑下一个阶段，将上次的结果作为下次优化的初始条件，进行寻优，这样反复循环，最终达到收敛。在前期的计算中，选用动态步长的方法，达到全局最优的效果，然后再根据最优解的大致范围，逐渐缩短搜索步长，加强局部搜索的能力，精确确定最优解的位置。

二、案例概述

1.水资源利用现状。

某灌区水源流域年均径流量达161.98亿m3，年均年径流深为 1024.5mm，实测最大流量达 11100m3/s，历史最大洪水14500m3/s。近年区域内社会经济发展和城镇化建设步伐加快，灌区农业灌溉面积逐年递减，灌区农业灌溉用水比重随之降低，但因渠系管理不到位，农业灌溉用水量未减反增；同时，灌区城镇环境用水和城镇生活用水比重逐渐加大，用水量逐年递增已达2.82亿m3。水行政主管部门分配给灌区的取水量为12.66亿m3，灌区实施的水量分配首先应加强农业灌溉用水管理，否则取水总量难于满足灌区供水需求。

2.灌区水量分配方案。

（1）生活用水水量分配。基于灌区历年生活用水量，按照用水户所在渠道和相应的渠系水利用系数推算至总干渠进水口确定的。具体分配指标为1384万m3。

（2）工业用水水量分配。以供水管理中心提供的灌区年工业用水水量为基础，依据用水户所在的取水渠道和灌区渠系水利用系数反推到总干渠进水口的取水量拟定。具体分配指标为3139 万 m3。

（3）城镇环境用水水量分配。以局供水管理中心提供的灌区年环境用水量为依据，按照属地原则和相应的渠系水利用系数推算至总干渠进水口。具体分配指标为28213万m3。

（4）农业灌溉用水量分配。依据各县申报的农田灌溉面积和相应的农田综合净灌溉定额测算，分配水量需考虑渠系水利用系数综合分析确定。具体测算分配指标为84408万m3。

（5）预留水量。作为灌区机动水量的预留水量，是灌区可供分配水量与已分配水量之差。其主要作用是应对公共突发事件所需应急用水，或者用于调整初始水权分配和规范用水市场。基于此，在完成灌区初次水量分配后，预留9456万m3水量保障供水调度。

三、结束语

可持续发展的理念是水资源优化配置的核心目的，同时水资源优化配置关系着社会、经济、生态等诸多方面，基于多目标同时考虑经济效益、用水成本，总量限制等约束条件的综合求解获得最优方案。灌区水资源调度需要按照灌区用水调度优先序等做好灌区水量的优化分配工作，并依据实际情况及时修正用水计划。