水资源供需过程平衡应用simulink建模仿真的研究

《水资源供需过程平衡应用simulink建模仿真的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、水资源供需过程平衡应用Matlab/Simulink建模仿真的研究朱光华（福建省水利水电勘测设计研究院，福建福州350001）摘要：目前国内外对水资源供需过程平衡通常是建立基于数据库系统的仿真模型，本文另辟蹊径，提出利用Matlab/Simulink仿真软件建模，可提高建模的速度和降低费用，文中阐述了基于Matlab/Simulink建立水资源供需仿真模型的关键技术问题。关键词：Matlab/Simulink；水资源供需平衡；建模仿真1引言水资源供需平衡分析计算是做好水资源规划、开发利用和管理的重要基础工作，以往经常采取供需总量平衡的方法，由于精度较粗，已

2、越来越不适应今后工作的要求，今后水资源供需平衡不仅要分析计算总量平衡情况，更要分析计算长系列逐月（或旬）的供需平衡过程情况。针对水资源供需过程平衡，目前国内外通常的做法是针对具体流域或区域，建立基于数据库系统的水资源仿真模型，再进行水资源供需过程平衡分析计算，这是一种有效的办法，但建立模型的过程费时费力，费用也不菲，移植性和扩充性较不便，另外虽说是仿真模型，但用户看不见模型内部的结构、逻辑关系等，只能看到输出的结果，这也不能不算是一个缺憾。如能在水资源供需平衡中引入成熟仿真软件平台，则可大大提高建模的速度，降低建模的费用。经过笔者初探，利用Matlab/S

3、imulink软件可以实现这一设想。Matlab/Simulink软件是目前国内外功能最强大的仿真软件之一，由Mathworks公司出品。Matlab是一种科学计算软件，它将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，具有开放式结构，很容易进行功能扩充；Simulink是基于Matlab的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真。Matlab/Simulink广泛应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，在航空航天动力学系统、制导系统、通讯系统、电力系统、建筑业等领域均有大量应用，但目前为止，笔者还没发

4、现国内外有应用于水资源仿真的先例。作者简介：朱光华（1972-)，男，浙江义乌人，高级工程师，从事水利水电工程设计。Tel：（0591）87661857手机：13950311190Email：qwqzgh@163.com12基于Simulink的水资源建模仿真关键问题信号是Simulink仿真的基础。经分析，水资源供需模型宜采用离散系统建模。长系列月（旬、日）流量看成离散信号，并且在设置系统仿真参数时，定义为离散仿真，仿真步长固定为秒，系统中的一秒等同于现实数据的一月（或一日），仿真起止时间也要与流量的个数对应。水的传输关系可由Simulink的信号线建立

5、。水库是水资源供需系统中最常见的，由于Simulink中没有专门针对水库调度的模块，因此要采用Simulink建立水资源供需模型，关键是要建立专门的模拟水库调度子系统。模拟水库调度的方式有等流量调节方式和变流量调节方式，下面分别阐述在Simulink环境中如何建立这两种调节子系统。2.1水库等流量调节子系统所谓等流量调节，系将枯水期各月放水流量调节为等流量，适用于年内用水变化不大的情况。等流量调节计算方式使用水量差积曲线，需要知道当前时刻以后某一段时间内的流量，以便试算当前时间后某一段时间段内的调节流量，由于在Simulink中，系统是按时间步长顺序前进，

6、当前时刻以后的信号（即数据）对系统来说是不知的，因此在Simulink中无法实现严格意义上的等流量调节计算，为此需要采取以下变通的办法。水库作为供水水源时，要求保证设计供水流量，因此，可以把等流量调节中的等流量简化为设计保证流量，然后制定水库调度图和调度规则，再按调度图进行模拟调节，其原理为：水库划成保证供水区和其它，如当前时刻水库水位处于保证供水区，按保证流量供水；如低于保证供水区，来水先补充水库蓄水保证区，再按剩余可供水量供水（也可设置成按最小流量供水）；如高于保证供水区，按加大放水流量，超出兴利库容则弃水。这种调节方式不考虑水库的用水的变化，只按水库

7、来流量、调度规则和保证流量进行调节。按调度图调节方式只需要有水库当前流量和蓄水状态，相当于Simulink中当前输入信号和系统当前状态，就可决策放水流量，这在Simulink中是可以做到的。水库等流量调节的子系统可按下图1设计。图1水库等流量调节子系统上图中，in1表示入库流量，Vout表示水库状态，qout表示出库流量，模型有三个输入参数，分别是兴利库容，保证流量和调度区排序。兴利库容应转换成与计算时段一致，如模型采用月流量，则库容换算为m3/s·月。由于受Simulink子系统输入参数的限制，水库各个月的调度线均无法从子系统外采用数组6传输入子系统，因

8、此只能在系统设计时固化在S－函数中，这也是Simulink在水资源