南水北调东线江苏段库群水资源优化调度方法研究

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1、灌溉排水学报２０１５年４月第３４卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１５）０４－００１４－０５南水北调东线江苏段库群水资源优化调度方法研究史振铜１，程吉林１，杨树滩２，常本春２，蒋咏２（１．扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏扬州２２５００９；２．江苏省水资源服务中心，南京２１００２９）摘要：以南水北调东线江苏段“洪泽湖—骆马湖—南四湖下级湖”库群系统为研究对象，以缺水量最小为目标，构造库群水资源联合优化调度模型，并采用大系统分解－动态规

2、划聚合方法进行求解。以系统各水库的可供水量为协调变量，将模型分解为洪泽湖、骆马湖、南四湖下级湖３个水库优化子模型。该子模型以水库可供水量为决策变量、水库库容离散值为状态变量；在“单库”子模型优化基础上，以各水库的供水量为决策变量，水库可供水量的离散值为状态变量构造聚合模型，子模型和聚合模型均为一维动态规划模型，采用动态规划方法进行求解。通过优化计算，与常规调度成果比较，Ｐ＝５０％、７５％、９５％来水频率下系统供水量相应提高了０．２％、０．５％和０．８％，系统总缺水量相应减少了３６．５％、４．７％和１．５

3、％，总弃水量相应减少了３０．７％、３２．８％和１００％。关键词：水库群；优化；分解；聚合；动态规划中图分类号：ＴＶ２１３．９文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１５．０４．００４史振铜，程吉林，杨树滩，等．南水北调东线江苏段库群水资源优化调度方法研究［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１５，３４（４）：１４－１８．０引言水库群联合优化调度是一个涉及多水库、多阶段的复杂优化问题。近几十年来，针对水库群的联合调度［１－３］［４］问题，国内外学者采用各种优化算法、智能算法以及模拟技术对系

4、统运行模型与方法开展了一定研究，并取得了一定成果。针对南水北调东线江苏段“洪泽湖—骆马湖—南四湖下级湖”库群系统，以库群系统的［５］总缺水量最小为目标，建立库群水资源优化调度模型，并采用大系统分解－动态规划聚合算法对模型进行求解，以“单库”为子系统模型进行分解，然后根据动态规划优化原理对子系统的优化成果进行聚合，子系统模型和聚合模型均采用动态规划法进行求解，以获得系统最优调度方案。１材料与方法１．１南水北调东线库群系统概况南水北调东线工程是在江苏江水北调工程基础上拓展规模，向北延伸，利用京杭运河及其平行

5、的河道输水。南水北调东线工程江苏段主要涉及洪泽湖、骆马湖以及南四湖下级湖３个调蓄湖泊并通过沿线９个梯级泵站群进行逐级调水北送，是一个涉及多水库联合调度的跨流域调水工程。将单个湖泊及与之相关的泵站、河网等统一作为１个库区进行分析，可将该系统分为３个库区，按供水分配方向自上而下为南四湖下级湖库区、骆马湖库区及洪泽湖库区，其库群系统概化图如图１所示。各库区北调水量按南水北调一期工程预案作为常量考虑，该北调水量作为受水区需水量的一部分。以２０２０年为规划水平年，通过来水、用水过程分析以及水量配置原则进行调度，以

6、确定最优调度方案。收稿日期：２０１４－１１－１１基金项目：国家自然科学基金项目（６０９７４０９９）；教育部博士点基金项目（２００９３２５０１１０００２）；江苏省属高校自然科学重大项目（０９ＫＪＡ５７０００１）；江苏省水利科技项目（２０１３０３７）；江苏省２０１３年度普通高校研究生科研创新计划项目（校助ＣＸＬＸ１３＿９０９）作者简介：史振铜（１９８６－），男，山东章丘人。博士研究生，主要从事水利规划与管理研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｚｔ８６０３２４＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：程吉林（１９６３－），男，江苏常熟人。

7、教授，主要从事水利规划优化理论与应用研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｌｃｈｅｎｇ＠ｙｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ１４图１南水北调东线江苏段库群系统概化图１）湖泊特性。南水北调东线一期工程用洪泽湖、骆马湖、南四湖下级湖进行调蓄，各湖泊均以年调节水库来考虑，以死水位作为库容下限水位，以汛期（或非汛期）蓄水位作为库容上限水位，进行统一调度。各湖泊基本特性如表１所示，其中各水位为废黄河高程。表１调蓄湖泊特性蓄水位／ｍ调蓄库容／亿ｍ３湖泊死水位／ｍ死库容／亿ｍ３汛期非汛期汛期非汛期洪泽湖１１．３０１２．５０１３．５０７．００１５．３

8、０３１．３５骆马湖２１．００２２．５０２３．００３．２０４．３０５．９０南四湖下级湖３１．５０３２．５０３３．００３．４５４．９４８．００２）时段划分。各湖泊均以年调节水库考虑，故按水文年（７月—翌年６月）计算，且时段以月计，则Ｎ＝１２。３）来水资料及分析。洪泽湖、骆马湖、南四湖下级湖同期实测径流序列自１９５６—１９９８年，采用Ｐ－Ⅲ曲线对历史水文系列来水资料进行水文频率计算，得出各设计频率下的年径流量，进而选择年径流量与设计值接近的年份作