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1、第23卷第6期水利水电科技进展2003年12月水库防洪调度分段试算法及应用1112钟平安,邹长国,李伟,张初旺(1.河海大学水资源环境学院,江苏南京210098;2.福建电力调度通信中心,福建福州350003)摘要:分析水库防洪优化调度最大削峰目标函数的物理意义,给出最大削峰准则在防洪库容约束下的解析最优解.根据水库防洪优化调度模型解的结构,提出逐步引入约束条件分段试算求解方法.分段试算法的实例研究以及分段试算法与动态规划法的对比研究结果表明:分段试算法能在不增加附加约束的条件下有效避免水量优化问题多解的难题,得到具有可操作性的最优解,并比
2、动态规划法具有更高的计算速度.关键词:水库;防洪;优化调度;分段试算法+中图分类号:TV697.13文献标识码:A文章编号:1006O7647(2003)06O0021O03水库防洪优化调度研究一直是防洪减灾非工程当有区间入流时:措施中的热点研究课题,已取得了大量的理论和应min{max[q(t)+Q区(t-τ)]}(2)Ωt∈[t,t]0D用成果,其中动态规划(DP)、逐次优化算法(POA)等以上两式均受约束于:可以处理多阶段序贯决策问题的数学规划方法应用tD[Q(t)-q(t)]dt=V防(3)最为广泛.但这些方法也存在不足,首先是计算
3、时间∫t0较长,尽管计算机速度已大幅度提高,但次洪调度计式中:V防为防洪库容;Q(t)为t时刻入库流量;算时间仍需以分钟为量级计,对于实时洪水调度,特q(t)为t时刻出库流量;Q区(t)为t时刻水库至防别是当会商决策需要多方案比较时,分钟级的响应洪点区间流量;Ω为策略空间;t0,tD为调度期始末;速度难以令人满意;其次是计算结果的可操作性较τ为区间洪水汇流时间与水库放水流达防洪断面的差,水库防洪优化调度是一个纯水量优化调度问题,时间之差.[1]最优解常常不唯一,即可能有多种放水策略能得当仅考虑防洪库容约束时,由式(3)可得:到同样的最优目标
4、函数值.常常得到出库流量波动、tDtD∫q(t)dt=∫Q(t)dt-V防(4)闸门频繁启闭的可操作性差的最优解,为了获得具tt00有可操作性的结果,需要在模型中增添附加条件加当入库流量过程Q(t)已知,防洪库容一定时有:以过滤,无形中增加了计算工作量.tD∫q(t)dt=C本文根据最大削峰准则解的特性,提出一种逐t0步引入约束条件分段试算求解的方法.式中:C为常数,表示调度期内的出库总水量.设X=maxq(t)(最大出库流量),则1最大削峰准则分析t∈[t0,tD]X(tD-t0)≥C目前在水库防洪优化调度中,最大削峰准则是C应用最为广泛
5、的优化调度准则之一.最大削峰准则X≥tD-t0以入库洪峰流量削减最多作为防洪调度最优性判别C记C…=,C…表示平均出库流量,所以X的最小指标,其实质是在充分利用防洪库容的前提下,使水tD-t0库出库流量(或防洪断面过流量)的最大值最小化.值,即最大出库流量的最小值为C….[2]最大削峰目标函数应表达为从上面的分析可知,当仅考虑防洪库容约束时,当无区间入流时:式(1)的解析最优解为min{maxq(t)}(1)min{maxq(t)}=C…(5)Ωt∈[t,t]Ωt∈[t,t]0D0D作者简介:钟平安(1962—),男,安徽无为人,副教授,硕
6、士,从事水资源规划与管理研究.·21·当考虑区间流量时,仿式(4)有:以上约束中,最高水位体现了水库自身安全和tD上游防洪效益(如果库区有淹没).实时优化调度中∫q(t)+Q区(t-τ)dt=t0降雨情况不断变化,无法准确获知后续降雨量,因tD此,对于面临时刻的调度计算,无法确知入库洪水的∫Q(t)+Q区(t-τ)dt-V防=C′t0全过程,最高水位控制在实时调度过程中是动态的,当仅考虑防洪库容约束时,式(2)的解析最优解为应根据当前防洪形势结合估报的后续降雨量,在留C′有余地的原则下分期逐步确定.min{max[q(t)+Q区(t-τ)]
7、}=C…′=Ωt∈[t0,tD]tD-t0调度期末水位反映水库兴利与防洪的协调关(6)系.期末水位是防洪与兴利矛盾的焦点,在降雨进行式(5)与式(6)表述的最大削峰准则最优解的特中,可根据后续估报降雨量按式(12)确定预留库容:征为:当不考虑区间流量时,尽可能维持各时段的出ΔV=αP-q0T(12)库流量为一常数;当考虑区间流量时,尽可能维持各式中:T为调度期;α为折算系数,该系数为产流系时段的出库流量与区间流量之和为一常数.数与调度期内出流量占总产流量的比值之积;P为2防洪调度常见约束分析估报后续降雨量.q0为当前出库流量,ΔV为后续降雨
8、预留的防洪库容(图1).实际上,除了考虑式(3)的防洪库容约束外,在水库防洪调度中,通常还需考虑以下约束条件:a.水量平衡约束.V(t)=V(t-1)+Q(t)+Q(t-1)q(
