基于DPSA算法的“单库-单站”水资源优化调度方法研究

提出了单座水库与单座补水泵站水资源优化调度的非线性数学模型,模型以年内各时段的缺(弃)水量的平方最小为目标函数,各时段水库供水量和泵站引提水量为决策变量,各时段水库库容为状态变量,以年调节水库可供水量、泵站年引提水总量、水库与补水泵站的联合运行准则(泵站闲时补库、忙时供水)等为约束条件,并以南水北调东线一期江苏境内"骆马湖-皂河站"为实例,采用动态规划逐次逼近法进行求解。结果表明,相同供水保证率时,50%、75%、95%来水频率下泵站补水量、缺水量、弃水量比常规调度均有减少。     

南水北调东线江苏段库群水资源优化调度方法研究

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%,总弃水量相应减少了30.7%、32.8%和100%。     

基于两层协调模型的多级扬水灌区供水调配优化

针对宁夏回族自治区扬水灌区水资源紧缺、供水扬程高、不同灌溉方式并存、供水调配困难、运行成本高等问题,开展了多级扬水灌区的供水调配优化研究。考虑研究区供水具有多层次、相互联系、组成复杂、影响因素众多等特点,建立了具有二层递阶结构的供水调配多目标优化模型。模型以各层缺水量平方和最小和运行功耗最小为目标,考虑不同灌溉时段影响,第1层建立单个泵站供水调度优化模型,以进行单个泵站控制区内各时段输蓄水量分配优化;第2层建立多级泵站供水调配优化模型,以优化系统内各级泵站系统各时段供水量和提水量。两层之间以供水量作为协调变量,依据大系统分解-协调原理进行求解,充分考虑了不同层次之间水量调配和主体利益的协调。灌区应用表明,所构建模型能有效进行多级扬水灌区水量调配优化,给出了核定水量下各级泵站系统水量分配优化方案,优化方案较好地缓解了各级泵站间的供水调配时空矛盾,显著减小了系统缺水量。研究结果可为灌区管理者进行实际水量调配和管理提供决策支持和技术支撑。     

CAS理论在复杂水资源系统优化配置中的应用

针对多库联合调度复杂水资源系统,以滇中洱海流域水资源系统结构及其特点为背景,综合考虑缺水量最小及弃水量最小目标,基于CAS理论建立了水资源系统优化配置的理论框架与数学模型,运用CAS理论的Swarm模拟平台,以2030水平年水资源条件和开发利用状况为基础,进行水资源长系列供需平衡模拟,依据多方案模拟结果,重点分析了各蓄水工程之间的优化调水运行规则,以及相应优化规则条件下的水资源调配方案和最小缺水量.     

基于梯级水库预报优化调度模型的跨流域可调水量研究

通过构建梯级水库跨流域预报优化调度模型对跨流域调水实时调度过程中的供水水库的跨流域可调水量进行研究。梯级水库跨流域预报优化调度模型以最大供水能力和最大发电量为主要目标,选择逐步优化算法对跨流域调水调度系统进行优化调度。实例研究结果表明,采用预报优化调度模型进行跨流域供水和梯级水库发电调度,能够明显地提高跨流域可调水量,有效地提高水资源的利用效率。     

并联水库群共同供水任务分配规则研究

对于并联供水水库群，通过共同用户相互联系，不仅要参照每个成员水库的状态特征确定供水决策，还要根据每个成员水库的状态特征合理分配共同供水任务。针对跨流域水库群共同供水任务的分配问题，为制定科学、有效合理、均衡公平的共同供水任务的水库间分配规则，寻求并联水库群共同调度规则的最优性运行策略，通过拟定合理的平衡曲线的方式，确定并联水库群共同供水任务的分配比例，指示各库在不同调度时段的蓄水最佳分配策略，并以不同拐点和斜率描述平衡曲线的分段性，表征汛期、非汛期各水库蓄水量及供水量的变化，以缺水率最小及弃水量最小为目标函数建立优化模型对分配规则进行修正，最后采用基于免疫进化的粒子群算法率定平衡曲线的决策变量突变点及斜率，最终得到相对优秀的供水规则。以滦河流域下游水库群为研究对象，结果表明，该方法能有效地实现调度目标，合理划分共同供水任务，提高水库群共同供水任务的计算效率；拟定合理平衡曲线对并联水库群共同供水任务进行分配，其库群系统供水量较补偿调节增加约5%，弃水量减少10%左右，与动态规划得到的最大供水量、年均弃水量及保证率接近，水库间供水任务分配比例与其兴利库容的比值接近，并且成员水库有较大的供水...     

北方缺水城市水资源短缺问题解决策略研究——以廊坊市为例

针对造成北方城市水资源短缺的症结所在,基于水资源可持续利用的用水模式,提出科学解决策略,即在配置方法上,注重多源统筹调控;在利用方向上,实现先内后外,次序开发;在措施保障上构建水系连通网络。合理配置本地地表水、地下水、再生水、雨洪水、外调水、过境水多资源,提升城市供水保证率;构建丰枯互济的大水源连通网络,实现地下水采补平衡;确保外调水与本地水、地表水与地下水、常规水源与应急水源联合调度。以廊坊市为研究区,遵循"先节水后调水,先治污后通水,先环保后用水"的理念,基于"三次平衡"分析思想实现水资源供需平衡。结合廊坊市的水资源平衡分析结果,2030年廊坊市多年平均缺水量为0.02亿m~3(需水量为13.63亿m~3,供水量为13.61亿m~3),缺水率为0.1%。论文提出解决廊坊市缺水的水量调度原则和绿色水系网络连通方案。研究成果为解决北方缺水城市水量不足问题提供经验借鉴。     

基于多目标遗传算法的南水北调东线工程湖泊群优化调度研究

结合南水北调东线工程的自身特点,构建包含缺水量最小与抽水量最小2个目标的多目标优化调度模型,并将一种基于NSGA-Ⅱ算法的多目标优化技术应用于模型求解,得到问题的Pareto最优解集,最后采用基于组合权重的多属性决策方法对生成的非劣方案集进行评价,从而获得南水北调东线工程湖泊群系统的最优水量调配方案。结果表明,对比常规调度,该方法能有效降低系统总缺水量及工作能耗,使系统水资源得到更为科学合理的配置,具有很好的应用价值,为南水北调东线工程的运行管理及未来实时优化调度提供了新的思路。     

灌区水资源优化配置决策支持系统——以蜻蛉河灌区为例

采用AcrEngine作为开发平台,建立了灌区水资源优化配置决策支持系统。该系统包含数据库、模型库、方法库以及人机交互界面。其中模型库中包含水库优化调度模型和渠系工作制度优化模型。其中水库优化调度模型以年总引水量最大为总目标,以各水库月引水量之和最大为阶段目标,考虑库容约束、引水量约束、引水沟过流限制、水库库容瞬时约束以及非负约束5个约束条件。渠系工作制度优化模型是建立在3个目标函数基础上的多目标优化模型,即上级渠道流量波动最小、渠道渗漏损失最小、配水量与需水量的差值最小,同时考虑配水连续性、配水量、流量以及灌溉可供水量4个约束条件。以蜻蛉河灌区为例,优化结果表明水库优化调度模型可以解决多水库向单一水库引水问题,模型可得到不同频率下水库优化调度方案,优化结果合理。渠系工作制度优化模型能很好地解决云南高原灌区灌溉系统的渠系配水问题,缩短了渠系运行时间,提高了渠系运行的稳定性,减少了渠系渗漏损失,使得灌溉供需更加平衡。基于AcrEngine平台建立的水土资源优化配置支持系统,解决了水资源优化调度以及山丘区渠系调水配水不合理的问题,提高了云南高原灌区灌溉用水管理水平,并为抗旱减灾提供了决策支持。     

基于农业可持续发展的锦西灌区灌溉水资源配置研究

为探索不确定环境下通过灌溉水资源优化配置方法促进灌区农业的可持续发展，选取黑龙江省锦西灌区为研究区域，以随机规划、多目标规划等方法为基础展开研究。结果表明：优化后不同供水情景下，灌区灌溉总耗水量节约1.3~3.9亿m3，灌溉水资源生产力提高0.85~1.01kg/m3，可促进农业经济效益增长0.18~6.90亿元，且优化后各配水方案中生态配水量控制在0.4亿m3以上，降低农业污染物排放量1.28~3.13万t，灌区农业生产环境显著改善。优化后，不同情景、不同模糊隶属度函数所对应的各灌溉水资源配置方案的经济效益、生态效益、社会效益均存在明显差异，不确定性要素对灌区农业可持续发展影响显著。以农业经济效益、水资源利用均衡性指数、农业水分生产力、农业污染物排放强度、GWP排放量以及农业水资源利用比率为主要指标，对优化后各配水方案的综合可持续性进行分析，确定各供水情景下的最优配水方案，最优方案的可持续性指数均高于0.4。最优配水方案可在稳定灌区粮食产量的基础上，有效提高水资源利用效率，改善灌区生态环境，保障灌区农业的可持续发展。     

基于DPSA传统分解聚合模型的并联泵站优化

针对多决策变量复杂非线性系统优化问题,引入基于DPSA的传统分解聚合模型进行并联泵站叶片全调节优化运行研究.首先将大系统分解为若干个子系统,采用DPSA法对各子系统进行优化;再以各子系统分配水量作为关联变量将各子系统回归方程进行聚合,并由聚合模型确定整个系统的最优解;最后通过关联变量将系统最优解反馈到各子系统,从而得到各子系统相应优化调度过程.通过在江都并联泵站叶片全调节优化中的应用,实现了系统总费用最小时的优化调度过程,确定了各站各时段开机台数及叶片角度的最优组合方案,表明了方法的可行性.同时以单位提水费用为指标,按考虑峰谷电价与不考虑两种情况,分析了江都站不同日均扬程、不同运行负荷下,叶片全调节相对定角恒速的优化运行效果,其中考虑峰谷电价节省费用较多,在满负荷、80%负荷6、0%负荷运行情况下,不同日均扬程单位费用节省率均值分别为7.52%2,2.19%,25.89%.     

基于Pareto最优解的跨流域调水泵站多目标优化运行研究

[目的]探究跨流域调水泵站多目标优化运行.[方法]以泵站提水费用最小及站内机组间流量不均匀度最小为目标,以调水周期内各时段各机组叶片安放角为决策变量,本文建立了泵站多目标优化运行非线性数学模型,提出了基于Pareto最优解理论求解的多目标遗传算法.以南水北调东线源头江都4站为研究实例,考虑峰谷分时电价影响,开展了不同日...     

牛栏江-滇池补水方案研究

牛栏江-滇池补水方案研究根据2020年规划水平年滇池水环境治理目标生态补水量下限6.0亿m3,补水量汛枯比55:45左右要求,通过进一步深入调查分析,对原规划德泽水库调水工程受水区水资源开发利用进行挖潜,有依据地优化水资源配置方案,为牛栏江-滇池补水工程建设提供了决策依据.在保障调水需求前提下,既降低了德泽水库工程规模,又避免了对沾益海峰省级自然保护区实验区120.1 hm2土地的淹没.较好地体现了水资源优化配置,环境保护与可持续发展战略.     

玛纳斯河灌区库群系统水资源优化调度研究

新疆玛纳斯河灌区是我国第四大灌溉农业区,通过分析灌区水资源供需状况,应用大系统分解协调方法,建立以系统缺水量最小为目标函数的灌区库群系统水资源优化调度模型,并进行了模型的求解.结果表明优化调度后可减小供需差额,基本缓解灌区供需水矛盾,更有效地保证灌区的生产需要,为同类灌区库群调度提供借鉴依据.     

玛纳斯河灌区库群系统水资源优化

新疆玛纳斯河灌区是我国第四大灌溉农业区，通过分析灌区水资源供需状况，应用大系统分解协调方法，建立以系统缺水量最小为目标函数的灌区库群系统水资源优化调度模型，并进行了模型的求解。结果表明优化调度后可减小供需差额，基本缓解灌区供需水矛盾，更有效地保证灌区的生产需要，为同类灌区库群调度提供借鉴依据。     

南水北调东线泵站变速运行模式的适应性

以南水北调东线工程源头泵站江都四站为例,通过单机组优化运行（叶片全调节、变频变速）数学模型的求解、分析可知,在南水北调东线源头泵站扬程变幅（日均扬程7.8~3.8 m,潮差1.2 m）范围内,不管是否实行峰谷电价,泵站叶片全调节优化运行是较为合适的运行模式;变频变速运行仅在扬程低于5.0 m、非满负荷运行时优于叶片全调节;在满负荷工作时,泵站变频变速与定角恒速运行相比,变频变速优化运行带来的效益不足以抵消变频装置的耗损.同时,从泵装置运行的机理出发,证明了大型提水泵站只有在一次调水过程中的扬程变幅足够大时,变频变速优化运行才能产生效益的论点.该成果可为南水北调东线大型泵站的改造、优化运行提供理论依据.     

大水位变幅下库区取水泵站水泵机组变频调速研究

【目的】解决库区取水泵站在上游水库大水位变幅下与下级泵站之间流量不匹配的问题,【方法】基于水泵变频调速原理和某梯级提水设计系统模型,采用定性相似分析,定量计算的方法研究分析了取水泵站在水库不同水位下,水泵工况、变频运行范围及运行工况参数,针对取水泵站在大水位变幅下与下级泵站间的流量匹配计算提出了建议。【结果】在上游水库不同库水位下,采用变频运行方式进行泵站供水量和下级泵站需求流量之间的匹配调节完全可行;定性相似分析计算法也为流量匹配结果提供了验证。【结论】水泵变频技术和定性相似分析计算法可用于库区取水泵站的水泵机组在大水位变幅下变频运行时额定工况点的确定。     

考虑湖泊来水结果的分层耦合水量调度模型研究

引江济淮工程横跨长江、淮河两大流域，是缓解当地水资源短缺，提高工程利益等问题，向河南段供水的重大跨流域调水工程。在引江济淮工程供水侧及需水侧未知的情况下，利用菜子湖、巢湖和瓦埠湖的调蓄能力反向优化渠首引江水量，正向优化分水口门的取用水过程，采用模拟模型和正反双向优化模型分层耦合的形式，依据水量平衡原理来构建引江济淮工程中长期水量调度模型。针对来水情况和用水需求两部分构建典型年调度情景集合，基于不同水平年各湖泊来水预报结果，口门需水过程及工程约束条件，采用引入自适应参数修正机制的差分进化算法及逐步优化算法进行求解，以此制定引江济淮工程年水量调度方案。以2030年规划水平年丰水年为例对分层耦合水量调度模型及常规优化调度模型进行对比分析，由于分层耦合水量调度模型优化了湖泊调蓄过程并对湖泊水位进行约束，故该模型在引江水量、受水区缺水量及湖泊利用程度方面效果更优。结果显示，该模型在满足分水口门用水计划的基础上，降低了湖泊弃水量，同时湖泊末水位偏差值较小，逐旬水位变幅多保证在0.1 m内并使湖泊处于高水位运行状态。该模型得到的年水量调度方案能有效的利用当地水资源，提高水资源利用效率，为引江济淮工程...     

提高飞来峡水利枢纽发电效益的调

飞来峡水利枢纽运行以来，始终表现出水量利用率低、发电效益低的状况，汛期尤甚。分析认为，洪峰流量4000～5200 m3/s的场次洪水过程，水库调度可使机组不停机，减少机组停机时间；优化机组运行环境，提高发电水头，减少水头损失和洪尾提前回蓄等措施，都能有效提高枢纽水量利用率，明显提高发电效益。措施在实施中不会给防洪调度带来不良影响，对今后水库调度有较好的指导作用和实践意义。     

蒙开个地区河库连通工程泵站机组组合研究

蒙开个地区河库连通工程是滇南中心城市水资源优化配置、统一调度的重点工程，包含南洞一级泵站、南洞二级泵站和长桥海泵站，研究泵站机组优化组合有助于降低工程的运行成本。以泵站耗能最小为目标，构建了三座泵站的水泵机组优化组合模型，运用遗传算法（GA）、差分进化算法（DE/rand、DE/best）对模型进行求解，研究结果表明：DE/rand算法求解效果较好，搜索空间更大，稳定性强，适用于蒙开个地区河库连通工程泵站机组优化组合模型求解。最优运行过程会维持最少开机台数，当总流量位于开机临界点时，总功率会存在跳变。优化后的机组组合方式提高了泵站运行效率，降低了运行成本，可为蒙开个地区河库连通工程泵站经济运行提供参考。