单位文秘网 2021-07-19 08:26:02 点击: 次
1 引言
水库调度是水库运行管理的中心环节,调度水平的高低直接影响水库效益的发挥,但水库调度是一个复杂的的决策问题。由于水库的来水量每年不同,一年内的来水过程也多种多样。水库的来水与需水之间存在着矛盾,为了解决供需矛盾,使水库的蓄水量利用达到最优,需对水库的水量进行优化调度。
2 东武仕水库基本情况
东武仕水库是邯郸市管辖的唯一一座大型水库、位于子牙河系滏阳河上游,控制流域面积340平方公里,是一座以防洪和供水为主,兼顾灌溉、发电等多种功能的水利枢纽工程。被称为邯郸市的“屏障工程”和“生命工程”,在邯郸市的社会发展和经济建设中发挥着重要作用。
东武仕水库的入库水量分为地表来水量和地下来水量两部分。其中,地表来水量包括水库流域的自产地表径流量,大、小跃峰渠引漳入库水量,峰峰矿区的污水量。地下来水量包括黑龙洞泉群溢出量和部分矿井疏干水量。
水库影响范围内耕地面积335.32万亩,人口330.95万人,60个乡镇,并且影响范围内包括邯郸重要企业,如马头发电总厂、邯郸钢铁集团有限公司、邯郸发达纺织集团、邯郸电厂、成峰工业走廊、邯武工业走廊、冀中能源集团等。
防洪重点保护对象有邯郸市主城区、磁县县城、马头生态工业城等重要城镇以及京广铁路、邯济铁路、京珠高速公路、青兰高速公路、石武高速铁路客运专线、107国道、309国道等重要交通干线。
3 水库优化调度研究
3.1 研究目的
水库调度可分为两大类,第一类为传统调度方式,它完全依据历史资料,利用历史资料绘制含有若干分区的调度图,在使用时按面临时段的坝前水位或入库流量确定水库的操作方式。这种方法虽简明直观,但它在对新科技的应用,预报信息的使用,客观条件变化对调度结果的影响分析等诸方面都存在明显的不足,而且所得调度方案只是一个合理的方案,而不是最优的方案。第二类为优化调度方法,它是在己知系统结构类型,水电站及其水库,系统其他组成单元的功能、任务、参数、特性等原始数据和各种信息的约束条件下,为满足国民经济各有关部门和社会的要求,按运行调度基本原则,利用一定优化理论方法和技术,制定和实现对水资源的优化利用和控制方式,即寻求系统和水电站及其水库的最优运行调度方式。
3.2 研究方法
本论文采用运筹学中的线性规划法进行东武仕水库优化调度模型的建立和求解。
3.2.1 运筹学基本理论及方法
运筹学是近代应用数学的一个分支,主要是将生产、管理等事件中出现的一些带有普遍性的运筹问题加以提炼,然后利用数学方法进行解决。前者提供模型,后者提供理论和方法,根据问题的要求,通过数学上的分析、运算,得出各种各样的结果,最后提出综合性的合理安排,达到最好的效果。
3.2.2 建立水库兴利调节数学模型
水库兴利调节计算,是指利用水库的调蓄作用,将河川径流(或丰水年)的多余水量蓄存起来,以提高枯水期(或枯水年的)的供水量,满足各供水部门的用水要求所进行的计算,也就是水库蓄水变化过程的计算。
在水库优化调度研究中,选用怎样的优化准则和目标函数至关重要。目标函数选择的合理与否,既影响到计算结果的可行性和合理性,也影响到计算工作量的大小,必须根据实际情况慎重选用。东武仕水库主要担负防洪、工农业用水、生态环境用水、发电等重要任务。在无极特殊情况下,东武仕水库优化调度的目标是,以水库水量利用率最大为目标函数。研究水库的调度函数模型,是为了寻求水库某一决策变量与其相关状态变量的函数关系。
目标函数:
max W=
约束条件:(等号左边为未知量)
① 水量平衡约束:
i=2,3……12
②用水量约束:
i=1,2……12
③水库库容约束:
i=1,2……12
④水库水位约束:
i=1,2……12
其中:─— 水库各月放水量;
─— 水库各月末蓄水量;
─— 水库各月平均水面面积;
─— 水库各月弃水量;
─— 水库各月末水位;
─— 各月工业用水量;
─—各月农业用水量;
─—各月环境用水量;
3.2.3 模型求解
由于库容~水位关系、面积~水位关系为非线性函数,首先把库容~水位、面积~水位关系逐段线性化,再利用线形规划法(单纯型法)进行模型求解。模型以水库各月放水量(不包括弃水量)和水库最后剩余水量(库中未用水量)之和最大化为目标,遵循水库各月放水量首先满足该月工业用水量,其次满足农业用水量,最后满足环境用水量的原则进行求解。即当水库该月水量不能同时满足该月工业、农业和环境用水时,首先要满足该月工业用水,同时缩减农业和环境用水量;当水库该月水量甚至不能满足工业用水量时,只能扣减上个月的农业和环境用水量来补充这个月工业用水量的不足部分,要是扣减上个月的农业和环境用水来量后还不能满足这个月工业用水量,只能再从上上个月扣减农业和环境用水量,以此类推直到水库水量可以满足该月工业用水量为止。
4 结论
丰水年水库对工业、农业和环境的需水量满足供应。平水年当水库的库容降到3093.9万m3 时,开始限制对农业的供水, 农业缺水2092.1万m3。枯水年水库对工业的需水量能够全部满足,为了保证工业的需水量,水库从蓄水期开始对水库的放水量进行控制,对农业和环境的需水量采用适量供给,缺水15517.2万m3。特枯水年的年来水量小于工业年需水量,来水量扣除水库的蒸发渗漏损失后,剩余水量全部供给工业,工业缺水2266.7万m3,总缺水23721.1万m3.
5 建议
(1)东武仕水库下游滏阳河灌区内蓄水闸的运行管理,使其发挥应有作用,结合东武仕水库进行联合调度,提高区间水资源及邯郸市污水的利用率,从而达到东武仕水库水资源的高效利用和优化配置。(2)进一步了解和规划邯郸市工业用水,依据工业用水规律和河道调节作用,东武仕水库分时段适量放水提高东武仕水电站发电效率,探讨东武仕水库水资源综合利用的优化调度模型。(3)完善东武仕水库的实时监测系统,为区域水资源优化调度提供技术基础和保障,使其更具可行和可操作性。
作者简介
1.李俊芳,(1974~ ),女(汉)邯郸市东武仕水库管理处,工程师
2.单丽梅,(1973~),女(汉)邯郸市水利工程处,工程师
3.李金兰,(1976~),女(汉)邯郸市跃峰渠管理处 工程师
4.王新英,(1976~),女(汉)邯郸市东武仕水库管理处,工程师
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