遼寧省水資源優(yōu)化配置工程調(diào)度關鍵問題探討

張心怡，馮 琳，趙 琳（.太原理工大學，山西太原0004；.遼寧省水文局，遼寧沈陽000；.遼寧省水利廳，遼寧沈陽000）

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遼寧省水資源優(yōu)化配置工程調(diào)度關鍵問題探討

張心怡1，馮 琳2，趙 琳3
（1.太原理工大學，山西太原030024；2.遼寧省水文局，遼寧沈陽110003；3.遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

本研究以遼寧省水資源配置工程為例，對系統(tǒng)開展流域水資源配置工程優(yōu)化調(diào)度研究的關鍵問題進行探討，提出了研究的必要性、總體構思，并系統(tǒng)的闡述了研究所需的主要工作內(nèi)容，為研究構建大型跨流域調(diào)水工程優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)進行了有益的探索。

水資源；配置；優(yōu)化調(diào)度；供水工程

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.019

1 必要性及需求分析

水資源總量逐年減少、時空分布不均、開發(fā)利用程度高是遼寧的基本水情，水資源短缺更是遼寧的基本省情。從2000年以來，遼寧省相繼啟動了“東水濟西”北中南三線水資源優(yōu)化配置工程的骨干工程。項目建成后，遼寧省的水資源不均問題將得到徹底解決，工程社會經(jīng)濟效益巨大。該供水項目無論是工程規(guī)模，還是運行管理的技術復雜性均為世界首位。作為大型輸供水系統(tǒng)，在供水控制系統(tǒng)建設上設計了覆蓋調(diào)度中心、分支管理機構和所有配水閘、站的通訊專網(wǎng)、水質(zhì)自動化監(jiān)測、水情監(jiān)測、安全監(jiān)測、視頻監(jiān)控及調(diào)度自動化控制系統(tǒng)。這些輔助調(diào)度技術手段的建設為實現(xiàn)供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度奠定了良好的技術基礎。但是還應該看到，要實現(xiàn)供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，僅僅具備輸供水的工程硬件條件還是不夠的，實行優(yōu)化調(diào)度的許多關鍵問題還需要開展大量的研究工作才能得以解決，主要體現(xiàn)在如下幾方面：

（1）調(diào)水工程的調(diào)水系統(tǒng)涉及到省內(nèi)多座大型水庫和遼河、渾河、太子河等幾大流域，作為全省水資源配置工程的一部分，如何服務于全省水資源的優(yōu)化配置模式才是最終的調(diào)水系統(tǒng)運行目標，因此需要深入研究工程在運行調(diào)度上如何與遼寧省“東水濟西”中線和南線工程進行有機結合，如何切實的服務于全省水源連通聯(lián)調(diào)模式，從而確定工程優(yōu)化調(diào)度決策的邊界條件。

（2）在調(diào)水控制方面，需要對設置在供水管線系統(tǒng)上的多座電站、配水站和控制閘室內(nèi)的幾萬個閘、閥進行聯(lián)合設置和控制，以保證供水系統(tǒng)的安全和優(yōu)化運行。另外，工程輸水線路長，水力過渡條件復雜，僅靠理論的水力計算無法滿足安全輸水和優(yōu)化運行調(diào)度的需要，因此必須系統(tǒng)化的整合各專項信息自動化系統(tǒng)的建設成果、開展相關水力物理驗證模型實驗工作，研發(fā)優(yōu)化的調(diào)水模型，為實現(xiàn)全省水資源優(yōu)化配置的調(diào)度目標提供技術輔助支持。

（3）在工程運行管理方面，工程采用集中調(diào)度方式，調(diào)度中心設置在沈陽，實現(xiàn)工程全線運行的集中調(diào)度管理；在工程沿線上按區(qū)段設置多個管理機構，分別負責各自管理區(qū)段的工程管理和維護。管理、協(xié)調(diào)和應急保障能力要求極高。因此必須研究建立一套高效的管理制度體系、科學實用的管理規(guī)程和切實可行的應急預案體系，來規(guī)范調(diào)水工程的管理工作，保障工程運行管理各項工作的有序進行。

綜合上述需求分析，非常有必要系統(tǒng)地開展大型輸供水工程調(diào)度關鍵技術研究工作，從調(diào)度系統(tǒng)的邊界條件、調(diào)度模型關鍵技術和運行管理的制度保障體系三方面入手。通過開展工程實踐、科學實驗、技術攻關和科技總結工作，構建一套服務于全省水資源優(yōu)化配置戰(zhàn)略管理模型，充分整合各專項信息自動化系統(tǒng)的建設成果，研發(fā)優(yōu)化的調(diào)水模型，研究并提出大型輸供水工程優(yōu)化調(diào)度解決方案，建立一套高效的管理制度體系、操作規(guī)程和切實可行的應急預案體系。進而全面提高工程的運行調(diào)度管理水平，保證工程建設目標，充分發(fā)揮工程效益、服務于社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

2 目標及主要任務

2.1 主要目標

針對超長大型輸供水工程的調(diào)度特點和難點，采用產(chǎn)學研相結合的模式，系統(tǒng)化地開展調(diào)研、水工模型實驗、軟件模型與系統(tǒng)研發(fā)、制度體系構建和工程應用實踐等工作。對實現(xiàn)長距離調(diào)水的基本理論、關鍵技術和管理模式進行深入的研究和總結，提出一套超長大型輸供水工程優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)解決方案，為實現(xiàn)調(diào)水工程“安全供水、優(yōu)化配水、高效控水”的調(diào)度目標服務。

2.2 主要研究內(nèi)容

為實現(xiàn)研究目標，需緊密結合工程應用實踐，重點開展優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的邊界條件、優(yōu)化調(diào)度模型關鍵技術和運行管理的制度保障體系三方面研究工作，各項工作的研究重點與開發(fā)任務內(nèi)容如下。

2.2.1 優(yōu)化調(diào)度邊界條件研究

本文以分離立交橋梁施工過程中施工風險為研究對象，運用WBS-RBS耦合矩陣分析方法對整個分離立交橋梁施工中的工作進行逐層分解，同時將項目過程中可能存在的風險因素逐層向下延伸，最終形成耦合矩陣.而后運用粗糙集確定各風險權重，確定分析出各風險的重要程度及主次要大小，為分離立交橋梁施工的安全生產(chǎn)管理提供參考.

根據(jù)遼寧水資源東多西少的分布現(xiàn)狀，我省規(guī)劃了基本覆蓋全省的跨流域聯(lián)合調(diào)度水資源配置格局，形成了北中南三線組成的“東水濟西”配水系統(tǒng)模式。北線工程由清河等11座已建、在建和擬建的水庫組成，為遼西北和中部地區(qū)提供用水保障。中線工程，以大伙房水庫輸水工程為骨干，由大伙房等4座水庫組成，為遼寧中部及大連市近期用水提供保障。南線工程，以碧流河水庫為核心，由引碧入連等已建、擬建的3項輸水工程及3座水庫組成，為遼東南地區(qū)用水提供保障。上述工程體系完成后，配合節(jié)水型社會建設及地下水有效管理，可以基本解決遼寧水資源短缺問題。為提高供水保證率，我省將依托“東水濟西”三線工程，以天然河道和輸水、連通工程為通道，實現(xiàn)“三橫七縱、河庫連通，東水濟西、豐枯調(diào)劑，上下聯(lián)動、多源互補，科學調(diào)度、保障發(fā)展”的總體目標。為實現(xiàn)這一目標，要求全省水資源配置系統(tǒng)中的任何一項工程或單元的調(diào)度與決策必須以調(diào)水系統(tǒng)達到全局最優(yōu)為決策目標，不能孤立的狹義的僅關注工程自身的調(diào)度目標最大化。因此，必須首先開展全省水源聯(lián)通優(yōu)化調(diào)度方案，制定全省的水資源配置構架模式，基于該構架分別提出對該體系中每一單元在管理制度體系方面的要求和研究優(yōu)化調(diào)度模型所需的邊界條件。

2.2.2 優(yōu)化調(diào)度模型關鍵技術研究

優(yōu)化調(diào)度模型技術研究成果用來輔助工程運行管理，為實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度決策支持提供服務。在全省水資源優(yōu)化總體目標條件的約束下，綜合利用水力學、水工結構、經(jīng)濟學、信息等學科技術，充分利用并深層挖掘工程建設的各項專項信息自動化專業(yè)系統(tǒng)建設成果，研發(fā)一套優(yōu)化的調(diào)水模型。研究成果的最終形式是一套綜合信息化決策支持系統(tǒng)軟件平臺。為實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)目標，需要開展多項關鍵技術研究工作，主要的技術研究內(nèi)容如下。

（1）研究海量數(shù)據(jù)優(yōu)化整合技術，即在水情、水質(zhì)、安全監(jiān)測、自動控制等專項自動化子系統(tǒng)建設成果的基礎上，對各專項成果數(shù)據(jù)庫進行整合，形成工程優(yōu)化調(diào)度綜合數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫同時獲取全省水資源優(yōu)化配置系統(tǒng)概化圖中的關鍵節(jié)點數(shù)據(jù)，并將優(yōu)化決策所需的關鍵信息和邊界條件進行無縫整合。同時研究配套的數(shù)據(jù)庫效率保障、容災和存儲等關鍵技術及管理制度。

（2）基于綜合數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)全省水資源調(diào)配的全局最優(yōu)為目標，以水量、水質(zhì)平衡為基礎，構建優(yōu)化調(diào)度模型庫，包括：各專項子系統(tǒng)的分析、預警模型和約束目標函數(shù)的求解模型，如流域水文預報模型、工程安全分析評價預警模型、水質(zhì)分析評價預警模型、模糊綜合評價、灰色關聯(lián)度評價、人工神經(jīng)網(wǎng)絡評價等優(yōu)化決策模型等。

（3）為實現(xiàn)上述各專項子系統(tǒng)分析模型的研究，需要對應開展相關的專題分析和實驗工作。主要工作包括：

為驗證和修訂水力計算成果，選取地形、地質(zhì)、水力特性復雜的管線區(qū)段，進行專項水工物理模型實驗研究，對可能發(fā)生的各種不利工況進行模擬，并通過原型通水實驗模型參數(shù)修訂。

對驗證后的水力過渡模型進行計算機模擬仿真模型開發(fā)，實現(xiàn)對工程運行情況的復核、模擬和預測的在線模型支持。

研究水質(zhì)、水文和安全監(jiān)測專項子系統(tǒng)的專業(yè)分析模型。

（4）在綜合數(shù)據(jù)庫、模型庫和專項專題實驗研究成果的基礎上，充分利用現(xiàn)代信息技術，研究開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實技術的現(xiàn)代化優(yōu)化調(diào)度會商決策支持平臺軟件，為工程運行調(diào)度管理服務。系統(tǒng)采用B/S模式構建，分別構建基于概化圖和3DGIS的基礎平臺，在實現(xiàn)信息綜合查詢、直觀展示的基礎上，為管理者提供一個界面友好、操作簡便的工作平臺，將各級管理人員從繁重的基礎數(shù)據(jù)分析和專業(yè)的理論分析中解脫出來，為他們提供強大的專業(yè)技術支持服務工具，保證工程優(yōu)化調(diào)度目標的實現(xiàn)。

2.2.3 工程運行管理制度保障體系研究

任何一項系統(tǒng)工程的管理，需要有一套科學、實用的管理制度體系作為保障，如果把長距離調(diào)水工程本身看作是一個人的身體，那么工程管理制度體系的研究成果就相當于一個人的靈魂。工程管理制度體系的科學與否是體現(xiàn)工程整體建設與運行管理水平的關鍵要素，一套優(yōu)秀的管理制度體系，最終將形成一種管理文化，成為保障工程管理工作良性發(fā)展的關鍵。本課題通過開展這項工作，主要目的是研究出與全省水資源優(yōu)化配置構架目標相協(xié)調(diào)的一套制度、規(guī)程和預案系統(tǒng)，真正解決“如何用、如何管”的問題，主要研究工作內(nèi)容如下。

（1）完成工程管理機構及各級組織、管理體系的設置與優(yōu)化，深入研究各項權利、義務和責任的分配，形成工程管理的各項管理制度體系，建立各項管理制度。

（2）為組織、管理體系中的各級管理技術部門，尤其是涉及調(diào)水工程操作、維護、搶險的技術職能部門，制定工作需要的操作或管理技術規(guī)程體系，并完成各項規(guī)程的編制。

（3）在完成管理制度、操作規(guī)程的基礎上，進一步從管理的技術專題層面研究具有實際指導意義的預案體系，并研究編制各項專題預案。預案編制以風險評估等技術分析和研究為基礎，根據(jù)可能發(fā)生的各種工程、自然災害、人為事故和突發(fā)情況建立相關的應急響應流程和應對技術方案。如：防洪預案、應急搶險預案等。

3 結語

遼寧省北中南三線水資源戰(zhàn)略工程是一項徹底解決全省水資源制約問題的重大惠民工程，作為骨干工程，通過優(yōu)化的工程調(diào)度工作，在保證工程安全的前提下為全省的社會經(jīng)濟發(fā)展保駕護航，充分發(fā)揮惠民工程的作用是供水調(diào)度系統(tǒng)應該發(fā)揮的核心目標。將對推動大型調(diào)水行業(yè)管理技術的發(fā)展，推動遼寧乃至帶動東北地區(qū)的區(qū)域經(jīng)濟建設意義顯著，因此研究的社會經(jīng)濟效益巨大。

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TV213.4

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1672-2469（2016）01-0057-03

2015-12-08

張心怡（1994年—），女，研究生在讀。