東淠河水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度模型研究

王　偉　田向忠（安徽省佛子嶺水庫(kù)管理處　霍山　237272）

東淠河水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度模型研究

王偉田向忠
（安徽省佛子嶺水庫(kù)管理處霍山237272）

以防洪斷面最大過(guò)水流量最小為目標(biāo)，構(gòu)建了考慮不同防洪點(diǎn)重要性差異的水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度庫(kù)容分配模型，通過(guò)實(shí)例分析表明，所建模型及其求解方法合理、有效，能較好地適應(yīng)東淠河水庫(kù)群防洪實(shí)時(shí)聯(lián)合調(diào)度的需要。

東淠河水庫(kù)群防洪調(diào)度庫(kù)容分配

東淠河流域位于淮河右岸支流淠河?xùn)|源上，屬東亞季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，南北冷暖氣流在此活動(dòng)頻繁，雨量充沛，洪水匯流時(shí)間短、漲落快，洪峰流量較大，洪水災(zāi)害頻繁。為防洪減災(zāi)，東淠河干流建有佛子嶺水庫(kù)，東支黃尾河上建有磨子潭水庫(kù)，西支漫水河上建有白蓮崖水庫(kù)，3座水庫(kù)構(gòu)成如圖1所示的混聯(lián)水庫(kù)群防洪系統(tǒng)。本文以東淠河水庫(kù)群（設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1）防洪聯(lián)合調(diào)度為背景，建立水庫(kù)群防洪聯(lián)合調(diào)度庫(kù)容分配模型，并進(jìn)行實(shí)例分析。

圖1　東淠河水庫(kù)群防洪系統(tǒng)概化圖

表1　水庫(kù)特征值表

1　庫(kù)容分配模型原理

1.1目標(biāo)函數(shù)

以保證水庫(kù)安全的前提下，最大限度降低防洪斷面的的洪峰流量為目標(biāo)。對(duì)于白蓮崖—磨子潭—佛子嶺組成的水庫(kù)群，白蓮崖、磨子潭以白—磨—佛區(qū)間洪水過(guò)程作為補(bǔ)償對(duì)象，使得佛子嶺水庫(kù)的入庫(kù)洪水過(guò)程盡可能均勻，以提高佛子嶺水庫(kù)的調(diào)洪能力；佛子嶺水庫(kù)作為防護(hù)對(duì)象霍山斷面的控制水庫(kù)，其作用是通過(guò)補(bǔ)償調(diào)節(jié)佛—霍區(qū)間洪水，使霍山斷面的過(guò)流盡可能均勻。目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：T為調(diào)度期時(shí)段數(shù)；qi（t）為第i庫(kù)（1，2，3分別代表白蓮崖，磨子潭和佛子嶺水庫(kù)，下同）的出庫(kù)流量演算到防洪斷面的流量過(guò)程；αi為第i庫(kù)補(bǔ)償區(qū)間的分配系數(shù)；QB-M-F（t）為白—磨—佛區(qū)間流量過(guò)程；QF-H（t）為佛子嶺—霍山區(qū)間流量過(guò)程。

1.2約束條件

1.2.1水量平衡約束

式中：Vi（t），Vi（t-1）分別為第i庫(kù)t時(shí)段末、初水庫(kù)蓄水量；Qi（t），Qi（t-1）分別為第i水庫(kù)t時(shí)段末、初入庫(kù)流量，對(duì)于部分水庫(kù)來(lái)說(shuō)為上游水庫(kù)放水經(jīng)河道洪水演進(jìn)后的過(guò)程與相應(yīng)庫(kù)區(qū)區(qū)間來(lái)水過(guò)程的迭加，反應(yīng)各庫(kù)之間的水力聯(lián)系；qi（t），qi（t-1）分別為第i水庫(kù)t時(shí)段末、初出庫(kù)流量；Δt為時(shí)段長(zhǎng)。

1.2.2水庫(kù)最高水位約束

1.2.3調(diào)度期末水位約束

式中：Zi，end為第i水庫(kù)調(diào)度期末計(jì)算的水位；Zi，e為第i水庫(kù)調(diào)度期末的控制水位，在漲洪段反映為后續(xù)降雨預(yù)留的庫(kù)容，在洪水尾部體現(xiàn)計(jì)劃興利回蓄水位。

1.2.4水庫(kù)泄流能力約束

式中：qi（t）為第i水庫(kù)t時(shí)刻的出庫(kù)流量；qi（Zi（t））為第i水庫(kù)t時(shí)刻相應(yīng)于水位Zi（t）的下泄能力，為溢洪道、泄洪底孔與水輪機(jī)的過(guò)水能力總和。

1.2.5出庫(kù)流量變幅約束

1.3模型求解

水庫(kù)群聯(lián)合防洪調(diào)度模型求解，首先要方便人工干預(yù)和增強(qiáng)模型的模擬仿真能力；其次調(diào)度決策結(jié)果要易于操作，要盡量克服數(shù)學(xué)規(guī)劃算法、智能算法所得防洪調(diào)度過(guò)程的“鋸齒”現(xiàn)象；三是要盡可能縮短求解時(shí)間。本文應(yīng)用鐘平安等提出的分步迭代交互分析法求解東淠河水庫(kù)群聯(lián)合防洪調(diào)度庫(kù)容分配模型。基本步驟如下：

（1）由起調(diào)水位和最高控制水位計(jì)算各庫(kù)可調(diào)庫(kù)容Vi；

（4）逐庫(kù)迭代求解過(guò)程如下：

①給定水庫(kù)i的初始出庫(kù)流量過(guò)程：q'i（t）=q安，i-Q區(qū)，i（t）；

②逐時(shí)段進(jìn)行防洪調(diào)節(jié)計(jì)算，求得水位過(guò)程Zi，t；

③尋找最高水位Zmax以及出現(xiàn)時(shí)刻tk，若Zmax不超過(guò)給定的最高控制水位，則輸出調(diào)度方案；否則，按以下式（7）調(diào)整出庫(kù)過(guò)程，然后轉(zhuǎn)步驟②：

式中：V（tk）為tk時(shí)刻的水庫(kù)蓄水量，Vm為最高控制水位對(duì)應(yīng)的水庫(kù)蓄水量。

2　算例分析

對(duì)某場(chǎng)次預(yù)報(bào)洪水過(guò)程進(jìn)行模擬調(diào)度，計(jì)算條件見(jiàn)表2。聯(lián)合調(diào)度調(diào)度結(jié)果見(jiàn)圖2～圖5。由圖2～圖5可見(jiàn)：

表2　實(shí)例計(jì)算條件表

圖2　白蓮崖防洪調(diào)度結(jié)果圖

圖3　磨子潭防洪調(diào)度結(jié)果圖

圖4　佛子嶺防洪調(diào)度結(jié)果圖　

圖5　霍山斷面防洪調(diào)度結(jié)果圖

（1）白蓮崖、磨子潭和佛子嶺水庫(kù)的水位均滿足表2的控制條件，優(yōu)化結(jié)果是可行、可控的，反映了模型對(duì)水庫(kù)安全保障的可靠性。

（2）白蓮崖水庫(kù)、磨子潭水庫(kù)的出庫(kù)過(guò)程均有“低谷”段，這體現(xiàn)了兩庫(kù)對(duì)白—磨—佛區(qū)間來(lái)水的補(bǔ)償作用，降低了佛子嶺水庫(kù)的入庫(kù)洪峰流量，一定程度減輕了佛子嶺的削峰壓力。

（3）佛子嶺水庫(kù)利用調(diào)節(jié)庫(kù)容對(duì)佛子嶺—霍山區(qū)間來(lái)水進(jìn)行補(bǔ)償，圖5清晰體現(xiàn)了佛子嶺水庫(kù)出庫(kù)與佛—霍區(qū)間來(lái)水的峰谷補(bǔ)償關(guān)系，與佛子嶺均勻出庫(kù)相比，降低霍山斷面洪峰流量200m3/s以上。

3　結(jié)語(yǔ)

本文概化了東淠河水庫(kù)群防洪系統(tǒng)。以防洪斷面最大過(guò)水流量最小為目標(biāo)建立了水庫(kù)群聯(lián)合防洪調(diào)度庫(kù)容分配模型，采用能最大限度體現(xiàn)決策者偏好的分步迭代交互法求解所建模型。實(shí)例分析結(jié)果表明，所建庫(kù)容分配模型合理可靠，模型求解速度快，計(jì)算結(jié)果操作性強(qiáng)，能較好地適應(yīng)東淠河水庫(kù)群實(shí)時(shí)防洪聯(lián)合調(diào)度的工作需要■