水庫群供水調度預警系統研究及運用

【摘要】為了解決現階段水庫供水調度的不確定問題，文章以最小缺水率為基本目標函數，建立了水庫群供水調度模型，并對模型相應的算法進行分析，確定具體的供水調度操作路線，旨在為相關人員的決策提供重要的支持。

【關鍵詞】水庫群供水調度；預警系統；應用

跨流域調水是解決現階段城市水資源供給矛盾問題的關鍵。跨流域調水工程是一種特殊化的水資源開發再利用方式，和當地水庫群發展存在密切的關聯，在操作中面臨比較大的麻煩，比如怎樣調水、對用戶怎樣供水等問題。為了有效解決水庫供水、調水發展存在的問題，需要相關人員加強對其不確定影響因素的預測。基于此，文章對水庫群供水調度預警系統展開分析，結合不同時間段的入庫徑流量來優化水庫供水調度，繪制適合的水庫供水操作路線，將水庫供水調度和供水計劃操作有效結合，從而結合實際發展情況確定最理想的供水調度操作策略。

一、水庫群供水調度基本操作路線

水庫群的入庫徑流和供水用水情況預警具有很大的隨機性，為此，基于實際測量的徑流數據，將某時段內的水庫入流量作為不確定量，在水庫群供水優化調度中來繪制時段入庫徑流超越機率。結合不同時段的水超越機率來對供水調度進行優化調節。

時段入庫徑流超越機率

鑒定某一時間段內的水徑流測量是這個水庫所有自來水的信息。基于不同時段內水資源的不確定性，應用韋布爾函數來對不同時段入庫徑流超越機率進行計算，以缺水率最小為目標來對不同頻率的供水進行優化計算分析。水庫供水的操作路線選擇缺水率最小為水庫供水操作路線的優化目標，對應的函數條件如下所示：目標函數：Minf= （1）

水量平衡余數條件：Vit=Vi t-1+Iit+qqit-Xit-Sunit（2）

水庫庫容約束條件：Vit-min≤Vit≤Vit-max（3）

可供水量約束條件：Xit-min≤Xit≤Xit-max（4）

需要水量的約束條件：0≤Xit≤Dit（5）

（Dit是i水庫在t時段所需要的供水量，Xit是i水庫在t時段所需要的供水量，Vi、Via.....分別是i水庫在t時段開始和最后階段的庫存容量，qqit是i水庫在t時段的天然入流量，Iit是i-1水庫在t時段的調水量，Sunit是i水庫在t時段的水量損失，Vit min和Vit max分別是i水庫在t時段最小、最大庫容。）

水庫供水的基本操作規則路線

應用蟻群算法對水庫供水優化調度問題進行求解操作，并繪制相應的不同水超越機率下的水庫供水操作規則路線。這種算法在優化問題的解決中顯示出良好的性能，具有很好的反饋機制和計算機制，但是具有初期計算速度慢、計算功能受規模嚴重影響的局限。

免疫進化算法借鑒了免疫概念和理論，在保留原算法優良特性的前提下，有選擇、有目的地利用待求問題中的一些特征或知識來抑制其優化過程中出現的退化現象，免疫進化算法核心是免疫算子的構造，具體是通過接種疫苗和免疫選擇兩個步驟來完成的。

結合水庫供水調度基本操作要求選擇了免疫進化算法中的蟻群算法初始解進行操作。第一，確定水庫供水優化調度的目標函數，結合（1）的要求確定水庫供水優化調度的目標函數，具體約束條件如公式（2）-（5）所示。第二，在初始化免疫進化算法中的蟻群算法中設定算法參數信息，包括調整系數A、收斂系數 。將梯級水庫庫容作為決策的變量數據，之后形成初始化的水庫庫容種群V（0）。第四，進行進化操作，對調度軌跡進行細化操作，形成子代群體。第五，選擇水庫調度軌跡的最優解，對各個代函數的評定值進行計算。 第六，假設達到預期的進化代數值，對原有生成的水庫調度軌跡停止計算。第七，對蟻群進行初始化操作，將免疫進化算法中形成的調度軌跡作為蟻群的最開始路徑。

二、供水預警指標及預警系統構建

供水預警指標是完成對水庫供水調度預警系統的關鍵部分，其中供水預警指標主要由現階段供水指標、未來水情指標和水庫供水預警指標組成。將這些指標作為預警系統構建的基礎，借助信息采集系統，完成對各個指標的各類信息進行采集，進而完成對水庫群供水調度展開預警，確保供水調度預警系統的功能。

（1）水庫現狀供水評價指標的確定。水庫現狀供水評價指標的確定，主要將水庫的供水因子作為指標集。由各類傳感器設備作為信息的采集器，實現對雨水量、流量、水庫蓄水量、入庫流量、地下水位、供水量等信息的采集，并生成記錄報表，存儲到數據庫中。

（2）水庫的未來水情指標的確定。水庫未來供水能力和水庫現階段的蓄水量、入庫信息等呈現出密切的關聯。基于入庫徑流受不確定因素的影響很大，甚至還會影響供水調度決策者對供水能力的未來評估。故此，對于未來水情指標的確定，是在信息采集器采集到一段時間內的入庫流量和入庫徑流等，實現對指標的估算。

（3）供水預警指標的確定。這一指標與水庫現狀供水評價指標和未來水情進行確定，在綜合分析的基礎上，可以完成對供水預警指標的確定。

水庫群供水調度預警系統，主要是將上述三個指標作為系統的構建基礎，在實際預警階段，借助如上三個指標，對改善水庫供水調度質量和效率具有顯著影響。

結束語

綜上所述，為了能夠更好地發揮出水庫供水調度工作效果，文章提出了水庫供水調度預警系統。在考慮供水調度實時性和不確定的同時有效避免了因為水庫入庫和供水區用水預報誤差對供水調度效果的影響，能夠結合不同時間段的需要來調節供水調度問題。

參考文獻：

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