引黃調水工程星石泊泵站最佳運行特性指標評價方法研究

趙曉東

(山東省調水工程運行維護中心 濱州分中心，濟南 250100)

0 引 言

星石泊泵站為山東省膠東地區引黃調水工程新建七級泵站中的第七級泵站，位于煙臺市牟平區龍泉鎮星石泊村東南約400 m處，泵站機組中心線設計樁號為219+190.020，960.760，上下均接壓力鋼管，泵站設計流量為4.8 m3/s，設計揚程73 m，總裝機容量6 800 kW。引黃調水工程星石泊泵站作為我國大規模泵站，其運行特性指標為跨流域調水工程運轉的關鍵環節。針對引黃調水工程星石泊泵站最佳運行特性指標進行評價，是確保引黃調水工程星石泊泵站處于最佳運行狀態的有效手段。目前，我國已有學者提出引黃調水工程星石泊泵站最佳運行特性指標評價方法，并通過遺傳投影尋蹤模型進行泵站運行綜合評價[1]。在此基礎上，本文提出一種新型引黃調水工程星石泊泵站最佳運行特性指標評價方法，目的在于通過精準分析得到更客觀的評價結果。

1 新型評價方法

1.1 泵站最佳運行特性評價指標

結合引黃調水工程星石泊泵站實際運行情況，開展引黃調水工程星石泊泵站最佳運行特性指標評價方法研究[2]。泵站最佳運行特性評價指標可宏觀表示泵站最佳運行特性，且可分析泵站最佳運行特性，基礎的泵站最佳運行特性評價指標由運行電費、開停機次數、葉片調節次數、運行時間、平均效率、消耗功率及總抽水量構成。由于泵站最佳運行特性評價指標受多種因素影響，為此應在經濟許可的條件下，合理通過少數綜合變量取代原有多維變量，用于解決泵站最佳運行特性評價指標存在多解性的問題。引黃調水工程星石泊泵站由于地質層所受干擾較大，且涉及的邊界問題較多，因此在確定泵站最佳運行特性評價指標過程中，利用最小二乘法，擬合得到最終結果。

1.2 泵站最佳運行特性指標評價風險值

將引黃調水工程星石泊泵站最佳運行特性相關聯，作為直接影響評價標準的關鍵因素，這在評價過程中發揮著重要作用。綜合考慮特殊地質條件，計算得到泵站最佳運行特性指標評價風險值，從而實現對泵站最佳運行特性指標的評價。本文采用早期瑞典科學家Hakanson提出的生態指標評價方法，根據引黃調水工程星石泊泵站實際運行情況，對泵站最佳運行特性指標進行有效評價，結合多方面風險評價經驗，計算泵站最佳運行特性指標評價風險值[3]。計算公式如下：

R=β×(Tm-f)

(1)

式中：β為多種影響泵站最佳運行特性指標的外界因素；T為評價隱患；m為泵站最佳運行特性指標；f為泵站最佳運行特性指標評價主控因素。

根據式(1)，可判定泵站最佳運行特性指標評價數據中潛在的風險。當計算結果能達到引黃調水工程星石泊泵站最佳運行特性時，證明評價結果具有可實施性；當超出或低于該范圍時，需修正泵站最佳運行特性指標評價數據后進行重新計算，直至滿足泵站最佳運行特性指標評價要求。

1.3 評價因子荷載矩陣

通過明確泵站最佳運行特性指標評價風險值，提取最佳運行特性指標評價關鍵評價因子，采用構建評價因子荷載矩陣的方式，進行新型評價方法的設計[4]。①建立相應的數據樣本矩陣，將該組矩陣表示為Z，則Z對應的樣本組合可表示為Zi={Zi1,Zi2,…,Zij}，其中j為泵站最佳運行特性指標評價主成分的數量。②采用云端數據處理的方式對收集到的數據進行前期預處理，統一存儲數據格式，實現對泵站最佳運行特性指標的有效分析。③選擇可實現數據動態化分析的線性函數，定義函數TEC設計標準，保留傳統評價方法中數據處理優勢，將特征空間數據進行正交方向轉換，按數據特征值大小，將最佳運行特性指標重要程度由高至低依次排列，前m組數據集合是保留數據變異結構最多的數據組[5]。④進行特性指標數據代表成分方差數值計算，計算公式如下：

(2)

式中：λ為泵站最佳運行特性指標對應的映射數據；I為多種特征元素單向矩陣。

根據式(2)可進行泵站最佳運行特性指標投影評價，結合投影單位及覆蓋范圍，實現對應評價因子荷載矩陣的建立，以滿足數據的綜合性評價。

1.4 泵站最佳運行特性指標評價賦值

新型評價方法最后一步為泵站最佳運行特性指標評價賦值。根據德爾菲數據處理方法進行多組數值權重程度對比，采用專家評分的方式，針對技術投入與凈化效果，進行泵站最佳運行特性指標評價數據評價模擬化檢測。結合基礎對比指標，將區間賦值數據分為0～60、60～75、75～85及>85分，整合泵站最佳運行特性指標評價賦值的數值。采用動態化評價方式，對多種泵站最佳運行特性評價指標進行綜合性賦值[6]。此外，采用建立核函數的方式進行多級指標變量統計，對權重值較大的泵站最佳運行特性評價指標賦予較高的權值，分析數據間的權值占比以及權值間的動態化關系，實現泵站最佳運行特性指標評價。由大至小對權值數據進行排序，數值越大表示泵站最佳運行特性指標越重要。

2 試驗概況

為便于對比本文設計的新型評價方法與傳統評價方法的差異，驗證新型評價方法的適用性，進行仿真試驗，將傳統評價方法設為試驗對照組。在引黃調水工程星石泊泵站均勻布設8個測試點，測試點間距約為300 m，依次編號為1-8，將采集到的數據利用仿真試驗軟件MyCloud進行歸一化處理，試驗環境配置情況見表1。

表1 試驗環境配置Tab.1 Specific parameters of experimental environment configuration elements

3 試驗結果與分析

兩種評價方法評價矢量對比結果見表2。

表2 評價矢量對比結果Tab.2 Comparison of evaluation vectors

由表2可知，本文設計的新型評價方法凈化效果評價矢量最高為0.96，而傳統評價方法凈化效果評價矢量最高為0.55，由此可見新型評價方法評價能力更強，可實現引黃調水工程星石泊泵站最佳運行特性指標的精準評價。

4 結 語

通過試驗來驗證本文設計的新型評價方法的適用性。試驗結果表明，由新型評價方法得到的凈化效果評價滿足設計總體要求，可實現引黃調水工程星石泊泵站最佳運行特性指標的精準評價，不僅能完成傳統的評價方法不能完成的任務，還能以評價因子荷載矩陣為導向，為引黃調水工程星石泊泵站最佳運行特性指標評價方法的設計提供借鑒。