一种水库群供调水系统实时调度方法
【专利说明】_种水库群供调水系统实时调度方法 技术领域 本发明涉及调度运行领域，特别涉及一种水库群供、调水系统实时调度方法。 【背景技术】 水资源分布的不均匀性与人类社会需水的不均衡性使跨流域调水成为必然，目前已经 规划或正在实施的跨流域调水工程有南水北调工程、吉林中部引水工程、辽宁省河库水系 联通工程等。旨在缓解我国华北和西北地区水资源供需矛盾，国家实施了规模庞大的南水 北调工程；为缓解吉林省中部地区水资源供需矛盾，保障该区域人民生活、促进城市发展、 保护生态环境，吉林省正在实施吉林中部引水工程，确定的受水区为长春、四平、辽源等10 座城市、25个建制镇，沿线选取6座大中型水库作为调节水库。为了缓解辽宁中西部地区水 资源对经济社会发展的严重制约，辽宁省提出了以大型水库、天然河道、连通工程、输水工 程、配套工程组成的"三横七纵"河库水系连通复杂巨系统，构建"东水济西"水资源总体配 置格局，涉及主要水库工程26座。由跨流域调水工程和本地水库群组成的供、调水系统，改 变了原水库群的边界条件及调度模式，调度决策变得更加复杂。水库群供、调水系统调度决 策的核心内容及面临的困难主要包括：1)什么时候开始调水、调多少水，有两种情况可能 导致调度失败，分别是调水的同时弃水、缺水却未调水；2)如何对各用户进行供水，即不同 供水保证率的各用户时段供水量是多少，以及同一用户不同水源如何优化组合，即水资源 高效利用问题。 对于水库群供、调水系统优化调度的研究多集中在调度规则上，是根据历史调度规律 制定调度决策，没有充分利用水文预报信息，调度决策偏于保守。
【发明内容】
本发明提供一种水库群供调水系统实时调度方法，以解决调度时没有充分利用水文预 报信息，调度决策偏于保守的问题，利用径流预报信息，采用优化求解技术，制定科学合理 的水库群供水和调水方案，在保证供水安全的前提下，使供水效益最大化。 本发明采取的技术方案是：包括下列步骤： (1)入库径流预报，入库径流预报时段包括以年或月计的长期和以旬计的中期，采用基 于超越概率的水库群供、调水系统长期入库径流预报方法对长期入库径流进行滚动预报， 而中期入库径流预报采用基于GFS降雨信息的入库径流滚动预报方法，入库径流预报的具 体步骤如下： (a)基于超越概率的水库群供、调水系统长期入库径流预报方法，具体步骤如下： ① 选取年内已发生入库径流总量作为预报因子（Z,)，对年内剩余时段的入库径流（Q1) 形势进行定性预测； ② 根据历史样本将预报因子和预报变量划分5个不同频率区间，分别为：丰（Q1)、偏丰 (Q2)、平（Q 3)、偏枯（Q4)、枯（Q5); ③ 选择预报因子的频率区间Z,，计算不同入库径流条件下f (Z^Q1)和P(Q1)，其中 HZjIQ1)为仏发生条件下Z j的条件概率密度，P(Q1)为仏发生的概率； ④ 根据公?
汁算P (Q11Z,)，并绘制面临时段入库径流~ 超越概率图，其中，P (Q11Z,)为预报因子Z,已知且预报变量Q i发生的后验概率；N为预报变 量事件分布空间； ⑤ 根据预报变量频率区间划分，计算每个频率区间的概率，选择概率最大的频率区间 max (P (Q11 Z,))作为预报因子为1的面临时段入库径流预报结果Q 1; (b)基于GFS降雨信息的水库群供、调水系统中期入库径流预报方法，具体步骤如下： ① 选择本旬GFS预报降水（Pp)、上旬降水（Pb)与上旬径流（Qb)作为旬径流预报的因 子； ② 采用基于变预报因子的多元线性回归方法进行水库旬入库径流预报，表达式为：Q =Sl^S1QdB2PfS3Pp，式中，Q为预报入库径流量；B。、B 2、系数； (2) 需水预报，需水分为工业及城镇生活、农业、环境三大类，具体步骤如下： (a) 工业及城镇生活年需水一般呈线性增长，采用趋势预报方法进行预报： tV'D;: = a I+ b，式中WD#工业及城镇生活年需水量；Y为年份；a、b为系数； (b) 水库群供、调水系统中，农业（WDa)及环境（WDe)需水所占比重均较小，采用典型年 预报方法进行预报； (3) 调度方法，采用松散和紧密相结合的模式进行不同调度时段间的耦合嵌套，采用水 库群供、调水系统优化调度建模求解方法对优化调度问题进行求解，具体步骤如下： (a) 水库群供、调水系统不同时段间耦合嵌套，具体步骤如下： ① 跨流域调水工程不同时段耦合嵌套模式：跨流域调水工程年调水计划是以月为调度 时段，根据年初水库蓄水状态，结合径流预报和需水预报，给出一年12个月逐月计划调水 量，跨流域调水工程月调水计划仍以月为调度时段，根据月初水库蓄水状态，结合面临时段 (至年末）径流预报和需水预报，给出月计划调水量，月的调水计划可以对年计划进行调 整，因此，跨流域调水工程不同时段间为松散耦合嵌套模式。 ② 本地水库群供水工程不同时段耦合嵌套模式：供水工程年、月、旬调度时段间同为松 散耦合嵌套模式，但在旬调度过程中，跨流域调水工程月调水总量原则上保持不变，在固定 跨流域调水工程月调水总量及时程分配不变的基础上，制定供水工程旬供水计划，因此，当 调度时段为旬时，跨流域调水工程与本地水库群供水工程之间为紧密耦合嵌套模式； (b) 水库群供、调水系统建模求解方法，具体步骤如下： ①边界条件主要为水库蓄水量边界条件和调水量边界条件，年调度边界条件为：以年 底实时采集的水库蓄水量\3作为该水库起始蓄水量，以水库年末蓄水目标V _作为该水 库年末蓄水量边界条件；月调度边界条件为：以上月底实时采集的水库蓄水量Vn s作为该 水库起始蓄水量，以水库年末蓄水目标Vcilu作为该水库年末蓄水量边界条件；旬调度边界 条件为：以上旬底实时采集的水库蓄水量\ 3作为该水库起始蓄水量，以水库月计划中月 末蓄水量V1^作为该水库月末蓄水量边界条件，以调水工程 m月调水计划D n作为调水量边 界条件； ② 输入条件为年、月、旬入库径流（R)及需水（WDpWDp WDe)预报结果； ③ 根据需水和水库蓄水状态以及来水条件，确定各用户供水量，生活、农业、环境三类 主要用户中，环境需水应完全满足，根据入库径流量和水库蓄水状态，扣除环境需水、蒸发 渗漏损失及死库容，得到水库可供水量（WS ablJ，工业及城镇生活需水量和农业需水量之和 为总需水量（WDtotal)，当可供水量比较丰沛时，各用户供水量按需供给；反之则按照供水目 标重要程度进行差异供给：即根据可供水量和总需水量的对应关系，以及各用水户的重要 程度，决定各用水户的供水量，其中工业和城镇生活供水允许破坏深度为10 %，农业供水允 许破坏深度为30% ; 如果缺水量 WL〈〇. 3XWDA(WL= WD total-WSable)，则 WS1= WD p WSa= WD A-WL; 如果缺水量0.3\'?^彡'^彡0.3\耶纣0.1\耶1，则吧1=耶1-^+0.3\^^，^^ = 0. 7 X WDa； 如果缺水量 Wl>〇. 3XWDa+0.1 XWD1,则 WS1= 0· 9XWD (1-(Wl-0. 3XWDa-0.1 XWD1)/ (0. 9 X ffD: + 0. 7 X WDa) ) , WSa= 0. 7 XffD AX (I - (ffL-〇. 3 XWDAj1-〇. I XffD1) / (0. 9XffD:+0. 7 X WDa))； ④ 针对水库群供、调水系统优化调度的建模方法，具体步骤如下： 第一步，选择调度决策核心变量（调水量和有共同供水任务的供水量），以调度决策核 心变量为基础分别构建虚拟水库，所述虚拟水库无径流输入，无蒸发渗漏损失，计算虚拟水 库特征值，蓄水上限& = 蓄水下限为0,式中，i为时段，I为调度周期，T_ i为时段 IEl ' 内工程的供、调水能力； 第二步，构建基于虚拟水库的动态规划模型，取蓄水量V1为状态变量，计算状态变量的 可行区间：
式中，VliJPVlid分别为时段初状态上限和下限，k为时段，T_ik为时段内工程最小供 水量，T_,k为时段内工程的供水能力； 决策变量为时段供、调水量W1; 状态转移方程为：v1+1= V i-Wi，式中，VjP V 1+1分别为时段初、末虚拟水库蓄水状态； 目标函数^
式中：P为总供水成本；PS、P