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水庫多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度理論和應(yīng)用研究
水庫多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度理論和應(yīng)用研究 摘要:本文提出了綜合利用水庫的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度的理論 ,并將該理論應(yīng)用在綜合利用水庫優(yōu)化調(diào)度過程中,在此應(yīng)用中用馬爾可夫單鏈彈性相關(guān)理 論處理徑流,并在引入“有效雨量”的基礎(chǔ)上,將供水量作為決策條件,以滿足用水保證率 條件下供水量最大為目標(biāo)函數(shù),建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和編制了相應(yīng)的計(jì)算程序,繪出了綜 合利用水庫三維優(yōu)化調(diào)度圖,利用三維優(yōu)化調(diào)度圖進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)計(jì)算,計(jì)算結(jié)果理想、效益 顯著,且大大增加了調(diào)度過程的靈活性。經(jīng)沐浴水庫等多個(gè)綜合利用水庫的實(shí)踐證明,本方 法是可靠有效的。
關(guān)鍵詞:優(yōu)化調(diào)度 彈性相關(guān) 徑流 動(dòng)態(tài)規(guī)劃
綜合利用水庫的優(yōu)化調(diào)度受多因素影響,如徑流,水庫特性、用水特性以及電站的機(jī)電特性等,其中徑流的影響較大。本文采用馬爾可夫單鏈彈性相關(guān)理論處理徑流,以供水流量為決策變量,在考慮有效雨量的基礎(chǔ)上建立了動(dòng)態(tài)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型,編制了結(jié)構(gòu)簡明,功能完善,便于操作使用的大型優(yōu)化調(diào)度計(jì)算程序,自動(dòng)繪制出三維優(yōu)化調(diào)度圖,利用優(yōu)化調(diào)度圖進(jìn)行綜合利用水庫調(diào)節(jié)計(jì)算,在幾乎不增加投資的條件下,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)實(shí)踐證明,本方法準(zhǔn)確可靠,適合于大、中、小型水庫,也適合于平原水庫、地下水庫;更適合于我國北方水資源緊缺地區(qū)使用。
1 采用離散的馬爾可夫隨機(jī)過程描述徑流
1.1 用馬爾可夫過程描述徑流
為了計(jì)算和應(yīng)用的方便,將時(shí)間序列離散化(即分為若干時(shí)段:月),相鄰時(shí)段存在著依賴關(guān)系,以水庫來水的3個(gè)相鄰時(shí)段t1、t2、t3間徑流關(guān)系進(jìn)行分析。用X1、X2、X3表示3個(gè)時(shí)段的徑流,三者之間的相關(guān)情況可分為2種情況:(1)直接相關(guān)。即不管X2取值怎樣(或不計(jì)X2取值的影響)的條件下,X1與X3相關(guān),稱為偏相關(guān),其相關(guān)程度用相關(guān)系數(shù)表征,可用數(shù)量表示為γ13。(2)間接相關(guān)。即因存在著X1和X2、X2和X3之間的相鄰時(shí)段相關(guān)關(guān)系,故X1的大小影響著X2的大小,從而又影響著X3的大小。這種相關(guān)是由中間量X2傳遞的,不是直接的,因此叫間接相關(guān)。
1.2 計(jì)算相應(yīng)條件概率
當(dāng)一年分成K個(gè)時(shí)段(月),每個(gè)時(shí)段的徑流以平均值來表示,記作QK(K=1,2,3,……,K)。
應(yīng)用相關(guān)理論分析,可以確定相鄰時(shí)段徑流QK,QK-1(如圖1所示)的條件概率分布函QK,QK-1的條件概率分布函數(shù)示意 數(shù)F(QK/QK-1)。其條件概率分布是一個(gè)二維分布,用概率理論及水文統(tǒng)計(jì)原理來推 求徑流的條件概率計(jì)算式。
圖1 相鄰時(shí)段徑流
研究相鄰時(shí)段的徑流相關(guān)聯(lián)系時(shí),應(yīng)用相關(guān)系數(shù)R及回歸方程式求得
(1)
隔時(shí)段相關(guān)系數(shù)則為:
(2)
式中:Q1i,Q2i,Q3i為第i年相鄰時(shí)段的實(shí)測(cè)徑流值;為平均值;n為徑流實(shí)測(cè)系列年數(shù)。本時(shí)段徑流的相關(guān)關(guān)系,應(yīng)用相關(guān)中的直線相關(guān),以自回歸線性公式來表示:
(3)
式中:σK,σK-1分別為時(shí)段tk,tk-1的徑流均方差;R1為相鄰時(shí)段徑流之間的相關(guān)系數(shù)。
相鄰時(shí)段徑流之間應(yīng)用自回歸線性相關(guān)時(shí),其間隔時(shí)段的徑流對(duì)回歸線的偏離值即誤差的分布,經(jīng)剛性和彈性相關(guān)比較后,采用了彈性相關(guān)處理方法即偏態(tài)分布,按皮爾遜Ⅲ型曲線分布。相應(yīng)于條件概率的流量QPK可由下式求得:
(4)
式中:條件變差系數(shù),其中Cvk為變差系數(shù)。一年劃分為K個(gè)時(shí)段,每個(gè)時(shí)段的徑流劃分為M級(jí)(即M個(gè)狀態(tài)),則相鄰時(shí)段的轉(zhuǎn)移概率:Pkij(k=1,2,3,……,k;i,j=1,2,3,……,M)表示的含義是tk-1時(shí)段徑流為狀態(tài)i時(shí),tk時(shí)段徑流為狀態(tài)j時(shí)的概率
而矩陣
(5)
則表示tk-1時(shí)段到tk時(shí)段狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率矩陣,顯然,這個(gè)矩陣的每行各非負(fù)元素之和為1,即:
(6)
為了計(jì)算Pkij轉(zhuǎn)移概率的方便,取等分的10個(gè)概率5%,15%,……95%,這樣轉(zhuǎn)移概率的值都為0.1,則相應(yīng)的條件概率的流量Qpi由式(4)即可求得。
2 動(dòng)態(tài)規(guī)劃
動(dòng)態(tài)規(guī)劃法是美國數(shù)學(xué)家貝爾曼提出的,是一種研究多階段決策過程的數(shù)學(xué)方法。近年來廣泛應(yīng)用于水資源規(guī)劃管理領(lǐng)域中
2.1 動(dòng)態(tài)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型
把徑流當(dāng)作隨機(jī)過程的水庫優(yōu)化調(diào)度圖的計(jì)算是一個(gè)多階段的隨機(jī)決策過程。它的計(jì)算模型如下。
(1)階段:將水庫調(diào)度圖按月(或者旬)劃分成12個(gè)相互關(guān)連的階段(時(shí)段),以便求解
(2)狀態(tài):因相鄰兩個(gè)階段的入庫平均流量Qt和Qt+1之間有相關(guān)關(guān)系,以面臨時(shí)段初的庫水位和本時(shí)段預(yù)報(bào)徑流量Qt為狀態(tài)變量St(Zt-1,Qt)
(3)決策:在時(shí)段狀態(tài)確定后,作一個(gè)相應(yīng)的決定,即面臨時(shí)段的供水量qt,同時(shí)確定了時(shí)段末水位,進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。水庫水位分M級(jí),故有M個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移,按0.618法在決策域內(nèi)優(yōu)選,對(duì)每一個(gè)狀態(tài)變量St要選擇一最優(yōu)供水量qt,St~qt關(guān)系曲線為時(shí)段t的調(diào)度線,決策域?yàn)?QDmin,t;Qxmax,t)
對(duì)決策變量供水量qt進(jìn)行所有狀態(tài)優(yōu)選計(jì)算時(shí),還要進(jìn)行庫水位限制的檢查判別,若時(shí)段末蓄水量V2大于允許的最高蓄水位或限制水位,則在水庫蓄滿前供水量仍按qt放水計(jì)算,當(dāng)水庫蓄滿后則按入庫水量供水。當(dāng)入庫水量大于電廠最大過水能力時(shí),超過部分作為棄水
(4)狀態(tài)轉(zhuǎn)移:水庫狀態(tài)和調(diào)度圖形式有關(guān),因考慮當(dāng)時(shí)入庫徑流和短期徑流因素,水庫調(diào)度中將一年劃分為K個(gè)時(shí)段,每個(gè)時(shí)段由時(shí)段初庫水位Z初和時(shí)段流量Qt組成水庫的運(yùn)行狀態(tài),而每一種狀態(tài)有一個(gè)相應(yīng)的決策變量供水流量qt,用函數(shù)關(guān)系表示為:
qt = q ( Z初 , Qt , tk )
(7)
tk為時(shí)段數(shù),每一個(gè)決策就有一個(gè)相應(yīng)的時(shí)段末庫水位,水庫進(jìn)行了狀態(tài)轉(zhuǎn)移,若將水庫的水位劃分為Z級(jí),徑流劃分為M級(jí)。一個(gè)時(shí)段的水庫面臨狀態(tài)有Z×M種,全年水庫運(yùn)行狀態(tài)有K×Z×M種,水庫優(yōu)化調(diào)度圖就是對(duì)全年各種運(yùn)行狀態(tài)作出相應(yīng)決策變量的關(guān)系圖。
由式(7)可知,當(dāng)時(shí)段tk的初始庫水位和徑流量已定時(shí),時(shí)段的最優(yōu)決策供水量是一個(gè)定值,因而下一時(shí)段tK+1的初始庫水位(即時(shí)段tk末的水位)也就是一個(gè)確定值。由于下一時(shí)段tK+1的徑流不是一個(gè)確定值,而是依時(shí)段tK的徑流Qt變化的隨機(jī)值,其值由條件概率分布函數(shù)(彈性相關(guān))決策。因此,水庫在時(shí)段tK處于狀態(tài)i,而時(shí) 段tK+1處于狀態(tài)j的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率為Pkij,則有,而矩陣Pk=(Pkij)則表示從時(shí)段tK到時(shí)段tK+1的水庫狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣,Pk完全由時(shí)段tK的調(diào)度方式和徑流狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣決定。經(jīng)過多年運(yùn)行后,水庫的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的概率分布
(5)效益函數(shù):水庫進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移,伴隨著產(chǎn)生了效益函數(shù)(包括了工業(yè)用水、生活用水、灌溉用水、發(fā)電用水及三個(gè)保證率)
其中灌溉用水:因灌溉需水量每年、每月、每天都不相同,因此是隨機(jī)變量,極難編制計(jì)算機(jī)程序計(jì)算,故首次引入《農(nóng)田水利學(xué)》的“有效雨量”概念,使整個(gè)優(yōu)化計(jì)算大大簡化,完全解決了水量平衡問題,整個(gè)優(yōu)化計(jì)算,水量平衡達(dá)到100%
有效雨量的計(jì)算:從水庫灌區(qū)試驗(yàn)站獲取資料Mij即從1952~1999年歷年(i=1952~1999,j為第i年各月(或旬))的灌溉定額(是由歷年灌溉試驗(yàn)站實(shí)測(cè)作物需水量采用通用電算程序計(jì)算出的),而Mmax是48年中最枯水年的灌溉定額。Mmax-Mij=P0ij,i=1952,…,1999,j=1,…,12,逐一列表進(jìn)行計(jì)算。把每年每月的有效雨量加到每年每月的來水量Qt中,因Mmax是常數(shù),所以僅有隨機(jī)變量Mij。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:Cixj=Aixj-Bixj,即:
(8)
式中Cij為i年系列j時(shí)段(月)的有效雨量,aij為i年系列j時(shí)段農(nóng)作物需水量(j可按日計(jì)算后歸納成各農(nóng)作物生長期所需水量,再換算成月)。bij為i年系列j時(shí)段各類農(nóng)作物綜合灌溉水量。
(6)目標(biāo)函數(shù):根據(jù)水庫水資源不足的具體情況,擬定在滿足生活用水和工業(yè)用水保證率的條件下,盡量滿足農(nóng)業(yè)用水。目標(biāo)函數(shù)可表示為:滿足用水量保證率條件下供水量最大。目標(biāo)函數(shù)計(jì)算可用下列分段線性函數(shù)求得:
f(st,qt)=qt
Qxmax≥qt≥Qxmin
(9)
f(st,qt)=qt+CA(qt-Qxmin)
Qxmin≥qt≥QDmin
f(st,qt)=Qxmax+CE(qt-Qxmax)
QDmax≥qt≥Qxmax
式中:qt為水庫供水量,QDmin為系統(tǒng)供水下限,即保證城市生活用水和工業(yè)用水的下限;Qxmin為農(nóng)業(yè)保證供水量與QDmin之和;QDmax為電廠的最大過水能力;Qxmax為農(nóng)業(yè)供水量 水庫多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度理論和應(yīng)用研究上限與QDmin之和;CE為發(fā)電專用水量小于Qxmin時(shí)的折算系數(shù),CA為供水量小于Qxmin時(shí)的折算系數(shù),在計(jì)算中,可先任意假設(shè)CA、CE,CA、CE與Qxmin的保證率成正比。給定一個(gè)CA、CE就可遞推得出一張優(yōu)化調(diào)度圖,用水庫多年入庫流量資料按調(diào)度圖進(jìn)行歷時(shí)操作計(jì)算,若計(jì)算結(jié)果所得保證率低于要求的保證率,則修改CA、CE重新遞推計(jì)算(一般遞推2~3次即可),求得另一優(yōu)化調(diào)度圖,再進(jìn)行歷時(shí)操作,直至所得保證率符合要求為止。即經(jīng)過試算選擇滿足保證率要求的CA、CE值。
2.2 動(dòng)態(tài)規(guī)劃遞推方程 以qt為t階段的決策變量,St(Zt-1,Qt)為t階段的狀態(tài)變量,則其逆時(shí)序動(dòng)態(tài)規(guī)劃最優(yōu)遞推方程為:
Ft(St,qt)=max{ft(St,qt)+Ft+1(St+1)} qt∈Qt t=1,2,…,N
(10)
式中:Ft(St,qt)代表水庫從時(shí)刻t處于狀態(tài)St出發(fā)至水庫運(yùn)行終了時(shí)刻N(yùn)(計(jì)算周期末)的目標(biāo)函數(shù)值;ft(St,qt)代表時(shí)刻t水庫處于狀態(tài)St取供水量qt時(shí)面臨時(shí)段效益期望值;Ft+1(St+1)代表水庫從時(shí)刻t+1處于St+1(j狀態(tài))出發(fā)至?xí)r刻期間各時(shí)段均采用最優(yōu)決策時(shí)所得的效益期望值;Qt表示計(jì)算中t時(shí)段所用的入庫徑流序列;pi,j為t時(shí)刻采取qt決策,系統(tǒng)由第t階段的第i種狀態(tài)St轉(zhuǎn)移為第t+1階段的第j種狀態(tài)St+1時(shí)的條件概率,Ft+1相應(yīng)St+1狀態(tài)最優(yōu)決策的效益。
遞推方程的約束條件如下:①庫水位約束Vmin,t≤Vt≤Vmax,t,即各時(shí)段的庫水位不低于死水位Vmin,t,也不能超過該時(shí)段允許的最高蓄水位Vmax,t。②水量平衡約束Vt+1=Vt+(Qt-qt)·Δt-yt-Et,式中Vt+1、Vt代表時(shí)段t末、初的蓄水量;Qt、qt代表t時(shí)段平均入庫徑流量和供水量;yt為棄水量,Et為水庫蒸發(fā)滲漏損失。③供水約束和輸水能力約束QDmax,t≥qt≥QDmin,t。t時(shí)段內(nèi)供水量不能超過水輪機(jī)的最大過水能力QDmax,t,也不能小于下限QDmin,t
2.3 動(dòng)態(tài)規(guī)劃遞推計(jì)算 采取逆時(shí)序逐時(shí)段動(dòng)態(tài)規(guī)劃遞推計(jì)算,即每時(shí)段對(duì)所有狀態(tài)逐一地優(yōu)選對(duì)應(yīng)的最優(yōu)決策。對(duì)時(shí)段的多個(gè)入庫流量代表值所產(chǎn)生的效益期望值。優(yōu)選方法采用0.618法,規(guī)定搜索點(diǎn)為20個(gè)
2.4 優(yōu)化調(diào)度圖 Howard用Z變換方法證明式(10)隨年數(shù)t增加計(jì)算是收斂的,進(jìn)行遞推計(jì)算采取逆時(shí)序遞推,即從N時(shí)段開始遞推到1時(shí)段,只要知道FN(SN)即可按式(10)遞推計(jì)算。開始可取庫水位(庫容)~蓄水量關(guān)系曲線作為初始遞推線FN(SN)。當(dāng)對(duì)第一個(gè)時(shí)段的所有狀態(tài)優(yōu)選出最優(yōu)決策后,即可往前遞推一個(gè)時(shí)段。當(dāng)?shù)谝荒曛饌�(gè)時(shí)段全部遞推計(jì)算完畢后,還要進(jìn)行第二年周期的遞推計(jì)算,是因?yàn)槌跏歼f推FN(SN)是任意假設(shè)的,故第一年周期遞推所得的策略并非穩(wěn)定的最優(yōu)策略,必需繼續(xù)遞推至各時(shí)段的遞推線均收斂為止,這時(shí)所得的策略才是穩(wěn)定的最優(yōu)策略。遞推線收斂的準(zhǔn)則是:前后兩年周期中同一時(shí)段的遞推線相差小于規(guī)定的相對(duì)誤差ε即:
|Ft(Si)n-Ft(Si)(n+1)|/Ft(Si)(n+1)≤ε
(11)
式中:Ft(Si)n代表第n年時(shí)段t遞推線上相應(yīng)于狀態(tài)Si的未來效益值;Ft(Si)(n+1)則是第n+1年時(shí)段t遞推線上同一狀態(tài)Si相應(yīng)的未來效益值,ε取0.001。一般最多遞推兩年就可以收斂,即可得出12時(shí)段或36個(gè)時(shí)段(旬)的最優(yōu)調(diào)度線。這時(shí)各時(shí)段的最優(yōu)決策構(gòu)成一個(gè)最優(yōu)策略,即為優(yōu)化調(diào)度圖。顯然,因考慮月(或旬)、相隔月(旬)的相關(guān),即多用了一項(xiàng)概率預(yù)報(bào),則相應(yīng)增加了經(jīng)濟(jì)效益。由于采用了馬爾可夫單鏈彈性相關(guān)理論對(duì)徑流進(jìn)行處理,使水庫調(diào)度圖從二維坐標(biāo)變成三維坐標(biāo),形成空間水庫優(yōu)化調(diào)度圖,再由調(diào)度圖換成一組以Qt為參數(shù)的方程,遞推線也由一條變成一組,即優(yōu)化調(diào)度線由一條線變成一組,形成一族調(diào)度曲線圖,為便于實(shí)際調(diào)度時(shí)使用。
2.5 動(dòng)態(tài)規(guī)劃計(jì)算程序 動(dòng)態(tài)規(guī)劃的計(jì)算是一個(gè)非常復(fù)雜的過程,不同的規(guī)劃問題,要用不同的計(jì)算程序。我們根據(jù)最優(yōu)化(opt)問題的數(shù)學(xué)模型[2],用VISUL C編制了計(jì)算程序,用遞推方程找出最優(yōu)解。該程序在PⅡ微機(jī)上調(diào)試成功,經(jīng)實(shí)踐證明其具有功能強(qiáng)大,使用方便,運(yùn)行速度快等特點(diǎn),并能自動(dòng)繪出三維空間水庫優(yōu)化調(diào)度圖及帶有一組參數(shù)的調(diào)度曲線圖。
3 應(yīng)用示例
本方法已應(yīng)用于山東沐浴、跋山和黃前等幾個(gè)大中型水庫,都取得理想效果。僅以沐浴水庫多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用情況來說明。
沐浴水庫位于山東省煙臺(tái)地區(qū)萊陽市,控制流域面積455km2,總庫容1.87億m3。興利庫容1.07億m3,年平均來水量6900萬m3。水庫每年向萊陽市供水180.0多萬m3,灌溉面積0.93萬hm2,水電站分東西電廠,裝機(jī)容量共為1800kW,是一座具有灌溉、防洪、城市工業(yè)、生活供水、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大型水利工程。如圖2所示。
在沐浴水庫優(yōu)化調(diào)度過程中,我們用馬爾可夫單鏈彈性相關(guān)理論對(duì)徑流進(jìn)行處理,將供水流量作為決策條件,在引入有效雨量的基礎(chǔ)上,采用優(yōu)選迭代試算來滿足3個(gè)保證率(生活用水保證率、工業(yè)用水保證率和灌溉用水保證率)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法,協(xié)調(diào)了生活、工業(yè)、灌溉和發(fā)電之間的關(guān)系。
圖2 沐浴水庫運(yùn)用系統(tǒng)示意
應(yīng)用滿足用水保證率條件下供水量最大為目標(biāo)函數(shù)合理地解決3個(gè)保證率的計(jì)算問題;建立了動(dòng)態(tài)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型[5],利用其優(yōu)化調(diào)度程序計(jì)算,計(jì)算結(jié)果理想,輸出了大量的表格,(如表1所示,限于篇幅,僅列一小部分),并自動(dòng)繪出了水庫優(yōu)化調(diào)度空間圖及多族調(diào)度曲線圖(如圖3、4所示)。利用優(yōu)化調(diào)度圖進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)計(jì)算,在幾乎不增加投資的情況下,增加了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
表1 沐浴水庫優(yōu)化調(diào)度 年序:1月份 :8 (單位:億m3)
水位/m
來水量(Q)
0.6396
0.4368
0.3252
0.2591
0.2108
0.1671
0.1269
0.0938
0.0616
0.0295
最優(yōu)決策水量(qt)
63.00
64.00
65.00
...
81.00
82.00
...
0.02950
0.04650
0.06650
...
0.12262
0.13155
...
0.02929
0.04617
0.06603
...
0.13063
0.05824
...
0.02909
0.04585
0.06557
...
0.12971
0.05784
...
0.02888
0.04553
0.06511
...
0.12880
0.05743
...
0.02868
0.04521
0.06466
...
0.12790
0.05703
...
0.02848
0.04490
0.06420
...
0.12701
0.05663
...
0.02828
0.04458
0.06376
...
0.12612
&nbs 水庫多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度理論和應(yīng)用研究p; 0.05663
...
0.02808
0.04427
0.06331
...
0.12523
0.05584
...
0.02789
0.04396
0.06287
...
0.12436
0.05546
...
0.02769
0.04365
0.06243
...
0.12349
0.05506
...
年序:48 月份:12 (單位:億m3)
水位/m
來水量(Q)
0.0223
0.0170
0.0134
0.0116
0.0107
0.0089
0.0063
0.0054
0.0045
0.0027
最優(yōu)決策水量(qt)
63.00
64.00
...
81.00
82.00
0.00270
0.01545
...
0.01441
0.01545
0.00268
0.01535
...
0.01535
0.01535
0.00266
0.01524
...
0.01524
0.01524
0.00264
0.0153
...
0.01553
0.01553
0.00263
0.01503
...
0.01503
0.01503
0.00261
0.01492
...
0.01492
0. 01492
0.00259
0.01482
...
0.01482
0.01482
0.00257
0.01471
...
0.01471
0.01471
0.00255
0.01461
...
0.01461
0.01461
0.00253
0.01451
...
0.01451
0.01451
依據(jù)制定的水庫優(yōu)化調(diào)度圖即馬爾可夫調(diào)度圖,對(duì)1952~1999年共48年水文年度的徑流資料進(jìn)行長系列操作計(jì)算,計(jì)算結(jié)果表明,綜合利用水庫優(yōu)化調(diào)度后,工業(yè)用水保證率為95%,生活用水保證率為97%,灌溉保證率為80.5%;多年平均年發(fā)電量為384.7萬kW·h。灌溉保證率較常規(guī)調(diào)節(jié)計(jì)算的保證率75%增加到80.5%。如維持常規(guī)計(jì)算的灌溉保證率75%,則灌溉面積可從0.97萬hm2擴(kuò)灌到1萬hm2。原沐浴水電站設(shè)計(jì)書的多年平均年發(fā)電量為311.3萬kW·h,優(yōu)化調(diào)度后年發(fā)電量凈增73萬kW·h,增加發(fā)電量24%。常規(guī)水量平衡48年總棄水量為40102.27萬m3,優(yōu)化調(diào)度后棄水量大大減少,僅棄水2335.14萬m3。
圖3 水庫優(yōu)化調(diào)度空間
圖4 水庫優(yōu)化調(diào)度曲線
4 結(jié)語
對(duì)水庫進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)度過程中,須對(duì)徑流過程進(jìn)行正確描述,采用馬爾可夫單鏈彈性相關(guān)理論對(duì)徑流進(jìn)行處理,將供水量作為決策的條件,用優(yōu)選迭代試算來滿足3個(gè)保證率的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法,大大加強(qiáng)了利用優(yōu)化調(diào)度圖進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)計(jì)算的靈活性和針對(duì)性。本方法及計(jì)算程序也應(yīng)用于山東雪野水庫、黃前水庫等幾個(gè)大中型水庫,都取得了理想效果,實(shí)踐證明,本方法具有適用性和可靠性。
參 考 文 獻(xiàn):
[1]張勇傳.水電站優(yōu)化調(diào)度[M].北京:水利電力出版社,1983.
[2]魏權(quán),等.數(shù)學(xué)規(guī)劃與優(yōu)化調(diào)度[M].北京:水利電力出版社,1984.
[3]廖昭懋,楊文禮.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].北京:師范大學(xué)出版社,1988.
[4]Loucks D P,Stedinger J R,Haith D A.Water Resource Resource Syste ms Planning and Analysis[M].Cornell University,1981.
[5][美]N.伯拉斯著,戴國瑞,馮尚友譯.水資源科學(xué)分配[M].北京:水利電力出版社,1983
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