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关于黄河干流水资源优化调度的研究
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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 关于黄河干流水资源优化调度的研究
作者：李岩
来源：《中国科技博览》2014年第20期
[摘要]本论文结合黄河历年存档资料，以黄河干流非汛期水资源调度为重点，从实施出发，研究黄河干流水资源统一调度中的技术方法。对加强黄河水资源统一调度和统一管理，制定可具体操作实施的配水方案，优化黄河水资源配置，实行计划用水、以供定需，缓解黄河断流问题具有重要的生产意义。通过对黄河干流龙刘系统和三小系统的研究，并从生产应用的角度，建立了黄河水量调度方案评价指标体系。[关键词]黄河干流；水资源调度；模型；评价指标
中图分类号：TV213.4；S271文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）20-0106-01随着经济和工业的高速发展，需水量与日俱增，黄河水资源出现了供不应求的情况，特别是在枯水期和用水高峰期，供水不足成为了非常大的一个问题，这使得黄河下游常常发生断流且断流时间显著变长，严重地影响了河段下游地区的城市供水、人畜用水和生活生产用水。在供水量不足而用水量剧增的背景下，只有对黄河水资源进行统一的调度管理，采取可行性高的措施抑制超计划用水情况的发生，把不科学的用水需求的增长势头打压下去，使水资源得到合理的利用，才能使黄河水资源的供水量和需水量相互匹配。
黄河水资源统一管理经历了一个艰难的过程，通过不断创新和开拓性的工作，黄河水资源管理已从初期主要进行流域规划的编制，逐步发展到对省区初始水权的分配、取水权的管理、水量统一调度、水资源保护、流域水法规建设的具体实施.随着水资源管理透明度的增加，形成了目前统一规划、统一分配水量、统一发放水权证、统一管理水量与水质的格局.展望未来，黄河水资源管理将更加注重人与自然的和谐，并通过民主协商机制的建立，综合运用和完善科技、经济和法律手段，不断提高流域水资源的管理水平，确保"维持黄河健康生命"这一治黄终极目标的实现 . 1论文的研究背景和意义
黄河是中华民族的母亲河。黄河流域及邻近地区，土地辽阔，矿产丰畜，能源资源富足，是我国重要的经济发展地带，由于黄河流域地处干早半干旱地区，降雨稀少，地表、地下水资裸贫乏。因此黄河是该区域重要的水源。数十年来，依靠黄河水资源的保障，流域及下游沿黄地区经济得到了快速发展，人民生活不断提高。但是，随着流域国民经济的发展和人民生活对黄河水资源需求量的不断增加，黄河水资源也日益紧缺，水资源供给与区城经济发展之需求严重失调，流域上中下游及不同用水部门用水矛盾突出，黄河下游断流现象频频发生，特别是近几年，断流现象更日趋加重。所以要有科学合理的水资源配置方案和用水计划作技术保障，同 时需要有全河水利工程的统一调度和优化运行来支撑。在水资源供需矛盾突出、时空分布不
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 均、干流中下游工程调节能力相对较低的黄河流域，更需要通过干流工程的联合优化运行来有效地调节流域水资源，协调黄河上中下游以及防洪、发电、灌溉等用水矛盾，以提高黄河水资源的综合利用效益。
该论文结合实际生产需要，研究黄河干流水资源统一调度中的技术方法，对加强黄河水资源统一调度和统一管理，制定可具体操作实施的配水方案，优化黄河水资源配置，实行计划用水、以供定需，缓解黄河断流问题具有重要的生产意义。而且该研究针对黄河干流这一空间跨度大、条件复杂、包含数个具有不同运用目标和不同调节性能水电站水库群的水资源大系统，在水电站水库群优化调度理论分析的基础上，着重于可实际应用的实施调度，促进水库优化调度理论转向实际生产，具有重要的应用价值。2黄河干流水资源优化调度的基本模型⑴黄河干流水资源调度基本思想
黄河干流系统共包括4个调节水库、6个径流式电站，各工程主要功能各异、任务不同。上游龙羊峡至青铜峡梯级属于西北电网，在电力上互相补偿，主要以发电为主，兼顾供水、防洪、防凌，工程的调度实施由电力部门负责；中游小浪底和三门峡水库，主要以防洪减淤为主，兼顾供水、发电和灌溉，工程调度由水利部门负责。另外，在发电目标上，上游梯级与三小水库的要求也有不同，上游梯级有调峰的要求，以保证出力最大为目标，而三小水库则对调峰要求不高，以发电量最大为目标。同时考虑到现有的工作情况和目前的实际调度管理状况，对目前黄河整个干流工程的调度模型为：将全干流分为上下两个子系统，上游龙羊峡至青铜峡梯级称为龙刘系统，三门峡以下称为三小系统，两系统只有水量补偿，而不发生电力联系，相对独立，分别调度，以憧关流量为耦合。⑵调度模型建立总体框架
关于大系统优化问题，解决方法有多种。以往多数基于大系统分解协调技术，将大系统分解成相对独立的多个子系统，形成递级结构型式，在总体模型建立的基础上，通过对模型目标和约束条件的解藕，建立各子系统模型，在各子系统模型求解的基础上，根据大系统总目标，通过协调层的协调使整个大系统全局最优，从而得到整个系统的解。分解是大系统算法的结构设计，协调是大系统全局最优的保证。这种方法的特点是各子系统模型的约束和目标都具有相同的形式，求解方法也相同。
在本论文研究中，根据黄河干流工程运行管理特点和上述水资源调度基本思想，在建立全河水资源调度模型时也采用了大系统分解技术，将干流系统分解为上、下两个子系统，在建立模型时采用了混合模型形式，在上、下游子系统分别建模的基础上，将两个具有不同目标、不同形式的调度优化模型和方案优选决策模型组合在一起形成模型体系（称之为混合模型或组合模型），然后通过模型间耦合变量对系统整体进行协调，以达到寻找系统满意解的目的。之所 以采用混合模型体系形式，主要是考虑到黄河干流上、下游两个子系统其要求不同、工程隶属
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 关系不同、运行的主要目标也不相同，各有自身特点，不能要求用统一的调度模型，应根据各自的情况建立适合自身特点的调度模型；其次，根据目前黄河干流水资源调度的实际情况，在非汛期黄河水利委员会只负责刘家峡以下河段的水量调度，换言之，就是在已知刘家峡水库出库过程的条件下，下游模型应该能够独立运用，从生产管理角度上讲，需要上、下游两系统的模型相对独立，可以单独运行，以便管理部门按需所取。因此，本论文研究采用了混合模型结构，其优点是前一模型的输出是后一模型的输入，而后一模型的输出指导前一模型的输入，每个模型相对独立，分别择优，系统整体协调。⑶方案决策
根据上述建立的模型在实际生产管理中求解出最优决策方案，也是本论文的研究重点。混合模型是一个模型体系，在求解时，各子模型分别求解，通过模型间耦合变量进行整体协调。具体方法为：首先假定一组各时段潼关断面流量Q={q1、q2…qr}，以此作为龙刘系统的一个约束条件输入，求解龙刘水库调度模型，得到刘库各时段出库流量，并通过运行配水模型，给出潼关断面流量调度结果Q'={q'1、q'2…q'r}；然后将Q'作为三小系统的输入求解三小水库调度模型，得出全干流水资源调度结果，由协调层检验结果的合理性和可行性，若结果基本合理，则该结果可作为备选方案之一；若结果不合理，则调整潼关流量Q，重新上述过程，直到得到基本合理、可行的结果，即为一个备选方案。如此可得到若干备选方案。最后决策者利用方案优选技术，在备选方案集中优选决策满意方案，作为最后确定的实施方案。3水量调度方案指标评价体系
黄河干流水资源调度是一个多目标的综合性水资源调配过程，评价一个方案的优劣可从多方面考虑，如经济性、可行性、公平性、可靠性等，因而拥有大量的指标评价。但从科学、实用来讲，有必要从众多指标评价中挑选可操作的、有代表性的指标建立指标评价体系，以使所有方案有一个公正的比较基础。
建立指标评价体系应遵循几个原则：第一，选定的指标具有普遍性，即所选指标存在于各个方案。第二，指标具有代表性，能够代表水资源调度所涉及利益的各个方面。第三，指标具有可操作性，即指标要有明确的意义和可量化的方法。第四，指标具有可获取性，即指标要容易获取。
综上所述，综合分析黄河干流非汛期水资源调度的目标，考虑方案的生成条件和实用性，认为水资源调度方案可以从防凌、发电、供水、可靠性等四方面来评价，其中发电又可分为发电的质量和数量指标，供水期发电质量主要是考虑出力平稳性和时段最小出力；数量可用调度期发电总量表示，因此，可用最小时段出力与调度期平均出力的比值表示。供水因素也包括供水的质量和数量，供水质量用两个指标，一是河口镇断面5～6月过水流量，主要考虑缓解黄河下游断流的作用；二是河段缺水率，供水数量用调度期总供水量表示。
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