CN117557066A - 一种基于多维均衡调蓄的跨流域调水工程优化调度方法 - Google Patents

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CN117557066A CN202410027421.7A CN202410027421A CN117557066A CN 117557066 A CN117557066 A CN 117557066A CN 202410027421 A CN202410027421 A CN 202410027421A CN 117557066 A CN117557066 A CN 117557066A
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Abstract

本发明公开了一种基于多维均衡调蓄的跨流域调水工程优化调度方法，属于跨流域水库调度技术领域，能够解决现有技术导致调水过程不均匀的问题。所述方法包括：S1、根据调水区工程设计参数，得到满足预设缺水率范围的多个缺水率，并从中选择一个缺水率作为当前缺水率；S2、根据当前缺水率和受水区工程设计参数，确定调水区的调水量时间序列、受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差；S3、判断调蓄流量修正标准差是否满足预设标准差范围，若不满足，则从剩余缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率，并重复执行步骤S2至S3；若满足，则根据调水量时间序列和调蓄流量时间序列进行调水工程的调度。本发明用于水资源调度。

Description

一种基于多维均衡调蓄的跨流域调水工程优化调度方法
技术领域
本发明涉及一种基于多维均衡调蓄的跨流域调水工程优化调度方法，属于跨流域水库调度技术领域。
背景技术
长久以来，由于降水时空分布不均、流域下垫面情况差异等因素，导致流域间的水量丰沛程度存在较大差异，缺水流域的社会经济发展严重受制于水资源量供给状况。在国家水网建设的大背景下，我国为促进不同地区水资源的均衡，大力推进江河湖库水系连通工作，重点建设跨流域调水系统，将丰水流域的余水输送至缺水流域，促进缺水流域经济社会的可持续发展，改善缺水流域的生活条件及生态环境状况。
跨流域调水系统通常包括调水区、通过区和受水区三部分，系统按照“水库-泵站-电站-通道-调蓄-用户”的复杂联调路径，将调水区的水经过通过区输送至受水区，从而实现跨流域调水过程。水库作为跨流域调水系统中的重要组成部分，在调水过程中承担着调水和调蓄的工作。调水时，调水区的调水水库群负责根据受水区的需水量收集调水区的水，并将水调度给受水区的调蓄水库群；受水区的调蓄水库群负责容纳调水区的来水，并通过调蓄将水输送给用户。
在实际中，受工程设计参数、天然来水情势、用户需水变化、水库运行状态、流域开发利用限制、多水源水库调水次序及启动时机等因素的影响，受水区的需水量和调水区的可调水量往往波动较大，相较于较为稳定的水量需求，造成同时段内水量的实际供需与预计供需存在较大偏差。而目前的跨流域调度方法无法及时根据供需变化来调水和调蓄，往往造成调水区的调水量不足或过剩，表现为调水过程不均匀，进而限制受水区的调蓄水库运行，使得受水区调蓄水库群的实际运行严重受制于调水区调水水库群的调水决策，导致调水水库群和调蓄水库群的效能均无法被充分发挥，进而影响调水工程对水资源的充分利用。
因此，现有的调度方法存在调水过程不均匀、联合调度效率低下、浪费资源等缺陷。
发明内容
本发明提供了一种基于多维均衡调蓄的跨流域调水工程优化调度方法，能够解决现有技术中的调度方法无法根据供需变化来调水和调蓄，导致调水过程不均匀、联合调度效率低下、浪费资源等问题。
本发明提供了一种基于多维均衡调蓄的跨流域调水工程优化调度方法，所述方法包括：
S1、根据调水区工程设计参数，得到满足预设缺水率范围的多个缺水率，并从多个缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率；
S2、根据所述当前缺水率和受水区工程设计参数，确定调水区的调水量时间序列、受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差；
S3、判断所述调蓄流量修正标准差是否满足预设标准差范围，若不满足，则从剩余缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率，并重复执行步骤S2至S3；若满足，则根据所述调水量时间序列和所述调蓄流量时间序列进行调水工程的调度。
可选地，所述S1中的根据调水区工程设计参数，得到满足预设缺水率范围的多个缺水率，具体为：
构建缺水率函数；
根据调水区工程设计参数，确定所述缺水率函数的多组自变量数值；
根据所述缺水率函数的多组自变量数值和所述缺水率函数，得到满足预设缺水率范围的多个缺水率。
可选地，所述S1中的从多个缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率，具体为：
从多个缺水率中选择一个最小的缺水率作为当前缺水率。
可选地，所述S2具体为：
根据所述当前缺水率，确定调水区的调水量时间序列；
根据受水区工程设计参数和所述调水量时间序列，确定受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差。
可选地，所述根据所述当前缺水率，确定调水区的调水量时间序列，具体为：
根据所述缺水率函数获取当前缺水率所对应的调水量，得到调水区的调水量时间序列。
可选地，所述根据受水区工程设计参数和所述调水量时间序列，确定受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差，具体为：
构建修正标准差函数；
根据受水区工程设计参数和所述调水量时间序列，确定所述修正标准差函数的自变量数值；
根据所述修正标准差函数的自变量数值和所述修正标准差函数，得到受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差。
可选地，所述S3中的从剩余缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率，具体为：
从剩余缺水率中选择一个最小的缺水率作为当前缺水率。
可选地，在所述S3之后，所述方法还包括：
S4、获取调水区的影响因子与所述调水量时间序列的协方差，所述影响因子的方差和所述调水量时间序列的方差，确定所述影响因子与所述调水量时间序列之间的相关系数。
可选地，所述确定所述影响因子与所述调水量时间序列之间的相关系数，具体为：
计算所述影响因子的方差和所述调水量时间序列的方差的乘积，并计算所述协方差与所述乘积的平方根的比值，得到所述影响因子与所述调水量时间序列之间的相关系数。
可选地，所述缺水率函数和所述修正标准差函数分别采用粒子群算法求解缺水率和调蓄流量修正标准。
本发明能产生的有益效果包括：
本发明通过将缺水率和调蓄流量修正标准差结合起来，设置合理的预设缺水率范围和预设标准差范围，得到满足预设缺水率范围的当前缺水率，进而得到调蓄流量修正标准差；通过判断调蓄流量标准差是否满足预设标准差范围，进一步修正当前缺水率，直至当前缺水率满足预设缺水率范围的同时，调蓄流量修正标准差也满足预设标准差范围，从而实现调水过程的整体均匀，实现调水区和受水区的整体效益最优。
附图说明
图1为本发明实施例提供的调度方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的调度方法的流程框图；
图3是本发明示例提供的引汉济渭跨流域调水工程的总体布局图；
图4是本发明示例提供的金井水库水位变化过程图；
图5是本发明示例提供的金盆水库水位变化过程图；
图6是本发明示例提供的受水区调蓄水库对调水过程的改善示意图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
本发明实施例提供了一种基于多维均衡调蓄的跨流域调水工程优化调度方法，如图1所示，该方法包括：
S1、根据调水区工程设计参数，得到满足预设缺水率范围的多个缺水率，并从多个缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率；
S2、根据当前缺水率和受水区工程设计参数，确定调水区的调水量时间序列、受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差；
S3、判断调蓄流量修正标准差是否满足预设标准差范围，若不满足，则从剩余中选择一个缺水率作为当前缺水率，并重复执行步骤S2至S3；若满足，则根据调水量时间序列和调蓄流量时间序列进行调水工程的调度。
其中，缺水率表示调水区的调水量和受水区的需水量之间的匹配程度。缺水率越小，说明调水量和需水量越匹配，当缺水率为0时，说明调水量刚好满足需水量，达到调水量和需水量完全匹配的理想状态。
调蓄流量修正标准差表示受水区的实际调蓄流量和目标调蓄流量之间的偏差程度。调蓄流量修正标准差越小，说明实际调蓄流量和目标调蓄流量之间的偏差越小，当调蓄流量修正标准差为0时，达到实际调蓄流量和目标调蓄流量完全一致的理想状态。
可以理解的是，缺水率为0的理想状态和调蓄流量修正标准差为0的理想状态在现实中很难实现。
实际中，若仅针对调水区一方调整缺水率，以使缺水率最小，或仅针对受水区一方调整调蓄流量修正标准差，以使调蓄流量修正标准差最小，对于调水区与受水区整体而言，只会使被调整一方的情况接近理想状态，而另一方的情况则可能与理想状态偏离较大，难以实现两者均接近理想状况，导致调水过程不均匀性问题更为突出。
在本实施例中，综合考虑调水区和受水区的整体效益最优，将缺水率和调蓄流量修正标准差结合起来，设置合理的预设缺水率范围和预设标准差范围，得到满足预设缺水率范围的当前缺水率，进而得到与当前缺水率相对应的调水量时间序列、调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差。在此基础上，通过判断调蓄流量标准差是否满足预设标准差范围，进一步修正当前缺水率，进而修正调水量时间序列、调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差。如此反复，直至当前缺水率满足预设缺水率范围的同时，调蓄流量修正标准差也满足预设标准差范围，此时得到的调水量时间序列和调蓄流量时间序列就是使调水区和受水区整体利益最优的调度方案，该方案可实现调水过程的整体均匀。
具体地，调水区工程设计参数包括：调水区调水水库群中各水库的特征水位库容、库容曲线、尾水位流量关系曲线、入库径流资料、流域限制调水量时间序列、下游综合用水需求等信息，各水库电站的装机容量、保证出力、过流能力等信息，各水库泵站的装机容量、设计流量等信息，以及输水通道的设计流量等信息。
具体地，受水区工程设计参数包括：受水区调蓄水库群中各水库的特征水位库容、库容曲线、尾水位流量关系曲线、天然径流资料、现有供水任务，用户用水需求等信息，各水库电站的装机容量、保证出力、过流能力等信息，各水库泵站的装机容量、设计流量等信息。
在本实施例中，S1中的根据调水区工程设计参数，得到满足预设缺水率范围的多个缺水率，具体可以为：
构建缺水率函数；
根据调水区工程设计参数，确定缺水率函数的多组自变量数值；
根据缺水率函数的多组自变量数值和缺水率函数，得到满足预设缺水率范围的多个缺水率。
实际中，调水区工程设计参数包含多个具体的参数，且其中的某些参数具有一定的取值范围。在本实施例中，通过设置第一约束条件对调水区工程设计参数的取值范围予以限定，进而得到取值不同的多组调水区参数。将取值不同的多组调水区参数作为自变量分别输入缺水率函数后，即可对应得到多个缺水率。
本实施例从多个缺水率中选出满足预设缺水率范围的多个缺水率。为了尽量靠近缺水率为0的理想状态，可以综合考虑实际情况，设置预设缺水率的取值范围，使得缺水率的确定既考虑理想状态又兼顾实际情况。示例地，若多个缺水率分别为：1％、2％、3％、4％、5％、6％，且预设缺水率范围为[0，3.5％]，则满足预设缺水率范围的多个缺水率为1％、2％、3％。
具体地，该缺水率函数的表达式为：
（1）
式（1）中， 为调度期内的平均缺水率，/>为/>时段内受水区的需水量，/>为时段内调水区的总调水量，/>为调度期内的时段序号，/>为调度期内的时段数量。
其中，的取值可以从调水区工程设计参数均取最理想状态时获取，但这种最理想状态往往难以实现，因此，/>的取值需要结合工程实际情况来确定；而/>的取值需要综合考虑调水区工程设施的现有条件能否提供与/>取值相对应的调水量，以及提供与/>取值相对应的调水量是否会影响调水区工程设施的正常运行。
因此，本实施例基于及/>与调水区调水水库、电站、泵站等工程设施的相关参数之间的关系，设置第一约束条件，对/>和/>取值进行约束。
可以理解地是，及/>与调水区的相关参数之间的关系为本领域的公知常识。
通常，满足第一约束条件的调水水库、电站、泵站等工程设施的参数可以为多组，根据上述调水区的相关参数及/>之间的关系，可以对应得到多组/>及的取值。此时，调水区的工程设施能够在/>时段内提供/>及与/>取值相对应的调水量，同时其提供该调水量后，也不会影响其自身的正常运行。
具体地，第一约束条件包括：
1、调水水库水量平衡约束条件
（2）
式（2）中，为调水水库/>在/>时段内的蓄水量，/>为调水水库/>在/>时段内的蓄水量，/>为调水水库/>在/>时段内的入库流量，/>为调水水库/>在/>时段内的出库流量，/>为调水水库/>在/>时段内的调水流量。
2、水位约束条件
（3）
式（3）中，为调水水库/>的死水位，/>为调水水库/>在/>时段内的水位，/>为调水水库/>的正常蓄水位。
3、生态流量约束条件
（4）
式（4）中，为调水水库/>的生态流量，/>为调水水库/>的最小流量。
4、电站和泵站出力约束条件
（5）
式（5）中，为调水水库/>的电站的保证出力，/>为调水水库/>的电站在/>时段内的出力，/>为调水水库/>的电站的装机容量，/>为调水水库/>的泵站在/>时段内的出力，/>为调水水库/>的泵站的装机容量。
5、电站和泵站设计流量约束条件
（6）
式（6）中，为调水水库/>的电站在/>时段内的流量，/>为调水水库/>的电站的设计流量，/>为调水水库/>的泵站在/>时段内的流量，/>为调水水库/>泵站的设计流量，/>为调水水库/>的输水通道在/>时段内的流量，/>为调水水库/>的输水通道的设计流量。
6、工程允许调水量约束
（7）
式（7）中，为/>时段内调水工程允许调水流量，/>计算时段长度，/>为/>时段内调水工程的限制可调水量。
7、所有变量取值范围约束条件
所有变量的取值均大于或等于0。
在本实施例中，S1中的从多个缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率，具体可以为：
从多个缺水率中选择一个最小的缺水率作为当前缺水率。
为靠近缺水率为0的理想状态，本实施例从多个缺水率中优先选取最小的缺水率来进行下一步计算，有利于提高计算效率。
在本实施例中，S2具体可以为：
根据当前缺水率，确定调水区的调水量时间序列；
根据受水区工程设计参数和调水量时间序列，确定受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差。
在本实施例中，上述根据当前缺水率，确定调水区的调水量时间序列，具体可以为：
根据缺水率函数获取当前缺水率所对应的调水量，得到调水区的调水量时间序列。
在本实施例中，前述多个的取值即为/>时段内调水区的多个总调水量，将该多个/>的取值分别输入缺水率函数运算后，会得到/>时段内与多个/>相对应的多个缺水率，同时通过缺水率函数的运算过程，建立起了/>时段内多个/>与多个缺水率之间的对应关系。当根据前述步骤确定当前缺水率后，可以再次返回缺水率函数，通过查找已建立的/>时段内多个/>与多个缺水率之间的对应关系，便可得到与当前缺水率对应的。将调度期内/>个时段的/>按时间顺序依次连续排列并组合起来，即成为调水量时间序列。
在本实施例中，上述根据受水区工程设计参数和调水量时间序列，确定受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差，具体可以为：
构建修正标准差函数；
根据受水区工程设计参数和调水量时间序列，确定修正标准差函数的自变量数值；
根据修正标准差函数的自变量数值和修正标准差函数，得到受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差。
更具体地，上述根据修正标准差函数的自变量数值和修正标准差函数，得到受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差，可以为：
将修正标准差函数的自变量数值输入修正标准差函数中，得到调蓄流量修正标准差，并从修正标准差函数的自变量数值中提取受水区的调蓄流量时间序列。
具体地，该修正标准差函数的表达式为：
（8）
式（8）中，为调蓄流量修正标准差，/>为受水区的目标调蓄流量时间序列，为/>时段内受水区的实际调蓄流量，/>为调蓄期内的时段序号，/>为调蓄期内的时段数量。
其中，可根据受水区工程设计参数来确定，/>可根据受水区工程设计参数和调水量时间序列来确定。
具体地，的确定需要综合考虑受水区工程设施的现有条件能否实现与相对应的调蓄目标，以及实现与/>相对应的调蓄目标是否会影响受水区工程设施的正常运行。
具体地，因为受水区的来水量时间序列是根据调水区的调水量时间序列来确定的，因此，当根据前述步骤得到调水量时间序列后，受水区的来水量时间序列也随之确定。在此基础上，再结合受水区工程设计参数，就可以确定时段内受水区的实际调蓄流量。可以理解地是，根据受水区工程设计参数和调水区的调水量时间序列来确定的方法为本领域的公知常识。
因此，本实施例基于及/>与受水区调水水库、泵站等工程设施的相关参数之间的关系，设置第二约束条件，对/>和/>取值进行约束。
可以理解地是，及/>与受水区的相关参数之间的关系为本领域的公知常识。
通常，满足第二约束条件的调水水库、泵站等工程设施的参数可以为多组，根据上述受水区的相关参数与及/>之间的关系，可以对应得到多组/>及。此时，受水区的工程设施能够实施与/>及/>相对应的调蓄过程，同时其实施该调蓄过程后，也不会影响其自身的正常运行。
具体地，第二约束条件包括：
1、现有供水任务约束条件
（9）
式（9）中，为/>时段内受水区的实际供水保证率，/>为/>时段内受水区的设计保证率，/>为/>时段内的破坏深度，/>为/>时段内的目标破坏深度，/>为/>时段内受水区的实际供水量，/>为/>时段内受水区的目标供水量。破坏深度是指/>时段内缺水量与需水量的比值，用来量化表征/>时段受水区需水情况被满足的程度，破坏深度值越大表明当前时段需水情况被满足程度越低。本实施例对破坏深度的计算是先将/>时段内受水区的需水量/>减去所有调蓄水库/>时段内的实际供水量/>得到该时段的缺水量，再用该缺水量除以/>即可计算/>时段内的破坏深度/>。
2、调蓄水库水量平衡约束条件
（10）
式（10）中，为调蓄水库/>在/>时段内的蓄水量，/>为调蓄水库/>在时段内的蓄水量，/>为调蓄水库/>在/>时段内的入库流量，/>为调蓄水库/>在/>时段内的出库流量，/>为调蓄水库/>在/>时段内的外调水流量，/>为计算时段长度。
3、调蓄水库库容约束条件
（11）
式（11）中，为调蓄水库/>在/>时段内的最小库容，/>为调蓄水库/>在/>时段内的蓄水量，/>为调蓄水库/>在/>时段内的最大库容。
4、调蓄水库间的补济水量约束条件
（12）
式（12）中，为/>时段内调蓄水库/>对调蓄水库/>的补济水量，为调蓄水库/>对于调蓄水库/>的最大补济水量。
5、抽水泵站流量约束条件
（13）
式（13）中，为调蓄水库的泵站在/>时段调水过程中的抽水流量，/>为调蓄水库的泵站在/>时段调水过程中需调蓄的流量，/>为调蓄水库泵站的设计抽水流量。
6、应急保障库容约束条件
（14）
式（14）中，为调蓄水库/>在/>时段内的应急保障库容，/>为调蓄水库/>在/>时段内的抗旱保障，/>为调蓄水库/>在/>时段内的水源故障库容。
7、所有变量取值范围约束条件
所有变量的取值均大于或等于0。
在本实施例中，通过前述步骤可以得到确定的和/>个时段的/>，将其作为自变量输入修正标准差函数后，即可得到对应的调蓄流量修正标准差，同时通过修正标准差函数的运算过程，建立起了/>个时段的/>与调蓄流量修正标准差之间的对应关系。
当根据前述步骤确定调蓄流量修正标准差后，可以再次返回修正标准差函数，通过查找已建立的个时段的/>与调蓄流量修正标准差之间的对应关系，便可得到与调蓄流量修正标准差对应的/>个时段的/>。将/>个时段的/>按时间顺序依次连续排列并组合起来，即成为调蓄流量时间序列。
具体地，预设缺水率范围为根据实际情况设定的缺水率的取值范围，预设标准差范围为根据实际情况设定的调蓄流量修正标准差的取值范围。实际中，通过前述步骤，一个满足预设缺水率范围的缺水率可以对应得到一个调蓄流量修正标准差，当得到的调蓄流量标准差不满足预设标准差范围时，将重新选取一个预设缺水率范围的缺水率进行计算，直到调蓄流量标准差满足预设标准差范围。此时，最终确定的缺水率对应的调水量时间序列和最终确定的调蓄流量标准差对应的调蓄流量时间序列即为多维均衡的调蓄方案，可以照此方案进行调水工程的调度。
具体地，S3中的从剩余缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率，具体可以为：
从剩余缺水率中选择一个最小的缺水率作为当前缺水率。
为靠近缺水率为0的理想状态，本实施例从剩余缺水率中优先选取最小的缺水率来进行下一步计算，有利于提高计算效率。
具体地，在S3之后，该方法还可以包括：
S4、获取调水区的影响因子与调水量时间序列的协方差，影响因子的方差和调水量时间序列的方差，确定影响因子与调水量时间序列之间的相关系数。
其中，影响因子包括调度方案的选取、实际降雨与水量情况、操作误差等多方面的因素。计算特定影响因子与特定调水量时间序列的相关系数，得到的相关系数越大，说明该影响因子对该调水量时间序列的贡献越大，反之则贡献越小。当工程技术人员面对相近的调水量时间序列时，可以通过分析得到调水量时间序列的影响因子，并计算相关系数，来辅助优化调度决策，比如采纳相关系数较大的调度方案，而舍弃相关系数较小的调度方案。
更具体地，上述确定影响因子与调水量时间序列之间的相关系数，可以为：
首先，计算影响因子的方差和调水量时间序列的方差，并求得两个方差的乘积；然后，计算上述乘积的平方根；最后，计算S4中的协方差与上述平方根的比值，得到影响因子与调水量时间序列之间的相关系数。
在本实施例中，相关系数公式为：
（15）
式（15）中，为影响因子与调水量时间序列之间的相关系数，/>为影响因子与调水量时间序列的协方差；/>为影响因子的方差；/>为调水量时间序列的方差。
具体地，本实施例采用粒子群算法分别求解缺水率函数和修正标准差函数，从而分别得到缺水率和调蓄流量标准差。
在本实施例中，如图2所示，为进一步加快计算效率，利用大系统分解协调方法，构建调水区调水水库群联调与受水区调蓄水库群同步调度运行的多维均衡调蓄模型，该模型中包含两个子系统，分别为调水区联调子系统和受水区联调子系统。其中，调水区联调子系统由缺水率函数和第一约束条件定义，受水区联调子系统由修正标准差函数和第二约束条件定义。该模型通过将调水区联调子系统和受水区联调子系统连接起来，实现对两个子系统各自计算过程和彼此间反馈修正过程的自动化统筹协调，从而快速得到两个子系统的最优解。可以理解的是，大系统分解协调方法、基于大数据分解协调方法构建模型、以及在模型中构建子系统均为现有技术。
具体地，该多维均衡调蓄模型预先设置了预设缺水率范围和预设标准差范围，计算时，将调水区工程设计参数和缺水率范围输入调水区联调子系统，获得调水量时间序列，再将调水量时间序列输入受水区联调子系统，得到调蓄流量时间序列，实现两个子系统的搭接。在此基础上，该模型判断调蓄流量时间序列对应的调蓄流量修正标准差是否满足预设标准差范围，若满足，则将计算得到的调水量时间序列和调蓄流量时间序列作为该模型的计算结果输出；若不满足，则将该信息反馈至调水区联调子系统，调水区联调子系统通过从剩余缺水率中选择一个最小的缺水率，重新计算得到新的调水量时间序列，该模型将新的调水量时间序列再次输入受水区联调子系统，得到新的调蓄流量时间序列，实现两个子系统之间的反馈。基于上述计算过程，该模型可以实现两个子系统计算结果的相互修正和优化，直至模型的计算结果同时满足预设缺水率范围和预设标准差范。此时，该计算结果为该模型的最优解，该最优解即为本发明所要得到的多维均衡的调蓄方案。
下面，本实施例以陕西省引汉济渭跨流域调水工程作为实例，具体说明本发明所述的基于多维均衡调蓄的跨流域调水工程优化调度方法的有效性和合理性。
引汉济渭跨流域调水工程横穿秦岭山脉，地跨黄河、长江两大流域，工程可分为两部分，调水工程包括黄金峡书库、三河口水库和秦岭输水隧洞，输配水工程主要由黄池沟配水枢纽、输水南北干线及支线组成。工程总体布置为：在汉江干流建设黄金峡水库、支流子午河建设三河口水库，通过自汉江北岸至秦岭北麓的输水隧洞调水至渭河流域关中地区，再由输水干支线分配至各用水对象，设计调水目标15亿立方米。
引汉济渭工程运行最初采用调水区黄金峡水库、三河口水库、受水区地下水、金盆水库的四水源联调模式。但受国家南水北调中线工程建设及汉江下游用水的影响，该模式的设计调水过程极不均衡，并且对地下水的过度取用不符合国家对地下水的管控要求。为解决上述问题，在受水区规划了金盆水库和位于金盆水库上游的金井水库作为受水区调蓄水库群，构成了金井-金盆梯级调蓄工程，发挥其在引汉济渭输配水系统上游调蓄的位置优势，促进引汉济渭工程效益最大化。调水区调水水库群和受水区规划调蓄水库群参数如表1所示。
表1 调水区调水水库群和受水区规划调蓄水库群参数
本示例收集了受水区工程设计参数和调水区工程设计参数，绘制了如图3所示的引汉济渭跨流域调水工程的总体布局图，构建了引汉济渭联合调水系统，明晰了调水区与受水区之间的互馈机制，形成了引汉济渭调水系统协同一体化调控模式及联合调度规则。采用1955年至2020年共65年逐旬径流长系列资料，基于协同一体化调控模式及联合调度规则，以调水系统整体效益最优为目标，构建了调水区联调与受水区调蓄同步调度运行的多维均衡调蓄模型。其中，调水区联调是指对调水水库群的调度，调水水库群包括黄金峡水库和三河口水库；受水区调蓄是指对调蓄水库群和地下水的调度，调蓄水库群包括金盆水库和金井水库。本示例采用大系统协调分解方法求解多维均衡调蓄模型，完成了引汉济渭跨流域调水系统长系列联合调度运行，评估了受水区调蓄工程对调水过程的改善效果，获得了多维均衡调蓄方案。
实际中，运用本发明的调度方法后，取得了如下成效：
1、如图4所示，金井水库水位呈现较为明显的上下分段趋势，表明金井水库对引汉济渭调水过程的调蓄作用显著。在连续丰水年多余调水量存蓄在水库内，水位持续处于较高水平；而在连续枯水年调水量不满足调水目标，水库降低水位补充引汉济渭调水缺口。
2、如图5所示，金盆水库供水在满足用户供水需求的基础上，供水量还略有增加，说明金盆水库的运行更加稳定。金盆水库承担较为稳定的城市生活供水和随季节变化较大的农灌供水，运用本发明的调度方法后，其水位在正常蓄水位与死水位之间呈现年际、年内较为明显的变化，其变化周期与农灌供水周期同步性高，表明金盆水库的调蓄能力与用户需求高度匹配，实现了对水库效能和水资源的高效利用。
3、如图6所示，金井水库调蓄能够将富余水量存蓄在库内，降低了调水过程峰值变化，对引汉济渭调水具有较为明显的改善作用。其中，金井水库调蓄对小幅丰枯变化，且连续交替出现的调水过程坦化作用更为显著。
4、如图6所示，通过金井水库对引汉济渭调水过程有效调蓄，优化了与之匹配的受水区地下水运行过程，使地下水供水量变幅更小，更为符合国家对地下水的管控要求。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种基于多维均衡调蓄的跨流域调水工程优化调度方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、根据调水区工程设计参数，得到满足预设缺水率范围的多个缺水率，并从多个缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率；
S2、根据所述当前缺水率和受水区工程设计参数，确定调水区的调水量时间序列、受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差；
S3、判断所述调蓄流量修正标准差是否满足预设标准差范围，若不满足，则从剩余缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率，并重复执行步骤S2至S3；若满足，则根据所述调水量时间序列和所述调蓄流量时间序列进行调水工程的调度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中的根据调水区工程设计参数，得到满足预设缺水率范围的多个缺水率，具体为：
构建缺水率函数；
根据调水区工程设计参数，确定所述缺水率函数的多组自变量数值；
根据所述缺水率函数的多组自变量数值和所述缺水率函数，得到满足预设缺水率范围的多个缺水率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中的从多个缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率，具体为：
从多个缺水率中选择一个最小的缺水率作为当前缺水率。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S2具体为：
根据所述当前缺水率，确定调水区的调水量时间序列；
根据受水区工程设计参数和所述调水量时间序列，确定受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前缺水率，确定调水区的调水量时间序列，具体为：
根据所述缺水率函数获取当前缺水率所对应的调水量，得到调水区的调水量时间序列。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据受水区工程设计参数和所述调水量时间序列，确定受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差，具体为：
构建修正标准差函数；
根据受水区工程设计参数和所述调水量时间序列，确定所述修正标准差函数的自变量数值；
根据所述修正标准差函数的自变量数值和所述修正标准差函数，得到受水区的调蓄流量时间序列和调蓄流量修正标准差。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3中的从剩余缺水率中选择一个缺水率作为当前缺水率，具体为：
从剩余缺水率中选择一个最小的缺水率作为当前缺水率。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S3之后，所述方法还包括：
S4、获取调水区的影响因子与所述调水量时间序列的协方差，所述影响因子的方差和所述调水量时间序列的方差，确定所述影响因子与所述调水量时间序列之间的相关系数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述确定所述影响因子与所述调水量时间序列之间的相关系数，具体为：
计算所述影响因子的方差和所述调水量时间序列的方差的乘积，并计算所述协方差与所述乘积的平方根的比值，得到所述影响因子与所述调水量时间序列之间的相关系数。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述缺水率函数和所述修正标准差函数分别采用粒子群算法求解缺水率和调蓄流量修正标准差。
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