[发明专利]一种充分灌溉条件下直接补渠的单库-多站系统水资源优化配置方法

权利要求书

1.一种充分灌溉条件下直接补渠的单库—多站系统水资源优化配置方法，由多个补水泵站直接向渠道供水，由单座水库和多座补渠泵站联合向受水区供水，其特征在于，对于由多座补渠泵站联合补水时，考虑各泵站不同扬程下站间机组性能特性差异，多个补渠泵站各自单独向渠道补水，包括以下步骤：

一、模型构建，包括以下步骤1～步骤2：

1.以直接补渠的单库—多站系统年内各时段的水库供水量与受水区需水量之差的平方和最小为目标，建立如下目标函数：

式中：F为研究对象年内各时段的供需水量之差的最小平方和；Z为研究对象年内各时段供需水量之差的平方和；N为年内划分的时段数；i为时段编号，i＝1,2,……N；G_i为水库第i时段的供水量，单位：万m³；M为补渠泵站数量；k为补渠泵站编号，k＝1,2,…M；YB_ki为第k座补渠泵站第i时段供水量，单位：万m³；YS_i为受水区第i时段的需水量，单位：万m³；目标函数采用平方和表达是为了加速减少系统供水量与受水区需水量之间的偏差；

2.设置约束条件

包括单座水库、M座补渠泵站年可供水总量约束条件，无泵站直接补库的水库水量平衡约束，水库库容约束条件，以及补渠泵站群运行能耗最小约束条件；

二、模型求解

1.数据准备，具体包括：将1年划分为N个时段，并确定各时段长度；根据水库初始水位，测定水库初始库容V₀；确定年可供水总量SK、死库容V_min、防洪限制水位对应的库容V_P、以及兴利库容V_min+Δ₁；测量和计算水库各时段来水量LS_i、蒸发与渗漏量EF_i；确定各补渠泵站年允许提水总量BZ_k，k＝1,2,…M；测定不同时段扬程H_ki下运行的提水流量Q_ki及对应的水泵效率η_z,ki、电机效率η_mot,k、传动效率η_int,k；确定各时段受水区的作物需水量YS_i，i＝1,2,…,N；

2.确定以水库各阶段供水量G_i、补渠泵站群各阶段补水总量Y_i为决策变量的二维非线性数学模型；

3.采用动态规划逐次逼近法对“单库—多站”大系统模型求解，确定水库供水量过程G_i和各泵站补渠水总量过程Y_im以及水库最优弃水量过程PS_i；

4.采用分解-动态规划聚合法对“补渠泵站群”子系统模型求解，获得各补渠泵站各时段最优补水量YB_ki^*；由此最终获得研究区年内各时段的供需水量之差的最小平方和F、对应的水库各时段最优供水量G_i、弃水过程PS_i，以及各补渠泵站各时段最优补水量YB_ki^*，i＝1,2,……N，k＝1,2,…M；

所述约束条件包括：

(1)单座水库、M座补渠泵站年可供水总量约束条件：在不同水平年不同保证率情况下，考虑需水要求，供水工程可能提供的水量；

YB_k1+YB_k2+L+YB_kN≤BZ_k，k＝1,2,…M (2)

G₁+G₂+L+G_N≤SK (3)

式中：BZ_k为第k座补水泵站年允许提水总量，单位：万m³；SK为水库的年可供水总量，单位：万m³；其余变量含义同上；

(2)无泵站直接补库的水库水量平衡约束条件：

V_i＝V_i-1+LS_i-PS_i-EF_i-G_i，i＝1,2，…，N (4)

式中：V_i、V_i-1分别为水库第i和i-1时段末的蓄水量，单位：万m³；LS_i、PS_i、EF_i分别为水库第i时段的来水量、弃水量、蒸发与渗漏量，单位：万m³；

(3)水库库容约束条件：各时段的水库蓄水量应介于水库死库容和防洪限制水位对应的库容之间，即：

V_min≤V_i≤V_P，i＝1,2，…，N (5)

式中：V_min、V_P分别为水库死库容和防洪限制水位对应库容，单位：万m³；

(4)补渠泵站群联合运行能耗最小约束条件：在满足水库调度准则约束基础上，为保证受水区充分灌溉条件，对补渠泵站群，其在每一供水时段内的联合运行应考虑能耗最小，即：

式中，L_i为第i时段补渠泵站群联合运行系统能耗，单位：kW·h；l_ki为第k座泵站第i时段运行能耗，单位：kW·h；ρ为水密度，单位：kg/m³，g为重力加速度，单位：m/s²；Q_ki、H_ki、ΔT_ki、η_z,ki分别为第k座泵站第i时段的流量(m³/s)、时均扬程(m)、时段长度(h)和水泵效率；η_mot,k、η_int,k分别为第k座泵站的电动机效率和传动效率。