[发明专利]一种跨流域引水工程受水水库最优调度决策方法

说明书

本发明属于水库调度技术领域，提供一种跨流域引水工程受水水库最优调度决策方法，首先以引水、供水净效益最大为目标，将跨流域引水调度概化为先引水后供水的调度决策问题；其次，将引水增加的受水水库供水总效益表示为水库当前时段供水效益与未来时段蓄水效益增加值之和，并将引水成本概化为单调递增的凸函数，以抑制水资源的消费；之后，利用KKT最优条件，结合经济学原理，制定了跨流域引水实时调度的最优决策。本发明综合考虑供水效益、蓄水效益以及引水成本，得到最优的引水供水决策，且能够在仅考虑当前时段预报的情况下，使跨流域引水工程中的受水水库的调度结果接近常规优化模型，本发明在实时调度中更具指导意义。

技术领域

本发明属于水库调度技术领域，涉及到跨流域引水后受水水库的调度，特别涉及到以引水、供水净效益最大为目标的调度决策方法。

背景技术

由于我国某些流域的地域水文特点，仅靠挖掘本流域内水资源潜力无法完全解决当地水资源短缺问题，跨流域引水工程已成为我国重新分配水资源、缓解缺水地区供需矛盾的重要途径^[1]([1]李昱,彭勇,初京刚,等.复杂水库群共同供水任务分配问题研究[J].水利学报,2015,46(1):83-90.)。跨流域引水工程常利用水库或湖泊作为蓄水工程，对水资源进行时空调配，其调度决策包括引水过程与供水过程的确定。人工引水的加入，虽降低了受水水库天然径流的不确定性，但也进一步增加了受水水库引供水联合调度的复杂性^[2]([2]卢迪,周如瑞,周惠成,等.耦合长期预报的跨流域引水受水水库调度模型[J].水科学进展,2016(03):458-466.)。

近年来，跨流域引水工程的调度运行已经成为新的研究热点^[1,2]。郭旭宁等利用改进粒子群方法对引水、供水两层规划问题进行求解，获得引水与供水规则^[3]([34]郭旭宁,胡铁松,吕一兵,等.跨流域供水水库群联合调度规则研究[J].水利学报,2012,43(7):757-766.)；刘莎等利用DPSA算法同时对引水规则与供水规则进行优化求解^[4]([4]周惠成,刘莎,程爱民,等.跨流域引水期间受水水库引水与供水联合调度研究[J].水利学报,2013,44(08):883-891.)；彭安帮等综合考虑水库来水、蓄水、用水及其调节能力等因素的动态变化特征，制定了跨流域调水的时空分配规则^[5]([5]彭安帮,彭勇,周惠成.跨流域调水条件下水库群联合调度图概化降维方法研究[J].水力发电学报,2015,34(05):35-43.)。然而，这些研究都是对特定的引水工程进行模拟优化，欠缺对其决策机制的理论分析，难以得到具有普适性的调度理论与调度规则。与此同时，这些研究都忽视了引水成本的问题，随着引水规模的逐渐增大，引水消耗的能源逐渐增多，引水对引出区生态环境的影响愈加凸显，引水成本逐渐成为跨流域引水决策的一个显著影响因素。当前引水成本的研究多集中于引水规模的制定阶段，例如，李昱等利用可视化、交互式的多目标分析方法基于引水边际效益最大、供水保证率最高、缺水量最小等目标确定了相应的跨流域引水工程规模^[6]([6]ZhangC,Li Y,Chu J,et al.Use of Many-Objective Visual Analytics to Analyze WaterSupply Objective Trade-Offs with Water Transfer[J].Journal of Water ResourcesPlanning and Management,2017,143(8):5017006.)。而在实时调度中，引水成本一般转化为满足受水区供水量、保证率约束下总引水量最小的目标^[4]，未能显示考虑成本对决策的影响。

为此，本发明针对跨流域调水工程的实时调度决策问题，综合考虑受水水库的供水效益及引水成本，以引水的净效益最大为目标，建立了跨流域引供水联合调度决策的理论分析框架，结合经济学原理提出了一种受水水库引水、供水与蓄水的决策方法。

发明内容