[发明专利]非充分灌溉条件下直接补库的单泵站-单水库系统水资源优化配置方法

摘要

本发明涉及非充分灌溉条件下直接补库的单个补水泵站与单个水库联合运行调度方法，以受水区作物年产量最大为目标函数，作物生育阶段划分的水库供水阶段为阶段变量，各阶段水库供水量为决策变量，以水库‑补水泵站年可供水总量，补水泵站阶段可供水量，非充分灌溉条件下的水库调度准则和水库库容为约束条件，建立直接补库的单泵站‑单水库系统水资源优化调度模型，采用一维动态规划方法求解，可获得非充分灌溉条件下作物最大年产量，以及对应的各阶段水库最优供水量、弃水量和泵站补水量过程。该发明可实现非充分灌溉条件下直接补库的单泵站‑单水库系统水资源优化调度，对提高泵站补渠水资源效率、灌区灌溉保证率具有重要的现实意义。

主权项

1.一种非充分灌溉条件下直接补库的单泵站‑单水库系统水资源优化配置方法，由补水泵站向水库直接供水，由水库、泵站联合向受水区供水，其特征在于，具体包括以下步骤：一、模型构建，包括以下步骤：1.以受水区作物年产量最大为目标，建立如下目标函数：式中：F为受水区作物最大年产量(kg)；Y为受水区作物实际年产量(kg)；N为年内划分的作物生育阶段数；i为阶段编号，i＝1,2,……,N；Ym为充分灌溉条件下作物最大年产量(kg)，Ki为作物第i阶段缺水对产量影响的水分敏感系数；Xi为非充分灌溉条件下的水库第i阶段的供水量(万m3)，YSi为充分灌溉条件下第i阶段的作物需水量(万m3)；2.设置约束条件，包括水库‑泵站年可供水总量约束条件，补水泵站阶段可供水量约束条件，非充分灌溉条件下的水库调度准则约束和水库库容约束条件；设置的约束条件具体如下：(1)年可供水总量约束：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：X1+X2+…+XN≤SK+BZ  (2)式中：SK为水库的年可供水总量(万m3)；BZ为补水泵站年允许提水总量(万m3)；(2)补水泵站阶段可供水量约束：在非充分灌溉条件下，泵站不同阶段可供水量：Yi≤JDi，i＝1,2，…，N  (3)式中：JDi为第i阶段泵站可供水量(万m3)；(3)非充分灌溉条件下的水库调度准则约束：根据水库‑泵站系统水量方程：Vi＝Vi‑1+LSi+Yi‑PSi‑EFi‑Xi，i＝1,2，…，N  (4)1)当第i时段末水库蓄水量低于水库死库容Vmin时，则第i时段应由提水泵站给水库补水，理论上应补水至水库兴利库容，考虑到非充分灌溉条件，此时：①若Vmin‑Vi+Δ1≤JDi，表明泵站该时段补水能力充足，补水至水库死库容以上的Δ1，即：Vi≤Vmin，且Vmin‑Vi+Δ1≤JDi时：Yi＝Vmin‑Vi+Δ1；此时弃水PSi＝0  (5)②若Vmin‑Vi+Δ1≥JDi，表明泵站该时段补水能力不足，按水泵实际提水量取值JDi，即：Vi≤Vmin，且Vmin‑Vi+Δ1≥JDi时：Yi＝JDi；此时弃水PSi＝0  (6)2)当遭遇洪水，第i时段末水库蓄水量大于防洪限制水位所对应水库蓄水量VP时，则第i时段应对水库进行弃水，弃水至水库防洪限制水位，即：Vi≥VP时：PSi＝Vi‑VP；此时补水Yi＝0  (7)3)当第i时段末水库蓄水量介于死库容Vmin与防洪限制水位所对应水库蓄水量VP之间，则第i时段水库不需要弃水，泵站也不需要补水，即：Vmin≤Vi≤VP时：Yi＝PSi＝0  (8)式中：Vi、Vi‑1分别为水库第i和i‑1时段末的蓄水量(万m3)；Yi为第i时段的泵站补库水量(万m3)；LSi、PSi、EFi为水库第i时段的来水量(万m3)、弃水量(万m3)、水库蒸发与渗漏量(万m3)；Vmin、VP为水库的死库容和防洪限制水位对应库容(万m3)；JDi为第i时段泵站可供水量(万m3)；(4)水库库容约束：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库容之间，即：Vmin≤Vi≤VP，i＝1,2，…，N  (9)二、模型求解首先进行数据准备，具体包括：将作物全生育期划分为N个阶段；根据水库初始水位，查找水位‑库容关系曲线，确定水库初始库容V0；参考水库实际运行情况，确定年可供水总量SK、死库容Vmin、防洪限制水位对应的库容VP以及兴利库容Vmin+Δ1；根据水库当地气象水文资料，确定水库各阶段来水量LSi、蒸发与渗漏量EFi；根据水泵性能特性及泵站实际工作情况，确定补水泵站年允许提水总量BZ，并结合取水水源水位年内变化，确定各阶段可供水量JDi；根据受水区农作物品种、种植规模、复种指数，确定受水区各阶段需水量YSi，充分灌溉条件下作物最大年产量Ym；其中，i＝1,2,……,N；其次采用一维动态规划方法求解。