文档介绍：汉江流域引调水工程及水库统一调度模型研究
摘要:针对汉江流域调度对象多、调度规则复杂的问题,建立了汉江流域引调水工程及水库统一调度模型。模型将汉江流域概化为由干支流控制性水库、引调水工程、沿线用水地市、控制断面组成的水资源调度调度需统筹考虑引调水工程与流域控制性水库的统一调度,调度对象众多,调度规则复杂,协调难度较大[2]。
流域水资源统一调度需要开展流域尺度的水资源供需平衡分析,并统筹考虑流域内外用水和流域内控制性水库、引调水工程等众多因素和调度主体,需要从全局的角度考虑问题,已不再局限为单一水利工程或局部地区,调度决策影响范围呈现多区域、流域性特征。20世纪40年代以来,水资源系统调度技术得到了快速的发展,国内逐步开展了黄河数字流域模型的研究[3-5]、黑河水量调度方案编制[6]及水资源实时调度系统的开发[7]、塔里木河流域水量优化调度模型研究[8]等多项水资源调度工作,针对汉江流域已形成了梯级水库群优化调度模型[9-10]、丹江口水库调度规程[11-13]、南水北调中线一期工程水量调度方案[14-15]等成果。目前,我国以流域为单位的水资源统一管理和调度的格局已初步形成[16],但仍存在一些不足,如长期水文预报的精度有限[17-18]、调度多目标寻优困难,特别是缺乏规范化、智能化的调度决策平台等,无法快速形成标准化的流域水资源统一调度方案,增加了调度实施的难度。 针对汉江流域水资源调度管理特点,本文拟建立汉江流域引调水工程及水库统一调度模型,并分析模型在汉江全流域及区域水资源调度配置工作中的应用效果。
1 调度研究对象
根据大系统分解协调原理[19-20],将汉江流域水资源调度系统进行概化(图1)。调度研究对象分为4类:汉江沿线用水区域、干支流控制性水库、引调水工程、控制断面。
汉江沿线用水地市
汉江流域共涉及河南、湖北、重庆、四川、陕西、甘肃六个省(直辖市),其中重庆、四川、甘肃在汉江流域用水量很小。因此主要考虑陕西、湖北、河南三个省的用水,以地级行政区为调度配置基本单元。各省涉及的地级行政区如下。
陕西省:宝鸡市、汉中市、安康市、西安市、商洛市。
河南省:南阳市、邓州市、洛阳市、三门峡市、驻马店市。
湖北省:十堰市、襄阳市、荆门市、荆州市、潜江市、仙桃市、天门市、孝感市、武汉市。
干支流控制性水库
参与调度的工程包括汉江干支流调节能力较大或涉及重要引调水工程的8座水库。
干流4座:黄金峡、石泉、安康、丹江口。
支流4座:三河口、潘口、黄龙滩、鸭河口。
引调水工程
引调水工程包括南水北调中线一期工程、清泉沟、引汉济渭工程、引江济汉工程、陕西省引红济石和引乾济石工程。
控制断面
为对流域水量调度情况进行监控,在流域内选择10个重要控制断面纳入研究对象。
干流7个:汉中、石泉、安康、白河、黄家港、皇庄、仙桃。
支流3个:黄龙滩(堵河)、新店铺(白河)、郭滩(唐河))。
以上研究对象中,黄金峡、三河口水库及引汉济渭工程在建期间,在模型中保留工程计算模块,待工程建成后可设置调度参数开展计算。
2 模型理论体系
模型简介
汉江流域引调水工程及水库统一调度模型是一个水资源综合调度模拟模型。模型将汉江流域干支流控制性水库、控制断面、汉江沿线用水地市、重点引调水工程概化成一个完整的水资源调度系统,将流域内具有不同调度任务的水库、引调水工程等复杂的调度规则及河道内、外水量约束条件进行集成,可实现水库、引调水工程、汉江沿线各地市供水的统一调度。模型采用数学规划的思想,将水资源系统中各调度对象的调度规则、水力联系等采用约束方程的方式进行描述,进而开展流域自上游向下游的逐级模拟计算。
模型结构
汉江流域引调水工程及水库统一调度模型包括信息服务模块、汉江干支流控制性水库群调度模块、汉江干流分段水资源调度配置模块。3个模块间通过数据关联的形式进行耦合。
(1)信息服务模块。
信息服务模块涉及汉江流域地理信息服务及模型的输入输出数据管理。建立水量调度信息服务数据库,将汉江流域地理信息、水文数据(水库的来水过程、控制断面来水过程)、水库信息、控制断面信息、汉江沿线各地市用水信息、引调水工程信息等存入数据库中进行統一管理,方便计算模块的调用及结果整理。
(2) 汉江干支流控制性水库群调度模块。
模型的目标函数通常为水库弃水量最小、供水量最大等[21]。汉江干支流控制性水库群调度模块的目标函数为在满足防洪、生态、航运等约束条件下,通过水库水量调度,满足供水