1、庫群結合調度的輪庫尋優(yōu)程序摘要：按一定目的對庫群進展結合調度，具有較大的實用價值。州河地處津冀交界處，流域水資源對河北省地方經(jīng)濟開展及天津市用水非常重要。運用輪庫尋優(yōu)算法編寫程序，對州河流域三庫進展結合調度，可有效地解決流域水資源優(yōu)化利用問題。關鍵詞：結合調度庫尋優(yōu)算法程序1前言隨著地區(qū)經(jīng)濟的迅速開展，區(qū)域水資源短缺程度日趨嚴重，各地區(qū)在水資源分配與利用上的矛盾越發(fā)突出。如何挖掘區(qū)域內(nèi)水資源潛力，充分利用現(xiàn)有水利工程，實現(xiàn)庫群水資源的結合優(yōu)化調度，具有較高的科研與實用價值。這里，以州河流域內(nèi)三庫水資源結合優(yōu)化調度為例，編寫輪庫尋優(yōu)計算程序，使現(xiàn)實問題得以解決，在庫群結合調度方面進展了有益的探究

2、。2流域狀況與資料年限2.1流域狀況州河流域北部和東部與灤河為鄰，南部和西部分別與泃河水系接壤。流域呈扇形，東西長約56k，南北寬近50k，總面積2114k2。流域內(nèi)巖土以第四紀沖擊層為主，北部山區(qū)多片麻巖，土壤為淋溶褐土，森林茂密，植被率達50%60%；中部為沖積平原，土壤多為砂質粘土，農(nóng)業(yè)興隆。流域屬大陸性季風氣候，多年平均降水量750。降水的年內(nèi)、年際分配極不均勻。年內(nèi)降水主要集中在69月份，占全年的80%以上。年際變化很大，豐水年多達1256，枯水年僅有387。州河為薊運河左支，上游干游為魏進河。自東向西有黎河、沙河、淋河等3條主要支流，集水面積分別為560k2、887k2、252k2

3、。三支流及干流經(jīng)國河匯入于橋水庫，出庫后始稱州河，向南匯流右支泃河后稱薊運河。三支流均為山溪性河流，地處燕山迎風坡暴雨中心區(qū)，每遇汛期暴雨，洪水較大。流域內(nèi)主要水利工程為3座大、中型水庫，即上關、般假設院及于橋水庫，詳見圖1。圖1州河流域水利工程示意圖2.2資料年限所采用的水文資料及成果，為于橋水庫19601999年、上關水庫19742000年、般假設院水庫19732000年逐年各月入庫徑流量資料及其計算成果，流域內(nèi)各水文站19601999年的觀測資料。資料年限最長達40年，有利于對州河流域三水庫水資源進展結合調度分析。3結合調度的數(shù)學模型3.1最優(yōu)準那么與目的函數(shù)研究庫群結合優(yōu)化調度必先確定

4、最優(yōu)準那么。這里根據(jù)州河流域三庫水文特性及水資源利用現(xiàn)狀，確定最優(yōu)準那么為：三水庫控制并利用水資源量最大；三水庫內(nèi)水面蒸發(fā)量最小；于橋水庫向下游排放水量最校上關、般假設院及于橋水庫自起始調度月起，水庫各月平均水面面積分別記作：S11，S12，S112；S21，S22，S212；S31，S32，S312。各月平均水面蒸發(fā)系數(shù)與蒸發(fā)量分別記作：K1，K2，K12。E1，E2，E12；于橋水庫各月出庫水量分別記作：Q31，Q32，Q312。那么由最優(yōu)準那么可寫出求解三庫水量損失的數(shù)學表達式，亦即目的函數(shù)如下：in(S1i+S2i+S3i)KiEi/10+Q3ii=1，2，123.2約束方程1蓄水量約

5、束jijijij=1，2，3；i=1，2，13式中，ji為j水庫第i個月份的庫蓄水量；ji、ji分別為j水庫第i個月份的允許最孝最大庫蓄水量。2需供水量約束ji+Ujijij=1，2，3；i=1，2，13式中，Uji為j水庫第i個月份需供水量，其它同上。3起調蓄量約束j1=j13j=1，2，3式中，j1、j13分別為j水庫第1個月份、第13個月份庫蓄水量，均為起調蓄量。3.3數(shù)學模型先確定三庫結合調度的決策變量為：起調蓄量j1、入庫水量QIji、需供水量Uji、蒸發(fā)系數(shù)Ki、蒸發(fā)量Ei，那么綜合目的函數(shù)及約束方程，可獲得州河流域三庫結合調度的優(yōu)化數(shù)學模型如下：INEQ=in(S1i+S2i+S

6、3i)KiEi/10+Q3is.t.j1=j13ji+Ujijiji式中，j=1，2，3；i=1，2，13。4輪庫尋優(yōu)算法與程序流程示意圖4.1輪庫尋優(yōu)算法由州河流域三庫數(shù)學模型求取目的函數(shù)，可采用輪庫尋優(yōu)算法，其思路如下：1根據(jù)一般經(jīng)歷、分析判斷或用其它簡便方法，先給三水庫定出起調蓄量j1。由起調蓄量，可對三水庫分別確定一條滿足約束條件且各月不超過最高蓄量的初始調度線：j1，j2，j12，計算目的函數(shù)值。2固定般假設院水庫的初始調度線，再將一定步長的蓄量變化1作為上關水庫向于橋水庫的放水量Q1，重新確定上關及于橋水庫相應的蓄量調度線，并計算其目的函數(shù)值。之后，逐次對上關水庫進展減量優(yōu)化調度，

7、比較各次目的函數(shù)值，記錄最小水量損失及相應三庫調度線，直至不滿足上關水庫的約束條件為止。3將一定步長的蓄量變化2作為般假設院水庫向于橋水庫的放水量Q2，并固定般假設院水庫減量后的蓄量調度線。再重復進展2中對上關水庫的減量優(yōu)化調度步驟。這樣反復輪換優(yōu)化于橋水庫上游的上關及般假設院兩水庫，直至不滿足般假設院水庫的約束條件為止。4按上述步驟，可計算出相應步長三庫所有蓄量調度線的目的函數(shù)值，進而尋得最小目的函數(shù)值即最少損失水量及三庫相應的蓄量調度線、放水量。4.2程序流程示意圖對上述輪庫尋優(yōu)算法的求解步驟，設計其計算機程序流程示意圖，見圖2。圖2州河流域三庫優(yōu)化調度程序流程示意圖4.3程序清單分別用i

8、j、Sij、QIij、Qij、Uij表示i水庫第j個月份的蓄水量、庫水面面積、入庫水量、出庫水量、需供水量，用Di、steps表示i水庫的死庫容、尋優(yōu)步長，用Kj、Ej分別表示第j個月份的蒸發(fā)系數(shù)、蒸發(fā)量，用in_EQINEQ、in_EINE、in_QINQ分別表示三庫最小水量損失、最小蒸發(fā)水量、于橋水庫最小出庫水量，用Lij、QLij表示i水庫第j個月份的最優(yōu)蓄水量、出庫水量。對輪庫尋優(yōu)算法的求解步驟，那么可用語言編程如下：inti,j;/初始化尋優(yōu)起始狀態(tài)fr(i=1;i4;i+)fr(j=1;j14;j+)Lij=0;INEQ=99999999;INE=99999999;INQ=9999

9、9999;11=?，21=?，31=?;/輪庫尋優(yōu)算法inthh=0,tt=0;fr(intfp=0;fp+)/按一定步長要求生成般假設院水庫蓄水量調度線fr(intg=2;g14;g+)2g=0;fr(intgg=1;gg13;gg+)Q2gg=0;fr(inth=2;h14;h+)/過量蓄量調整Q2h-1=steps*fp;2h=2h-1+QI2h-1-steps*fp;if(2h2800)Q2h-1=Q2h-1+2h-2800;2h=2800;if(21321)Q212=213-21+Q212;213=21;fr(i=1;i13;i+)/判斷并完畢般假設院水庫過程線if(2iD2+Ui)

10、break;if(213fr(intfs=0;fs+)/按一定步長要求生成上關水庫蓄水量調度線fr(g=2;g14;g+)1g=0;fr(gg=1;gg13;gg+)Q1gg=0;fr(intt=2;t14;t+)Q1t-1=steps*fs;1t=1t-1+QI1t-1-steps*fs;if(1t2960)Q1t-1=Q1t-1+1t-2960;1t=2960;if(11311)Q112=113-11+Q112;113=11;fr(i=1;i13;i+)/判斷并完畢上關水庫過程線if(1iD1+Ui)break;if(113fr(g=2;g14;g+)3g=0;fr(gg=1;gg13;g

11、g+)Q3gg=0;fr(intr=2;r14;r+)/生成于橋水庫蓄水量過程線3r=3r-1+app-QI3r-1+Q1r-1+Q2r-1;if(3r59791)Q3r-1=3r-59791;3r=59791;if(31331)Q312=Q312+(313-31);313=31;/計算并判斷最小水量損失，記錄相應庫狀態(tài)fr(j=1;j13;j+)/庫水面面積與庫容關系模擬S1j=0.1*p(10,-9)*p(1j,3)-0.6*p(10,-6)*p(1j,2)+0.0014*1j+0.2583;S2j=0.6*p(10,-10)*p(2j,3)-0.5*p(10,-6)*p(2j,2)+0.

12、0021*2j+0.2345;S3j=0.5*p(10,-12)*p(3j,3)-0.7*p(10,-7)*p(3j,2)+0.0043*3j+6.8841;in_EQ=0，in_E=0，in_Q=0;fr(intjj=1;jj13;jj+)/計算目的函數(shù)in_EQ=in_EQ+(S1jj+S2jj+S3jj)*Kjj*Ejj/10+Q3jj;in_E=in_E+(S1jj+S2jj+S3jj)*Kjj*Ejj/10;in_Q=in_Q+Q3jj;if(in_EQB1INEQ=in_EQ;INE=in_E;INQ=in_Q;fr(i=1;i4;i+)fr(j=1;j13;j+)Lij=ij;Q

13、Lij=Qij;/上關水庫優(yōu)化輪庫完畢/般假設院水庫優(yōu)化輪庫完畢/輸出尋優(yōu)成果：INEQ,INE,INQ,steps,Lij,QLij;5三庫結合優(yōu)化調度成果由州河流域三庫多年水文資料，可確定三水庫在枯水年、平水年、豐水年的起調蓄量、入庫水量、需供水量、蒸發(fā)系數(shù)及蒸發(fā)量等參數(shù)。這里僅以豐水年的調度為例進展運算，并最終確定三水庫在最優(yōu)調度時的相應狀態(tài)。根據(jù)資料，可確定上關、般假設院及于橋水庫在豐水年的起調蓄量分別為：1880、2455、297771043，三庫入庫水量(表1)，需供水量(表.2)，蒸發(fā)系數(shù)及蒸發(fā)量(表.3)。運用輪庫尋優(yōu)算法，可算得實現(xiàn)結合調度時三庫豐水年最小水量損失為81915

14、.23(1043)，最小蒸發(fā)量10960.25(1043)，于橋水庫最小放水量70954.98(1043)。三庫優(yōu)化調度方案中蓄量、水位及水庫放水量(表.4)。6結語州河流域盡管有較強的產(chǎn)流才能，卻因流域面積以及上關、般假設院兩水庫庫容相對較小，在防洪中同于橋水庫進展結合調度的難度較大。這里，從徑流調節(jié)及流域水資源結合調度角度出發(fā)，運用數(shù)學模型與輪庫尋優(yōu)算法，編寫計算機程序對流域內(nèi)三庫進展尋優(yōu)計算，使流域水資源損失減至最小，也為庫群結合調度提供了實用的計算方法。參考文獻：1庫群優(yōu)化調度J.南京：河海大學，1997.PRGRASEEKINGFRTHEPTIUANAGEENTFRAGRUPFRESERVIRSAbstrat:ZhuRiverlatestheplaehereTianjinandHebEieet,andthebasinsaterresuresareiprtantfrHebeisenidevelpentandTianJinsatersupply.S,tgainsegals,unitedanageentfragrupfrese