《跨流域调水工程优化调度问题实证研究》23000字

南水北调东线工程调蓄湖泊联合优化调度研究跨流域调水工程优化调度问题实证研究TOC\o"1-3"\h\u第1章绪论 [42]是一种由srinivas和deb提出的基于Pareto最优概念的遗传算法。该算法会首先根据个体之间的支配关系进行分层，根据染色体之间的支配关系来分层，每个级别会被赋予虚拟共享值作为该级别染色体的适应度。该算法也在很多优化问题上得到了广泛应用并取得良好效果，它的基本思想如下：首先进行非支配排序，即基于Pareto支配的关系，对染色体进行分层排序；然后引入拥挤距离保持染色体的多样性；最后，算法中以N为种群规模，让子代种群染色体和父代种群染色体竞争，从而得到N个较好的染色体作为下一代的父代种群。4.2.2南水北调东线江苏段工程联合优化调度模型求解步骤本项目以各泵站每个时段抽水量水量真值为决策变量，则当时段数为T时，染色体长度为21T。由于本方法始终采用准可行染色体参与遗传操作，因此生成初始种群时可暂时忽略北调控制水位约束，故上述21个变量的可取值范围均为，其中为对应闸站的最大抽水能力，在该范围内随机生成组翻水量序列，即可构成组准可行个体，作为后续遗传操作的初始种群。南水北调东线江苏段工程联合优化调度模型求解步骤见图4.1图4.1南水北调东线江苏段工程联合优化调度模型求解步骤4.3多属性决策理论与方法通过NSGA-Ⅱ算法进行模型求解可以得到较好的优化调度方案集，但在实际调度运行情况下，仅仅考虑两个目标函数是不够的，还需要考虑更多的决策指标，保证整个调度方案达到最佳优化效果。因此利用多属性决策对方案集进行再次评估，权衡利弊，在考虑工程效益、成本和社会可持续发展趋势的前提下，综合评估较好的优化调度方案集，从而得到最佳的南水北调东线江苏段工程联合优化调度方案。4.3.3联合优化调度方案多属性决策本模型优化的目标函数设定为系统缺水量最小和泵站抽水量最小，虽然能得到优化调度方案集，但考虑到南水北调东线江苏段工程庞大、涉及广泛，对农业、城镇、航运、生态等方面都有着不可忽略的影响，故最终优化调度方案的选择需要多方面考察，引入更多决策指标进行综合评估，与此同时，要选择合适的多属性决策方法进行决策，尽可能保证优化调度方案的科学性和合理性。4.3.3.1联合优化调度方案决策指标集优化调度方案决策指标的选择首先要考虑到在确保自然生态不受到破坏的前提下完成工程的首要任务，即用尽可能少的抽水量为各受水区输送充足的水量，保证各分区的需水要求，提高水资源利用效率，从该角度出发，除了系统缺水量这一决策指标外，还可以将系统弃水量和抽江水量作为决策指标；在输水过程中，也要时刻关注水资源利用成本是否过高，使得工程的调度运行成本控制在合理范围内，保证工程的经济性，故除了考虑泵站抽水量这一决策指标之外，也可以考虑用调水峰值这一指标进行判断。综上，构建联合优化调度方案决策指标集，见表4.1。表4.1联合优化调度方案决策指标集联合优化调度方案决策指标集水资源利用效率系统缺水量系统弃水量抽江水量水资源利用成本梯级总抽水量调水峰值4.3.3.2多属性决策方法该决策指标集层级较为简单且决策指标数量较少，因此比较适合选用基于指标权重的多属性决策方法比较。关于权重确定的方法有很多，主观权重容易受到决策者的经验、偏好等主观意愿的影响，而客观权重仅凭数据也不能实现决策的合理性，故许多学者希望能够将两者结合，互相弥补不足之处，使得到的决策结果更加全面可靠，建立了组合权重的概念，准确地进行评判和决策。本文遵循这一思路，主观权重的确定选用层次分析法，客观权重的确定选用信息熵权法，通过线性加权平均得到组合权重，综合判断各项决策指标。（1）主观权重的确定主观权重的确定有很多较为成熟的方法，如层次分析法、专家调查法等。本文应用层次分析法对各项指标进行主观赋权。层次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）基于客观事实判断各项决策指标的相对重要性，经比较形成判断矩阵，并根据判断矩阵的最大特征值及其特征向量，计算同一层次每个因素的相对重要性权重。该方法能够很好地将定性判断与定量分析相互结合，清晰反映出决策者的偏好信息，应用较为广泛。对各决策指标进行重要程度分析，工程运行的主要目的是解决沿线用水户缺水问题，因此缺水量评价标准排在首位；在输水的同时要控制工程的运行能耗不能过高，在运行成本与供水量间达成平衡，故梯级总抽水量次之；在供水与成本实现相对平衡前提下，控制调水峰值，评价水资源的利用效率，需要考虑抽江水量以及湖泊弃水量。综上所述，各指标相对重要性排序为:系统总缺水量>梯级总抽水量>抽江水量>=调水峰值>系统弃水量。基于层次分析法，结合对各决策指标相对重要性进行分析，确定各指标的主观权重见表4.2。并根据表4.3进行一致性检验。表4.2各指标相对重要程度及主观权重计算表决策指标系统缺水量系统抽水量抽江水量调水峰值系统弃水量主观权重系统总缺水量123370.400梯级总抽水量1/213370302抽江水量1/31/31250.155调水峰值1/31/31/2130.104系统弃水量1/71/71/51/310.040一致性检验，，满足一致性检验表4.3判断矩阵平均随机一致性指标维数123456789100.000.000.580.901.121.241.321.411.451.49(2）客观权重的确定客观权重的确定方法包括信息熵权法、特征向量法等，本文采用信息熵权法对决策指标集中的各个指标进行客观赋权。“熵”反映的是信息的变异程度，同时也可以间接反映一组数据在综合评价中所能起到的作用的大小。若熵值较小，说明该指标的变异程度越小，因此所获信息的效用越大，权重理应更大；相反，熵值越大，则该指标的变异程度越大，在所获信息效用越小，权重也应较小，总而言之，信息熵权法根据指标熵值的大小来确定客观权重。熵权法的具体操作步骤如下：构造多属性决策矩阵。若原问题共包含个待评价方案，每个方案都由个评价指标构成，则记构造而成的决策矩阵R=(rij)mn，其中i=1,2,3...,m、j=2,3n。b.进行归一化操作。将决策矩阵R根据指标性质的不同，进行归一化操作，记归一化操作后的矩阵为，同样，。c.计算各评价指标的熵值。根据信息论中信息熵的定义，一组数据的熵值可以采用下式进行计算：（4-8）其中：，c在实际操作中，为了保证有意义，需对的计算公式进行修正，采用下式进行计算：（4-9）4）计算各指标的熵权。可采用下式得到：（）（4-10）（3）属性组合权重的确定及评价结果的计算可以将主观权重和客观权重进行线性加权平均计算得到组合权重。公式如下：（4-11）其中，为主观权重和客观权重之间的偏好系数，。对原方案集的评价结果也可通过归一化后的决策矩阵与权重向量间的乘积得到，计算公式为：（4-12）其中，，，为方案集的评价结果向量，其最大值对应建议选取的最佳方案。4.4本章小结本章确定系统缺水量最小和梯级抽水量最小2个目标函数，湖泊水量平衡、泵站工作能力等6个约束条件，构建南水北调东线江苏段工程联合优化调度模型。介绍NSGA-Ⅱ算法基本原理，并提出基于NSGA-II算法的南水北调东线江苏段工程联合优化调度模型求解方法。此外，本章构建了包含梯级总抽水量、系统总缺水量、抽江水量、调水峰值以及系统弃水量作为决策指标的南水北调东线江苏段工程优化调度方案多属性决策指标集，主观权重的确定选用层次分析法，客观权重的确定选用信息熵权法，通过线性加权平均得到组合权重，综合判断各项决策指标。第5章南水北调东线江苏段工程联合优化调度模型求解本章主要对南水北调东线江苏段工程各调蓄湖泊在不同来水组合条件下的联合优化调度模型进行求解，确定最终方案的抽水情况与供水情况，并与常规调度方案进行对比分析，提出水量调配建议。5.1调蓄湖泊来水组合确定南水北调东线江苏段工程联合优化调度模型是多水源、多用户的，模型以月为计算时段，各调蓄湖泊的起调水位为近年来对应时段多年平均水位，本文以2022年为计算水平年，本地降水按照区域就近原则与外来水源一并考虑，确定不同来水频率下（50%、75%和95%）湖泊来水情况，见表5.1所示。为了分析验证南水北调东线江苏段工程联合优化调度模型在多种来水组合条件下的运行和适用情况，通过对洪泽湖、骆马湖、下级湖三个湖泊历史入湖径流量频率分析，确定4种不同来水组合，具体见表5.2。表5.1不同来水频率下湖泊来水情况单位：亿m3月份50%75%95%下级湖骆马湖洪泽湖下级湖骆马湖洪泽湖下级湖骆马湖洪泽湖5月0.0000.0280.0000.0000.00011.0770.0000.0000.0006月0.7170.00017.2660.0000.0000.0000.0001.8080.7697月0.80611.70971.6430.0535.50414.2080.0292.2510.0008月0.0007.59712.3810.2192.48145.4830.0000.0360.0009月0.0005.74429.2210.8505.85418.0840.0000.0000.00010月0.0001.45432.2970.0002.3558.8580.0000.0000.00011月0.0000.4118.6020.1950.0652.2580.0000.0981.42212月0.0000.0000.0590.0970.1070.0000.0000.1311.0351月0.6080.0001.2440.0000.0181.7120.0000.0160.0002月0.0000.1913.6790.0000.0001.4330.0000.0000.0003月0.0000.53121.3790.0000.3478.7650.0000.1020.8394月0.0000.54322.3230.0000.0004.6960.0000.1480.000表5.2三湖泊不同来水组合单位：亿m3湖泊洪泽湖骆马湖下级湖来水组合150%50%50%来水组合275%75%75%来水组合395%95%95%来水组合450%75%95%5.2联合优化调度模型的求解结果5.2.1来水组合1求解结果来水组合1经迭代20000次后得到结果如图5.1，系统缺水量目标的目标值范围为[0.018，25.073]，总抽水量目标的目标值范围为[45.877，150.210]，单位：亿m3。图5.1来水组合1迭代20000次后的Pareto前沿选择缺水量最小的前20个方案作为待选方案，对每个方案的每项决策指标赋予组合权重，计算得到来水组合1下的方案优选结果见表5.3。表5.3来水组合1下的方案优选结果单位：亿m3系统总缺水量梯级总抽水量抽江水量系统调水峰值系统弃水量2.129138.4707.0872.12097.216来水组合1下系统缺水量权重最大，梯级总抽水量权重次之。经过方案优选，来水组合1下所得调度方案产生的系统总缺水量为2.129亿m3，总抽水量为138.470m3，其中抽江亿7.087m3，系统调水峰值为2.120亿m3，总弃水量为97.216亿m3。来水组合1下的逐月水量调度控制指标见表5.4。表5.4来水组合1下的水量调度控制指标入湖和出湖翻水量单位：亿m3月份出省入下级湖出骆马湖入骆马湖出洪泽湖入洪泽湖抽江10月1.7460.4190.9760.3292.8450.0000.00011月1.7460.1780.7381.2133.7380.0000.00012月1.7460.7391.3080.3103.0530.0221.6251月1.7460.4401.0062.4765.1420.0041.5962月1.7460.3920.9810.7983.9160.0251.7473月1.7460.2000.8482.6186.8960.1900.0004月1.7461.1471.9211.9018.5850.0000.0005月1.7461.7182.5351.1428.6490.0000.0006月0.1620.2561.0271.6938.2910.0000.0007月0.1622.8323.6290.0005.4150.0000.0008月0.1623.5984.3550.0005.0620.0000.0009月0.1623.2913.9592.8657.4530.0022.120合计14.61615.21023.28415.34569.0430.2417.087来水组合1下各湖泊的水位控制指标如图5.2所示，其中，南四湖下级湖平均运行水位32.059m，骆马湖平均运行水位22.782m，洪泽湖平均运行水位13.109m。图5.2来水组合1下各湖泊的水位变化5.2.3来水组合2求解结果来水组合2经迭代20000次后得到结果如图5.3，其中缺水量目标的目标值范围为[2.821，40.391]，总抽水量目标的目标值范围为[84.052，223.102]，单位：亿m3。图5.3来水组合2迭代20000次后的Pareto前沿选择缺水量最小的前20个方案作为待选方案，对每个方案的每项决策指标赋予组合权重，计算得到来水组合2下的方案优选结果见表5.5。表5.5来水组合2下的方案优选结果单位：亿m3系统总缺水量梯级总抽水量抽江水量系统调水峰值系统弃水量4.700199.71630.36811.88161.446来水组合2下系统缺水量权重最大，梯级总抽水量权重次之。经过方案优选，来水组合2下所得调度方案产生的系统总缺水量为3.931亿m3总抽水量为203.634亿m3，其中抽江31.169亿m3，总弃水量为62.016亿m3。来水组合2下的逐月控制指标水量调度（入湖和出湖翻水量）见表5.6。表5.6来水组合2下的水量调度控制指标单位：亿m3月份出省入下级湖出骆马湖入骆马湖出洪泽湖入洪泽湖抽江10月1.7460.0680.0690.9473.5370.0000.00011月1.7460.0200.5930.0001.8150.0001.29512月1.7460.0100.0330.5713.4810.3441.9881月1.7460.0170.5990.7803.4370.1511.7812月1.7460.9041.5190.1233.5250.0671.8513月1.7460.4651.1371.1535.9380.0412.2264月1.7460.4161.2941.4329.1580.0553.0925月1.7460.9501.6343.32412.0550.0000.0146月0.1620.0080.8823.92011.5410.0032.9987月0.1620.0951.0044.80813.0720.0313.2418月0.1620.0040.2894.43511.8780.0000.0009月0.1623.4313.4316.30011.0219.62911.881合计14.6166.38912.48627.79390.45810.32030.368来水组合2下各湖泊的水位控制指标如图5.4所示，其中，南四湖平均运行水位32.059m，骆马湖平均运行水位22.475m，洪泽湖平均运行水位12.841m。图5.4来水组合2下各湖泊的水位变化5.2.2来水组合3求解结果来水组合3经迭代20000次后得到结果如图5.5，其中缺水量目标的目标值范围为[33.824，102.568]，总抽水量目标的目标值范围为[142.087，461.314]，单位：亿m3。图5.5来水组合3迭代20000次后的Pareto前沿选择缺水量最小的前20个方案作为待选方案，对每个方案的每项决策指标赋予组合权重，计算得到来水组合3下的方案优选结果见表5.7。表5.7来水组合3下的方案优选结果单位：亿m3系统总缺水量梯级总抽水量抽江水量系统调水峰值系统弃水量42.836398.566103.06012.9230来水组合3下系统缺水量权重最大，梯级总抽水量权重次之。经过方案优选，来水组合3下所得调度方案产生的系统总缺水量为42.836亿m3总抽水量为398.566亿m3，其中抽江103.060亿m3，总弃水量为0亿m3。来水组合3下的逐月控制指标水量调度（逐月入湖和出湖翻水量）见表5.8。表5.8来水组合3下的水量调度控制指标单位：亿m3月份出省入下级湖出骆马湖入骆马湖出洪泽湖入洪泽湖抽江10月1.7460.5600.5841.4394.0524.1975.73011月1.7460.6251.1911.9764.5361.2312.79012月1.7460.2780.8291.5474.3614.6366.2581月1.7460.5231.1012.1204.9876.1157.7222月1.7460.7721.1930.3853.8203.0994.7893月1.7460.1700.8141.7346.3507.0939.2964月1.7460.3821.3183.44211.0916.1999.3155月1.7460.5181.1772.84711.6943.2466.4396月0.1620.0670.3451.8389.7739.96212.6907月0.1620.4650.8921.3579.4909.52712.3738月0.1620.3510.5180.4487.3939.84012.7359月0.1623.4673.7124.6047.75011.83512.923合计14.6168.17913.67423.73785.29876.981103.060来水组合3下各湖泊的水位控制指标如图5.6所示，其中，南四湖平均运行水位31.851m，骆马湖平均运行水位22.890m，洪泽湖平均运行水位13.108m。图5.6来水组合3下各湖泊的水位变化5.2.4来水组合4求解结果来水组合4经迭代20000次后得到结果如图5.7，其中缺水量目标的目标值范围为[1.422，34.372]，总抽水量目标的目标值范围为[50.792，210.915]，单位：亿m3。图5.7来水组合4迭代20000次后的Pareto前沿选择缺水量最小的前20个方案作为待选方案，对每个方案的每项决策指标赋予组合权重，计算得到来水组合4下的方案优选结果见表5.9。表5.9来水组合4下的方案优选结果单位：亿m3系统总缺水量梯级总抽水量抽江水量系统调水峰值系统弃水量1.422210.9157.2782.14787.370来水组合4下系统缺水量权重最大，梯级总抽水量权重次之。经过方案优选，来水组合4下所得调度方案产生的系统总缺水量为1.422亿m3，总抽水量为210.915亿m3，其中抽江7.278亿m3，总弃水量为87.370亿m3。逐月控制指标水量调度见表5.10。表5.10来水组合4下的水量调度控制指标入湖和出湖翻水量单位：亿m3月份出省入下级湖出骆马湖入骆马湖出洪泽湖入洪泽湖抽江10月1.7461.2341.7920.2762.8010.0000.00011月1.7460.1230.6871.4854.0790.0000.00012月1.7460.2070.7841.5974.3530.1191.7221月1.7460.1750.7491.6374.3600.0031.5952月1.7461.4512.0621.8965.0620.0911.8143月1.7461.4232.1314.0468.3640.0000.0004月1.7460.9731.8851.2147.9790.0000.0005月1.7462.9243.9063.34610.9480.0000.0006月0.1621.5312.4375.78012.4590.0000.0007月0.1623.8334.7813.78310.9960.0000.0008月0.1621.5622.4472.0888.6180.0000.0009月0.1624.9115.5784.5059.1380.0292.147合计14.61620.34729.24031.65189.1590.2427.278来水组合4下各湖泊的水位控制指标如图5.8所示，其中，南四湖平均运行水位32.070m，骆马湖平均运行水位22.889m，洪泽湖平均运行水位13.060m。图5.8来水组合4下各湖泊的水位变化5.3联合优化调度与常规调度方式的比较分析5.3.1常规调度方式南水北调东线江苏段工程水资源系统常规调度步骤为：首先进行单一湖泊模拟，假定时段内湖泊没有抽（泄）水，根据上游来水情况和用水户的需水情况，依据湖泊水量平衡来计算时段末湖泊库容，再根据该库容进行抽（泄）水量决策，考虑以下三种情况：（1）当大于湖泊上限库容时，停止上级湖泊的北调抽水，本湖泊下泄水量取；（2）当在北调控制库容与湖泊上限库容之间时，停止本湖泊泄水，上级湖泊抽水量取为：（3）当低于北调控制库容时，停止本湖泊抽水及泄水，上级湖泊抽水量取为：南水北调东线江苏段工程遵循自上而下依次递推的顺序，对南四湖下级湖进行水量平衡分析，同时结合南四湖下级湖下游河网受水区来用水情况，得出骆马湖~南四湖下级湖区段常规运行策略，即此湖泊区段的抽水及泄水过程，并将此作为此湖泊区段的输出，并将骆马湖~南四湖下级湖区段的输出作为骆马湖的一个输入。以此类推，求出各区段的常规调度策略、抽江过程及弃水过程。若某时段梯级泵站的抽江能力无法满足供水系统所需的抽江水量要求时则需要自上而下依次对供水系统各区间供水量进行重新核减，继而重复上述步骤，直至抽江能力满足要求为止，以最终实现对东线江苏段工程整个供水系统的常规配置。5.3.2优化调度与常规调度方式的比较分析为更好地体现优化调度的研究意义和价值，本文进行优化调度方案和常规调度方案的对比分析。考虑到常规调度方式是以缺水量最小为目标，本文将各来水组合下系统总缺水量最小的最优解与常规调度结果进行对比。各来水组合下系统总缺水量最小的优化调度方案见表5.11。表5.11各来水组合下系统总缺水量最小的优化调度方案单位：亿m3来水组合系统总缺水量梯级总抽水量抽江水量系统调水峰值系统弃水量10.018150.2107.0862.136103.22322.821223.10236.33513.06565.326333.823461.314112.07313.1500.00041.422210.9157.2782.14787.3705.3.2.1来水组合1对比 来水组合1下常规调度方案见表5.12。表5.12来水组合1下的常规调度方案单位：亿m3系统总缺水量梯级总抽水量抽江水量系统调水峰值系统弃水量0.000373.10820.2219.43293.630优化调度相对于常规调度梯级总抽水量减少215.705亿m3，抽江水量减少9.190亿m3。来水组合1下具体调水情况对比见图5.9。经优化之后，出入湖泊水量均减少，其中，入下级湖减少9.050亿m3，出骆马湖减少9.068亿m3，入骆马湖减少17.508亿m3，出洪泽湖减少15.538亿m3，入洪泽湖水量减少13.135亿m3。图5.9来水组合1下优化与常规方式湖泊调水对比图图5.10为优化与常规调度水位对比，常规调度下湖泊的运行水位较优化调度水位偏高，其中，南四湖水位偏高0.786m，骆马湖偏高0.386m，洪泽湖偏高0.079m。图5.10来水组合1下优化与常规方式水位对比图5.3.2.2来水组合2对比来水组合2下常规调度方案见表5.12。表5.12来水组合2下的常规调度方案单位：亿m3系统总缺水量梯级总抽水量抽江水量系统调水峰值系统弃水量2.684562.19266.65311.15234.150优化调度相对于常规调度梯级总抽水量减少362.476亿m3，抽江水量减少36.285亿m3。来水组合2下具体调水情况对比见图5.11。经优化之后，出入湖泊水量均减少，其中，入下级湖减少22.446亿m3，出骆马湖减少24.872亿m3，入骆马湖减少12.262亿m3，出洪泽湖减少9.986亿m3，入洪泽湖水量减少42.361亿m3。图5.11来水组合2下优化与常规方式湖泊调水对比图图5.12为优化与常规调度水位对比，常规调度下湖泊的运行水位较优化调度水位偏高，其中，南四湖水位偏高0.484m，骆马湖偏高0.163m，洪泽湖偏高0.330m。图5.12来水组合2下优化与常规方式水位对比图5.3.2.3来水组合3对比来水组合3下常规调度方案见表5.12。表5.12来水组合3下的常规调度方案单位：亿m3系统总缺水量梯级总抽水量抽江水量系统调水峰值系统弃水量29.889739.302112.43811.63426.317优化调度相对于常规调度梯级总抽水量减少277.988亿m3，抽江水量减少0.365亿m3。来水组合3下具体调水情况对比见图5.13。经优化之后，出入湖泊水量均减少，其中，入下级湖减少17.458亿m3，出骆马湖减少17.500亿m3，入骆马湖减少21.888亿m3，出洪泽湖减少15.181亿m3，入洪泽湖水量减少10.918亿m3。图5.13来水组合3下优化与常规方式湖泊调水对比图图5.14为优化与常规调度水位对比，常规调度下南四湖湖泊的运行水位偏高0.764m，骆马湖偏高0.043m，洪泽湖偏高0.001m。图5.14来水组合3下优化与常规方式水位对比图5.3.2.4来水组合4对比来水组合4下常规调度方案见表5.12。表5.12来水组合4下的常规调度方案单位：亿m3系统总缺水量梯级总抽水量抽江水量系统调水峰值系统弃水量0433.479421.2855510.3615581.78891优化调度相对于常规调度梯级总抽水量减少22.564亿m3，抽江水量减少14.008亿m3。。来水组合4下湖泊调水情况对比见图5.15。经优化之后，出入湖泊水量均减少，其中，入下级湖减少10.404亿m3，出骆马湖减少10.476亿m3，入骆马湖减少10.601亿m3，出洪泽湖减少7.148亿m3，入洪泽湖水量减少16.410亿m3。图5.15来水组合4下优化与常规方式湖泊调水对比图图5.16为优化与常规调度水位对比，常规调度下湖泊的运行水位较优化调度水位偏高，其中，南四湖水位偏高0.579m，骆马湖偏高0.195m，洪泽湖偏高0.140m。图5.16来水组合4下优化与常规方式水位对比图综上所述，相比较于常规调度“闲时补湖，忙时湖泊、梯级泵站联合供水”的调度规则。湖泊联合优化调度将湖泊作为临时储水的场所，通过设置调度初末（10月1日-来年9月30日）水位均为正常蓄水位实现湖泊汛期蓄水，枯水期利用汛期蓄水进行供水，避免实际调度一味补湖的缺点，充分利用天然来水以及水库调蓄能力。5.4联合优化调度建议通过优化调度与常规调度的对比分析，可以发现优化调度对于水资源的利用效率具有较高的提升作用，本文综合考虑，对南水北调东线江苏段工程调度提出以下建议：5.4.1湖泊运行水位控制本文的湖泊初末水位仅为非汛期正常蓄水位，南四湖33m，骆马湖23m，洪泽湖13m。三种典型年下3个调蓄湖泊的年平均水位见图5.17。图5.18三种典型年下调蓄湖泊年平均水位图经分析，各典型年湖泊水位控制如下：在平水年时，对于洪泽湖，在非汛期水库水位基本保持在正常蓄水位13m，在汛期来临前（1~4月份），为保证防洪安全需下泄一定水量，使水库水位达到防洪控制水位12.5m；在汛期时（5~9月）首先进行泄水，待主汛期来临时进行蓄水补湖，使水库水位回升至防洪控制水位（8月），在汛末（9月）达到正常蓄水位。对于骆马湖，在非汛期水库水位基本保持在正常蓄水位23m，汛前降低湖泊水位，在汛期开始时进行补湖，在主汛期时水库水位达到防洪控制水位22.5m，在汛末达到正常蓄水位。对于南四湖，在非汛期时持续降低湖泊水位，在主汛期时进行蓄水补湖，使水库水位在8月到达防洪控制水位32.5m，在汛末达到正常蓄水位33m。枯水年时，对于洪泽湖，在非汛期需要先维持在正常蓄水位，一段时间后降低水位，在汛期来临前重新蓄水至防洪控制水位；汛期开始时，首先下降湖泊水位，在主汛期时进行蓄水补湖，使水库水位升至防洪控制水位，汛末继续补湖至正常蓄水位13m。对于骆马湖和南四湖，水位控制情况与50%来水相似。特枯水年时，对于洪泽湖和骆马湖，在非汛期需要降低水位，到主汛期来临时进行蓄水补湖，水位达到防洪控制水位，在9月需水补湖至正常蓄水位。对于南四湖下级湖，汛后水位先降后升，随后汛前水位继续降低直至汛期，最后9月补湖恢复至正常蓄水位33m。5.4.2不同输水线路水量分配经分析探究，本文考虑在相邻湖泊之间不同线路的输水量分配主要受输水沿线受水区的需水要求和沿途泵站的最大抽水能力影响。以各来水组合年度调水量平均值为标准，相邻湖泊间不同输水线路输水量分配情况见图5.18。图5.18相邻湖泊间不同输水线路输水量分配图由图中数据可以发现，由不牢河与韩庄运河输水入下级湖的比例在1:2左右，由不牢河与韩庄运河抽水出骆马湖比例在1:0.8左右；由徐洪河和中运河输水入骆马湖的比例在1:1.5左右，由徐洪河与中运河抽水出洪泽湖的比例在1:0.2左右；由里运河与金宝航道抽水入洪泽湖的比例在1:1.4左右；由里运河与金宝航道抽江水量比例在1:0.5左右。由不同来水组合下所得到的优化调度方案可知，系统抽水量与湖泊来水情况密切相关。整个南水北调东线江苏段工程中主要的来水水源是长江、淮水以及各地的自然降水。在较为缺水的情况下，主要通过抽江来完成供水任务；水量较为充足时，则减少抽江水量，将水量调配的重心放在湖泊之间的互相补给上。研究数据表示，在三个调蓄湖泊中，由洪泽湖抽出的水量远大于其他两个调蓄湖泊，这说明洪泽湖是进行水量调配的主要水源地，为后续的工程运行提供了水量保证，是整个系统中的重要枢纽，其调蓄能力在工程的供水任务和防洪兴利上起支撑作用。因此，把握好蓄水的时期，在汛期结束时保证各个调蓄湖泊的水位达到兴利水位，用以完成非汛期时的水量调配，在水库蓄水量不足时，及时抽江补湖，保证整个调水工程的正常调度运行。5.4.3适当提高湖泊防洪限制水位本文对南水北调东线江苏段工程联合优化调度模型求解结果进行了系统分析，研究发现不同来水组合下输水沿线的各受水区仍存在不同程度的缺水和弃水情况。缺水与弃水同时出现的主要原因是湖泊蓄水能力有限和自然降水的时空分布不均，故即便进行工程的联合优化调度，仍然无法彻底解决苏北地区的缺水问题。因此，各调蓄湖泊可以根据来水情况，适当提高防汛限制水位，在保证工程安全的前提下，增加水库在汛期的蓄水量，为工程的供水任务提供保障。

第6章总结与展望6.1总结本文总结归纳南水北调东线江苏段工程概况，建立联合优化调度模型，从而得到不同来水组合下系统的最优水量调配方案，分析比较优化调度与常规调度的结果，从湖泊水位控制、输水线路选择等方面为工程运行调度提供建议。本文主要成果总结如下：（1）总结了有关于水资源优化调度国内外研究动态，阐述了开展南水北调东线江苏段工程系统联合优化调度研究的必要性，明确了研究目标和技术路线。（2）总结了南水北调东线江苏段工程概况，从供水目标与范围、主要运行任务、调水线路与规模、泵站工程几个方面全面解析南水北调东线江苏段工程，并分析了工程自2013年正式通水运行以来的水量调度情况，总结归纳南水北调在工程管理、经济运行管理以及水量管理中存在的问题，在此基础上进一步阐述优化调度的必要性。（3）根据工程实际特点和研究需要对南水北调东线江苏段工程系统进行了分析概化，以湖泊为水量调配中心，将系统概化为了三湖（洪泽湖、骆马湖、南四湖）六区间（江淮区间、洪泽湖区间、洪骆区间、骆马湖区间、骆微区间和南四湖区间）。将系统沿线划分为了18个计算分区，分别统计计算18个分区的农业需供水量、城镇需供水量及航运用水量以及平水年、枯水年和特枯水年三种典型年下各区间的需供水量。（4）从湖泊受水区，河网受水区，泵、闸站三方面进行系统模拟，以南水北调东线江苏段工程调水系统总缺水量最小、梯级泵站总抽水量最小为目标函数，以省内外用各区域用水要求、水量平衡、湖泊上下限水位、闸泵站最大工作能力等为约束条件，以区域入流为边界条件，构建南水北调东线江苏段工程联合优化调度模型，提出基于NSGA-II算法的南水北调东线江苏段工程联合优化调度模型求解方法。（5）构建了包含梯级总抽水量、系统总缺水量、抽江水量、调水峰值以及系统弃水量作为决策指标的南水北调东线江苏段工程优化调度方案多属性决策指标集；采用层次分析法确定各指标的主观权重，采用信息熵权法确定客观权重，然后采用线性加权平均方法得出组合权重，得到最优方案。（6）确定4种不同的湖泊来水组合，采用NSGA-II算法对多目标优化调度模型进行求解，并应用多目标属性决策方法对优化调度模型的求解结果进行了处理和分析，确定了不同来水组合下的最优调度方案，将优化调度结果与常规调度进行了对比，结果显示优化调度方式在提升供水保障水平、降低系统运行成本以及发挥湖泊调蓄作用等方面相比常规调度均具有一定优势，体现了良好的优化效果和应用价值。（7）最后提出了联合优化调度建议。在工程的运行调度过程中，在调度周期设置初末水位均为正常蓄水位，使整个系统在汛期时也能够实现湖泊蓄水，在枯水期时也能够最大程度利用湖泊蓄水完成供水任务，减少抽调江水、增加湖泊之间水量调配的水资源优化调度原则。6.2展望（1）在本文设立的联合优化调度模型中，只提出了4种来水组合下的优化调度方案，而在工程的实际运行和调度中，湖泊的来水情况时未知的。在后续的研究中可以增加不同的来水组合情况，并且可以和来水预报模型相结合，以此得到更为科学的优化调度方案。（2）本文重点研究了南水北调东线江苏段工程系统的水量调度问题，未考虑沿线各用水户对于水质的要求。在未来可以考虑系统对于水资源数量和质量的双重要求，结合实际水资源时空分布情况，研究水量水质联合优化调度的相关理论和方法，以实现水资源的高质高用、低质低用，提高水资源的科学利用和管理水平。（3）在本文中，不同保证率下各用水户需水计划是确定的，但实际调度决策所面对的用水需求通常具有一定不确定性，并对最终水资源系统优化调度方案具有较大影响。下阶段可开展基于用水户需水预测的系统实时调度研究，探讨不确定性条件下如何实现水资源系统的最大综合效益。（4）本文只针对工程的水位控制、水量分配方面提出了相关建议，并未考虑在经济、生态、社会方面的效益，未来可以对此进行更具体的评价分析，更加准确地判断优化调度是否具有综合效益。

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