庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度的輪庫(kù)尋優(yōu)程序

1、庫(kù)群結(jié)合調(diào)度的輪庫(kù)尋優(yōu)程序摘要：按一定目的對(duì)庫(kù)群進(jìn)展結(jié)合調(diào)度，具有較大的實(shí)用價(jià)值。州河地處津冀交界處，流域水資源對(duì)河北省地方經(jīng)濟(jì)開(kāi)展及天津市用水非常重要。運(yùn)用輪庫(kù)尋優(yōu)算法編寫(xiě)程序，對(duì)州河流域三庫(kù)進(jìn)展結(jié)合調(diào)度，可有效地解決流域水資源優(yōu)化利用問(wèn)題。關(guān)鍵詞：結(jié)合調(diào)度庫(kù)尋優(yōu)算法程序1前言隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅速開(kāi)展，區(qū)域水資源短缺程度日趨嚴(yán)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(shí)現(xiàn)庫(kù)群水資源的結(jié)合優(yōu)化調(diào)度，具有較高的科研與實(shí)用價(jià)值。這里，以州河流域內(nèi)三庫(kù)水資源結(jié)合優(yōu)化調(diào)度為例，編寫(xiě)輪庫(kù)尋優(yōu)計(jì)算程序，使現(xiàn)實(shí)問(wèn)題得以解決，在庫(kù)群結(jié)合調(diào)度方面進(jìn)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(zhǎng)約56k，南北寬近50k，總面積2114k2。流域內(nèi)巖土以第四紀(jì)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(dá)50%60%；中部為沖積平原，土壤多為砂質(zhì)粘土，農(nóng)業(yè)興隆。流域?qū)俅箨懶约撅L(fēng)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(dá)1256，枯水年僅有387。州河為薊運(yùn)河左支，上游干游為魏進(jìn)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(guó)河匯入于橋水庫(kù)，出庫(kù)后始稱州河，向南匯流右支泃河后稱薊運(yùn)河。三支流均為山溪性河流，地處燕山迎風(fēng)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(kù)，即上關(guān)、般假設(shè)院及于橋水庫(kù)，詳見(jiàn)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(kù)19601999年、上關(guān)水庫(kù)19742000年、般假設(shè)院水庫(kù)19732000年逐年各月入庫(kù)徑流量資料及其計(jì)算成果，流域內(nèi)各水文站19601999年的觀測(cè)資料。資料年限最長(zhǎng)達(dá)40年，有利于對(duì)州河流域三水庫(kù)水資源進(jìn)展結(jié)合調(diào)度分析。3結(jié)合調(diào)度的數(shù)學(xué)模型3.1最優(yōu)準(zhǔn)那么與目的函數(shù)研究庫(kù)群結(jié)合優(yōu)化調(diào)度必先確定

4、最優(yōu)準(zhǔn)那么。這里根據(jù)州河流域三庫(kù)水文特性及水資源利用現(xiàn)狀，確定最優(yōu)準(zhǔn)那么為：三水庫(kù)控制并利用水資源量最大；三水庫(kù)內(nèi)水面蒸發(fā)量最?。挥跇蛩畮?kù)向下游排放水量最校上關(guān)、般假設(shè)院及于橋水庫(kù)自起始調(diào)度月起，水庫(kù)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(kù)各月出庫(kù)水量分別記作：Q31，Q32，Q312。那么由最優(yōu)準(zhǔn)那么可寫(xiě)出求解三庫(kù)水量損失的數(shù)學(xué)表達(dá)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(kù)第i個(gè)月份的庫(kù)蓄水量；ji、ji分別為j水庫(kù)第i個(gè)月份的允許最孝最大庫(kù)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(kù)第i個(gè)月份需供水量，其它同上。3起調(diào)蓄量約束j1=j13j=1，2，3式中，j1、j13分別為j水庫(kù)第1個(gè)月份、第13個(gè)月份庫(kù)蓄水量，均為起調(diào)蓄量。3.3數(shù)學(xué)模型先確定三庫(kù)結(jié)合調(diào)度的決策變量為：起調(diào)蓄量j1、入庫(kù)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(kù)結(jié)合調(diào)度的優(yōu)化數(shù)學(xué)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(kù)尋優(yōu)算法與程序流程示意圖4.1輪庫(kù)尋優(yōu)算法由州河流域三庫(kù)數(shù)學(xué)模型求取目的函數(shù)，可采用輪庫(kù)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(jiǎn)便方法，先給三水庫(kù)定出起調(diào)蓄量j1。由起調(diào)蓄量，可對(duì)三水庫(kù)分別確定一條滿足約束條件且各月不超過(guò)最高蓄量的初始調(diào)度線：j1，j2，j12，計(jì)算目的函數(shù)值。2固定般假設(shè)院水庫(kù)的初始調(diào)度線，再將一定步長(zhǎng)的蓄量變化1作為上關(guān)水庫(kù)向于橋水庫(kù)的放水量Q1，重新確定上關(guān)及于橋水庫(kù)相應(yīng)的蓄量調(diào)度線，并計(jì)算其目的函數(shù)值。之后，逐次對(duì)上關(guān)水庫(kù)進(jìn)展減量?jī)?yōu)化調(diào)度，

7、比較各次目的函數(shù)值，記錄最小水量損失及相應(yīng)三庫(kù)調(diào)度線，直至不滿足上關(guān)水庫(kù)的約束條件為止。3將一定步長(zhǎng)的蓄量變化2作為般假設(shè)院水庫(kù)向于橋水庫(kù)的放水量Q2，并固定般假設(shè)院水庫(kù)減量后的蓄量調(diào)度線。再重復(fù)進(jìn)展2中對(duì)上關(guān)水庫(kù)的減量?jī)?yōu)化調(diào)度步驟。這樣反復(fù)輪換優(yōu)化于橋水庫(kù)上游的上關(guān)及般假設(shè)院兩水庫(kù)，直至不滿足般假設(shè)院水庫(kù)的約束條件為止。4按上述步驟，可計(jì)算出相應(yīng)步長(zhǎng)三庫(kù)所有蓄量調(diào)度線的目的函數(shù)值，進(jìn)而尋得最小目的函數(shù)值即最少損失水量及三庫(kù)相應(yīng)的蓄量調(diào)度線、放水量。4.2程序流程示意圖對(duì)上述輪庫(kù)尋優(yōu)算法的求解步驟，設(shè)計(jì)其計(jì)算機(jī)程序流程示意圖，見(jiàn)圖2。圖2州河流域三庫(kù)優(yōu)化調(diào)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(kù)第j個(gè)月份的蓄水量、庫(kù)水面面積、入庫(kù)水量、出庫(kù)水量、需供水量，用Di、steps表示i水庫(kù)的死庫(kù)容、尋優(yōu)步長(zhǎng)，用Kj、Ej分別表示第j個(gè)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(kù)最小水量損失、最小蒸發(fā)水量、于橋水庫(kù)最小出庫(kù)水量，用Lij、QLij表示i水庫(kù)第j個(gè)月份的最優(yōu)蓄水量、出庫(kù)水量。對(duì)輪庫(kù)尋優(yōu)算法的求解步驟，那么可用語(yǔ)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(kù)尋優(yōu)算法inthh=0,tt=0;fr(intfp=0;fp+)/按一定步長(zhǎng)要求生成般假設(shè)院水庫(kù)蓄水量調(diào)度線fr(intg=2;g14;g+)2g=0;fr(intgg=1;gg13;gg+)Q2gg=0;fr(inth=2;h14;h+)/過(guò)量蓄量調(diào)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(shè)院水庫(kù)過(guò)程線if(2iD2+Ui)

10、break;if(213fr(intfs=0;fs+)/按一定步長(zhǎng)要求生成上關(guān)水庫(kù)蓄水量調(diào)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(guān)水庫(kù)過(guò)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(kù)蓄水量過(guò)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(jì)算并判斷最小水量損失，記錄相應(yīng)庫(kù)狀態(tài)fr(j=1;j13;j+)/庫(kù)水面面積與庫(kù)容關(guān)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(jì)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(guān)水庫(kù)優(yōu)化輪庫(kù)完畢/般假設(shè)院水庫(kù)優(yōu)化輪庫(kù)完畢/輸出尋優(yōu)成果：INEQ,INE,INQ,steps,Lij,QLij;5三庫(kù)結(jié)合優(yōu)化調(diào)度成果由州河流域三庫(kù)多年水文資料，可確定三水庫(kù)在枯水年、平水年、豐水年的起調(diào)蓄量、入庫(kù)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(diào)度為例進(jìn)展運(yùn)算，并最終確定三水庫(kù)在最優(yōu)調(diào)度時(shí)的相應(yīng)狀態(tài)。根據(jù)資料，可確定上關(guān)、般假設(shè)院及于橋水庫(kù)在豐水年的起調(diào)蓄量分別為：1880、2455、297771043，三庫(kù)入庫(kù)水量(表1)，需供水量(表.2)，蒸發(fā)系數(shù)及蒸發(fā)量(表.3)。運(yùn)用輪庫(kù)尋優(yōu)算法，可算得實(shí)現(xiàn)結(jié)合調(diào)度時(shí)三庫(kù)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(kù)最小放水量70954.98(1043)。三庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方案中蓄量、水位及水庫(kù)放水量(表.4)。6結(jié)語(yǔ)州河流域盡管有較強(qiáng)的產(chǎn)流才能，卻因流域面積以及上關(guān)、般假設(shè)院兩水庫(kù)庫(kù)容相對(duì)較小，在防洪中同于橋水庫(kù)進(jìn)展結(jié)合調(diào)度的難度較大。這里，從徑流調(diào)節(jié)及流域水資源結(jié)合調(diào)度角度出發(fā)，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型與輪庫(kù)尋優(yōu)算法，編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序?qū)α饔騼?nèi)三庫(kù)進(jìn)展尋優(yōu)計(jì)算，使流域水資源損失減至最小，也為庫(kù)群結(jié)合調(diào)度提供了實(shí)用的計(jì)算方法。參考文獻(xiàn)：1庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度J.南京：河海大學(xué)，1997.PRGRASEEKINGFRTHEPTIUANAGEENTFRAGRUPFRESERVIRSAbstrat:ZhuRiverlatestheplaehereTianjinandHebEieet,andthebasinsaterresuresareiprtantfrHebeisenidevelpentandTianJinsatersupply.S,tgainsegals,unitedanageentfragrupfrese