一种山丘区“长藤结瓜”型多水库系统水资源优化调度方法技术方案

本发明专利技术属于灌区水资源优化配置技术领域，具体涉及一种山丘区“长藤结瓜”型多水库系统水资源优化调度方法，具体步骤如下：（1）通过实测或向灌区管理部门咨询，搜集计算所需的相关资料；（2）系统分解，将多水库系统水资源优化调度模型分解为若干个单水库子系统水资源优化调度模型；（3）采用动态规划对单水库子系统进行优化；（4）采用动态规划对大系统进行聚合，最终获得多水库系统的优化调度方案。本发明专利技术建立了相应的水资源优化调度数学模型，在分解聚合理论的基础上采用动态规划求解子系统模型和聚合模型，可获得一定供水期内受水区最小缺水量、对应的各水库最优供水量和弃水量过程，解决多水库系统季节性缺水，提高水资源的利用率。

An optimal operation method of water resources for \long vine and melon\ multi reservoir system in Hilly Area

【技术实现步骤摘要】
一种山丘区“长藤结瓜”型多水库系统水资源优化调度方法
本专利技术涉及一种山丘区“长藤结瓜”型多水库系统水资源优化调度方法，属于灌区水资源优化配置

技术介绍
中国山丘区分布广泛，占国土面积的70％以上，其耕地约占全国总耕地面积的50％，因此发展山丘区农业对保障国家粮食安全意义重大。蓄引提相结合的“长藤结瓜”型多水库灌溉系统是中国古代山丘区劳动人民智慧的结晶，主要由首部骨干水库、输水渠道系统以及内部的小型水库、塘堰等组成。由于渠道系统似藤，蓄水工程似瓜，故此得名。该系统不仅可以有效适应地形特点，还可以发挥灌区内部的调蓄作用，充分利用山丘区的雨水资源，有效地保障了山丘区农业的发展。本质上，“长藤结瓜”灌溉系统的运行调度属于多水库联合调度的范畴。千百年来，虽然山丘区劳动人民对于这类系统总结出了“联合运用，分片包干”、“闲时灌塘，忙时灌田”等经验性规律，但具体的调度过程却缺乏科学的方法论支持。随着气候、作物、水政策的变化，传统调度方法受到了严重的挑战。尤其是最严格的水权制度实施后，年内区域水权被严格限定。为了在有限的水权下满足农业灌溉要求，必须科学地、系统地优化“长藤结瓜”灌溉系统的调度方法，从而减少系统弃水，提高水资源利用率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种山丘区“长藤结瓜”型多水库系统水资源优化调度方法，针对山丘区“长藤结瓜”型多水库系统，建立了相应的水资源优化调度数学模型，在分解聚合方法的基础上采用动态规划求解子系统模型和聚合模型，可获得一定供水期内受水区最小缺水量、对应的各水库最优供水量和弃水量过程，解决多水库系统季节性缺水，提高水资源的利用率。本专利技术方案如下：一种山丘区“长藤结瓜”型多水库系统水资源优化调度方法，包括优化调度系统，优化调度系统由1座大中型骨干水库和n座小型水库及其输水渠道组成，n座小型水库与大中型骨干水库经输水渠道贯通连接，各水库独立地向各自的灌区供水，小型水库水量不足时，可通过输水渠道从骨干水库引水补库，系统示意图见图1。系统优化调度方法具体步骤如下：(1)通过实测或向灌区管理部门咨询，搜集计算所需的相关资料，具体包括：①灌区水库调度通常划分的时段数T，灌区包括大中型骨干水库供水的灌区和小型水库供水的灌区；②代表年内所有水库各时段的来水量LSi,t(i＝1,2,…,n+1，t＝1,2,…,T)，水库包括大中型骨干水库、小型水库；③代表年内所有灌区各时段的需水量YSi,t(i＝1,2,…,n+1，t＝1,2,…,T)；④所有水库的特性资料：水库初始库容Vi,0，库容上限和下限(2)系统分解，将多水库系统水资源优化调度模型分解为n+1个单水库子系统水资源优化调度模型。目标函数：式中：fi为水库i年内各时段缺水量平方和；Xi,t为水库i第t时段的供水量；YSi,t为灌区i第t时段的需水量。约束条件：其中：V1,t＝V1,t-1+LS1,t-X1,t-Z1,t-PS1,t-EF1,i(4)Vi,t＝Vi,t-1+LSi,t-Xi,t+Yi,t-PS2,i-EF2,i(i＝2,3,…,n+1)(5)式中：Wi为水库i的年可供水量；Vi,t分别为水库i在t时段末的蓄水量；LSi,t为水库i在时段t的入库径流量；PSi,t,为水库i在时段t的弃水量；EFi,t为水库i在时段t的水量损失；Z1,t为骨干水库在时段t的外调水量；Yi,t为小型水库i在时段t内的补水量，i＝2,3,…,n+1；为水库i在时段t的蓄水量下限；为水库i在时段t的蓄水量上限。(3)子系统优化；令水库i的年可供水量Wi在之间，按满足系统调度精度要求的步长d离散，采用动态规划对水库i子系统进行优化，获得水库i在不同Wi下的年内各时段缺水量平方和fi及其对应的供水量过程Xi,t、弃水量过程PSi,t、补水量过程Yi,t或调水量过程Z1,t。(4)系统聚合；根据子系统优化所获得的一系列fi～Wi的关系，构建大系统聚合模型。目标函数：约束条件：式中：F为整个多水库系统年内各时段缺水量平方和。以Wi为决策变量，采用动态规划求解上述聚合模型，即可获得系统中各水库最佳的年可供水量[W1*,W2*,…,Wn+1*]。最后根据各水库最佳的年可供水量Wi*反查子系统优化结果，确定各水库最佳的调度方案，包括最佳的供水量过程Xi,t*、弃水量过程PSi,t*、补水量过程Yi,t*和调水量过程Z1,t*。作为优选，所述步骤(3)具体包括以下步骤：①对于小型水库，即i≠1时，令水库i的年可供水量Wi在之间按步长d离散，1)时段t＝1：gi,1(λi,1)＝min(Xi,1-YSi,1)2(8)式中，gi,1表示小型水库i在前1个时段内的最小缺水量平方和；λi,1为状态变量，表示水库i前1个供水时段水库供水量，在可行域[0,Wi]内以步长d离散；对每个离散的λi,1，决策变量Xi,1在对应可行域[0,λi,1]内按步长d离散，分别确定对应于每个λi,1值，最优Xi,1及其对应的该时段最小缺水量平方和gi,1(λi,1)。而后，第1时段末水库i蓄水量Vi,1＝Vi,0+LSi,1-EFi,1-Xi,1，此时尚未考虑补水或弃水，应进行检验和修正：a.若则PSi,1＝0；b.若则Yi,1＝0，c.若则Yi,1＝PSi,1＝0；d.修正后的水库蓄水量为V'i,1＝Vi,1+Yi,1-PSi,1。通过步骤a～d，修正并确定第1时段末水库蓄水量，同时可获得对应的水库弃水量PSi,1、或补水量Yi,1。(2)时段t＝2，3，…T-1：gi,t(λi,t)＝min[(Xi,t-YSi,t)2+gi.t-1(λi,t-1)](9)式中，gi,t表示小型水库i在前t个时段内的最小缺水量平方和；状态变量λi,t为前t个时段的水库i供水总量，同样将其在可行域[0,Wi]内按步长d分别进行离散；对每一个离散的λi,t，决策变量Xi,t在对应可行域内[0,λi,t]按步长d离散。状态转移方程：λi,t-1＝λi,t-Xi,t(10)式中：t＝2，3，…，T-1对每一个离散的λi,t，将各离散的Xi,t值分别代入式(9)中的(Xi,t-YSi,t)2，由状态转移方程式(10)，对每一个离散的Xi,t，查找前t-1时段最小gi,t-1(λi,t-1)值，由此可获得(Xi,t-YSi,t)2+gi,t-1(λi,t-1)，完成以上所有离散的Xi,t寻优后，最终可获得满足min[(Xi,t-YSi,t)2+gi,t-1(λi,t-1)]要求的前t个时段系统最小缺水量平方和gi,t(λi,t)值及其对应的各时段水库最优供水量Xi,t。同样，还需确定第t时段末水库蓄水量Vi,t，Vi,t＝Vi,t-1+LSi,t-EFi,t-Xi,t，而后进行检验和修正a.若本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种山丘区“长藤结瓜”型多水库系统水资源优化调度方法，其特征在于，包括优化调度系统，优化调度系统由1座大中型骨干水库和n座小型水库及其输水渠道组成；其中，n座小型水库与大中型骨干水库经输水渠道贯通连接，各水库独立地向各自的灌区供水，小型水库水量不足时，可通过输水渠道从骨干水库引水补库；/n优化调度系统优化调度方法包括以下步骤：/n(1)获取以下资料，具体包括：/n①灌区水库调度通常划分的时段数T；/n②代表年内所有水库各时段的来水量LS

【技术特征摘要】
1.一种山丘区“长藤结瓜”型多水库系统水资源优化调度方法，其特征在于，包括优化调度系统，优化调度系统由1座大中型骨干水库和n座小型水库及其输水渠道组成；其中，n座小型水库与大中型骨干水库经输水渠道贯通连接，各水库独立地向各自的灌区供水，小型水库水量不足时，可通过输水渠道从骨干水库引水补库；
优化调度系统优化调度方法包括以下步骤：
(1)获取以下资料，具体包括：
①灌区水库调度通常划分的时段数T；
②代表年内所有水库各时段的来水量LSi,t(i＝1,2,…,n+1，t＝1,2,…,T)；
③代表年内所有灌区各时段的需水量YSi,t(i＝1,2,…,n+1，t＝1,2,…,T)；
④所有水库的特性资料：水库初始库容Vi,0，库容上限和下限
(2)系统分解，将多水库系统水资源优化调度模型分解为n+1个单水库子系统水资源优化调度模型：
目标函数：
式中：fi为水库i年内各时段缺水量平方和；Xi,t为水库i第t时段的供水量；YSi,t为灌区i第t时段的需水量；
约束条件：






其中：
V1,t＝V1,t-1+LS1,t-X1,t-Z1,t-PS1,t-EF1,i(4)
Vi,t＝Vi,t-1+LSi,t-Xi,t+Yi,t-PS2,i-EF2,i
(i＝2,3,…,n+1)(5)
式中：Wi为水库i的年可供水量；Vi,t分别为水库i在t时段末的蓄水量；LSi,t为水库i在时段t的入库径流量；PSi,t,为水库i在时段t的弃水量；EFi,t为水库i在时段t的水量损失；Z1,t为骨干水库在时段t的外调水量；Yi,t为小型水库i在时段t内的补水量，i＝2,3,…,n+1；为水库i在时段t的蓄水量下限；为水库i在时段t的蓄水量上限；
(3)子系统优化；
令水库i的年可供水量Wi在之间，按满足系统调度精度要求的步长d离散，采用动态规划对水库i子系统进行优化，获得水库i在不同Wi下的年内各时段缺水量平方和fi及其对应的供水量过程Xi,t、弃水量过程PSi,t、补水量过程Yi,t或调水量过程Z1,t；
(4)系统聚合；
根据子系统优化所获得的一系列fi～Wi的关系，构建大系统聚合模型：
目标函数：
约束条件：
式中：F为整个多水库系统年内各时段缺水量平方和；
以Wi为决策变量，采用动态规划求解上述聚合模型，即可获得系统中各水库最佳的年可供水量[W1*,W2*,…,Wn+1*]；最后根据各水库最佳的年可供水量Wi*反查子系统优化结果，确定各水库最佳的调度方案，包括最佳的供水量过程Xi,t*、弃水量过程PSi,t*、补水量过程Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：程吉林，龚志浩，蒋晓红，龚懿，陈兴，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32