水利工程論文-庫群聯(lián)合調(diào)度的輪庫尋優(yōu)程序摘要：按一定目標對庫群進行聯(lián)合調(diào)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)濟發(fā)展及天津市用水十分重要。運用輪庫尋優(yōu)算法編寫程序，對州河流域三庫進行聯(lián)合調(diào)度，可有效地解決流域水資源優(yōu)化利用問題。關(guān)鍵詞：聯(lián)合調(diào)度庫尋優(yōu)算法程序1前言隨著地區(qū)經(jīng)濟的迅速發(fā)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)庫群水資源的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，具有較高的科研與實用價值。這里，以州河流域內(nèi)三庫水資源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度為例，編寫輪庫尋優(yōu)計算程序，使現(xiàn)實問題得以解決，在庫群聯(lián)合調(diào)度方面進行了有益的探索。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56km，南北寬近50km，總面積2114km2。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(zhì)粘土，農(nóng)業(yè)發(fā)達。流域?qū)俅箨懶约撅L氣候，多年平均降水量750mm。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1256mm，枯水年僅有387mm。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560km2、887km2、252km2。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(guān)、般若院及于橋水庫，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(guān)水庫19742000年、般若院水庫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行聯(lián)合調(diào)度分析。3聯(lián)合調(diào)度的數(shù)學(xué)模型3.1最優(yōu)準則與目標函數(shù)研究庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度必先確定最優(yōu)準則。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)準則為：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??；于橋水庫向下游排放水量最小。上關(guān)、般若院及于橋水庫自起始調(diào)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：QO31，QO32，QO312。則由最優(yōu)準則可寫出求解三庫水量損失的數(shù)學(xué)表達式，亦即目標函數(shù)如下：Min(S1i+S2i+S3i)KiEi/10+QO3ii=1，2，123.2約束方程（1）蓄水量約束WjiwjiWjij=1，2，3；i=1，2，13式中，wji為j水庫第i個月份的庫蓄水量；Wji、Wji分別為j水庫第i個月份的允許最小、最大庫蓄水量。（2）需供水量約束Wji+Ujiwjij=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(diào)蓄量約束wj1=wj13j=1，2，3式中，wj1、wj13分別為j水庫第1個月份、第13個月份庫蓄水量，均為起調(diào)蓄量。3.3數(shù)學(xué)模型先確定三庫聯(lián)合調(diào)度的決策變量為：起調(diào)蓄量wj1、入庫水量QIwji、需供水量Uwji、蒸發(fā)系數(shù)Ki、蒸發(fā)量Ei，則綜合目標函數(shù)及約束方程，可獲得州河流域三庫聯(lián)合調(diào)度的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下：MINEQ=Min(S1i+S2i+S3i)KiEi/10+QO3is.t.wj1=wj13Wji+UjiwjiWji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(xué)模型求取目標函數(shù)，可采用輪庫尋優(yōu)算法，其思路如下：（1）根據(jù)一般經(jīng)驗、分析判斷或用其它簡便方法，先給三水庫定出起調(diào)蓄量Wj1。由起調(diào)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(diào)度線：Wj1，Wj2，Wj12，計算目標函數(shù)值。（2）固定般若院水庫的初始調(diào)度線，再將一定步長的蓄量變化W1作為上關(guān)水庫向于橋水庫的放水量QO1，重新確定上關(guān)及于橋水庫相應(yīng)的蓄量調(diào)度線，并計算其目標函數(shù)值。之后，逐次對上關(guān)水庫進行減量優(yōu)化調(diào)度，比較各次目標函數(shù)值，記錄最小水量損失及相應(yīng)三庫調(diào)度線，直至不滿足上關(guān)水庫的約束條件為止。（3）將一定步長的蓄量變化W2作為般若院水庫向于橋水庫的放水量QO2，并固定般若院水庫減量后的蓄量調(diào)度線。再重復(fù)進行（2）中對上關(guān)水庫的減量優(yōu)化調(diào)度步驟。這樣反復(fù)輪換優(yōu)化于橋水庫上游的上關(guān)及般若院兩水庫，直至不滿足般若院水庫的約束條件為止。（4）按上述步驟，可計算出相應(yīng)步長三庫所有蓄量調(diào)度線的目標函數(shù)值，進而尋得最小目標函數(shù)值（即最少損失水量）及三庫相應(yīng)的蓄量調(diào)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(shè)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(diào)度程序流程示意圖4.3程序清單分別用Wij、Sij、QIij、QOij、UWij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DWi、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Min_EQ（MINEQ）、Min_E（MINE）、Min_Q（MINQ）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WLij、QOLij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，則可用C語言編程如下：inti,j；/初始化尋優(yōu)起始狀態(tài)for(i=1；i4；i+)for(j=1；j14；j+)WLij=0；MINEQ=99999999；MINE=99999999；MINQ=99999999；W11=?，W21=?，W31=?；/輪庫尋優(yōu)算法inthh=0,tt=0；for(intfp=0；fp+)/按一定步長要求生成般若院水庫蓄水量調(diào)度線for(intg=2；g14；g+)W2g=0；for(intgg=1；gg13；gg+)QO2gg=0；for(inth=2；h2800)QO2h-1=QO2h-1+W2h-2800；W2h=2800；if(W213W21)QO212=W213-W21+QO212；W213=W21；for(i=1；i13；i+)/判斷并結(jié)束般若院水庫過程線if(W2iDW2+UWi)break；if(W213for(intfs=0；fs+)/按一定步長要求生成上