基于多目标的叶尔羌河依干其水库优化调度研究

阿依努尔·吐尔孙

（新疆维吾尔自治区塔里木河流域喀什管理局新疆莎车844700）

基于多目标的叶尔羌河依干其水库优化调度研究

阿依努尔·吐尔孙

（新疆维吾尔自治区塔里木河流域喀什管理局新疆莎车844700）

文章介绍了水库调度基本参数，建立了汛期多目标优化调度模型，并对其进行求解和分析。希望为今后水库优化调度研究提供理论基础。

多目标；水库调度；优化研究；依干其水库

引言

新疆地区水资源较为匮乏，兴修水利虽然解决了用水难的问题，但是进行水库调度优化十分必要。水库调度研究始于上世纪20年代，最初是利用测量的水文数据对水库进行调节，后来逐步发展形成了水库调度图[1-2]。其调度思路为：基于水库预报，采取实时调度模式，并利用风险评估和智能算法，得出优化的调度模型[3-5]。依干其水库位于新疆莎车境内，是一个防洪、灌溉、提供工业用水等多目标的水库。依干其水库是小型水库，调度受到人为主观因素影响较大，采用的调度方式往往并非最优解。基于水库来水、泄水、蓄水、灌溉等因素，建立了汛期多目标优化调度模型，并对其进行求解和分析[5]。本文主要分析汛期优化调度情况，探索一种最优调度模式，使得高水位最低化和泄洪量最小化。

1 工程概况

依干其水库工程于1956年开工建设，至1956年底完工蓄水，2007年5月至2008年10月进行除险加固工程。依干其水库工程属于三等工程，中型规模，主要建筑物包括：拦水大坝、进水闸枢纽、放水闸枢纽、坝后排水渠、管理配套设施、临时建筑物等。

水库位于叶尔羌河东岸的中游灌区，在倾斜平原的末端，地面高程1210m～1213m，水库放水闸距莎车县城约20km。依干其水库主大坝总长度在8km左右，最大坝高处为6m，属于土质坝，安全性能一般。整个库区南北最大长度为8km，东西最大宽度为2.5km。水库库容4758×104m3，正常蓄水位1213.71m，可用库容4308×104m3，死库容450×104m3，死水位约为1210.1m，正常水位下的水库面积约为17.6km2。依干其水库从引水渠长4.6km，引水渠设计流量20m3/s。水库只有一座放水闸，放水渠长度12km，设计流量12m3/s放水渠上共有分水闸、涵洞、桥梁、渡槽等渠系建筑物28座。

依干其水库灌溉面积70.72万亩，引叶尔羌河河水，为下游灌区提供灌溉用水，尤其是缓解灌区的春旱问题，同时兼顾水产养殖。依干其水库是季节性调节水库，年调节两次，主要控制喀什地区莎车、麦盖提两县的9个乡镇，灌溉面积为70.72万亩。调度方式一般按比例进行，其麦盖提县占总供水量75%，莎车县占总供水量25%。因喀什地区近年连续干旱，缺水严重，居民用水及其紧张，工程资金短缺。基于以上两点原因，在保证输水安全可靠的前提下，坚持技术先进、经济合理的设计原则。具体线路选择原则如下[3-4]：

（1）线路尽可能顺直，线路最短，交叉工程最少；

（2）线路尽量选择在地形比较平坦的地带，选择最佳的地形和地质条件；

（3）尽量少占耕地、良田，减少移民和拆迁；

（4）尽量靠近现有和规划道路铺设，为施工和运行维护提供方便；

（5）在满足安全的前提下，尽量减少工程投资，缩短施工工期。

2 多目标优化调度研究

2.1 水资源联合调度模型

由于本地区灌溉数据有限，通过查阅参考文献，文献[7]认为水资源可利用量和灌区的缺水程度可作为水资源调度的参考指标。因此本文研究的水资源联合调度模型的目标函数为引水量。在灌区水资源循环方程和水资源调控平衡方程的基础上，确定调控对象，选择合理的目标函数进行求解。第一个目标函数为全年缺水量最小值：

其中：i为时间段；j为供水来源；m为水源数量；Di为第i时间段，需水量；xij为第i时间段j来源的供水分量。

第二个目标函数为全年相对缺水率最小值，其计算式为：

对两个目标函数进行无量纲化处理，得出第p个目标无量纲化后的函数为：

其中：fp0为目标p的最差值；fp*目标p的最优值。

随后构造辅助函数，将式（1）和式（2）两个目标函数归一化，随后将水资源优化调度模型转化成单目标函数：

其中：ωp为第p个目标的权重因子。

2.2 防洪调度

依干其水库具有分滞叶尔羌河洪水，缺水季节向灌区供水的两大功能。每年冬季、夏季两次引蓄叶尔羌河来水。其中，夏季7月～8月份为主引水期，引入河流来水仅占年入库总水量的72.8%；次年1月～2月为补充引水期，引入河流来水仅占年入库总水量的27.2%。2014年水库水量调节情况见表1。

研究表明，叶尔羌河洪水动态规律极为复杂。其根本原因在于叶尔羌河流域在受当地地形和气候影响，共有四种类型的洪水，即：冰雪消融型洪水、冰川“溃坝型”洪水、暴雨型洪水和混合型洪水。依干其水库在叶尔羌河的东侧，该水库在叶尔羌河上的引水龙口距离水库有5km。

依干其水库防洪调度原则是：在叶尔羌河汛期到来之前，必须增加水库放水，并使水库水位降到汛限水位之下；在汛期时，应尽量分蓄洪水，并坚决制止汛期蓄水现象，保证水位一直处于安全水位。当发生超标准洪水时，依干其水库应首先控制引水闸口，加强引水工程的防洪保护，适时引洪，放水调峰，严禁超蓄。巡坝人员加强巡坝查险次数，并且抢险物资、施工设备、抢险人员到岗入位，及时观测水情变化。

表12014 年水库水量调节情况

表2 各种作物净灌水定额

图2 麦盖提县的供水调度情况

2.3 供水调度

灌区共有灌溉面积70.72万亩，其中耕地52.56万亩。灌区经济基础以农业为主，农作物主要以小麦、棉花、玉米为主，工业极不发达。年粮食播种面积23.46万亩，占灌溉面积的33.17%；经济作物播种面积31.97万亩，占灌溉面积的45.19%；苜蓿1.56万亩，占灌溉面积的2.21%。农、林、牧比例为1:0.2:0.33。水库是灌区枯水季节主要灌溉水源，提高灌区灌溉用水保证率，农、林、牧业用水能适时适量供应，提高作物产量。当灌溉保证率P=75%，各种作物净灌水定额情况见表2。

图3 莎车县的供水调度情况

按照水库蓄水情况，每年两次编制水库供水计划。第一次是灌区冬小麦播前水和冬麦冬灌供水计划，此次计划供水量占水库当时库容的30%；第二次是春季供水计划，此次计划首先扣除水库损失和死库容后，按照受益单位分水比例分配水量，供水时间为3月1日至6月10日。因此在6月10日以前，应将水位降至死水位。从7月1日起，叶尔羌河进入主汛期，水库应根据当年的洪峰情况并结合水库灌溉任务，合理进行引洪蓄水。依干其水库主要控制喀什地区麦盖提县、莎车县的乡镇。3月1日至6月10日，麦盖提县的供水调度情况见图2；莎车县的供水调度情况见图3。

依干其水库主要蓄水期在当年的汛期7、8月份，次年的枯水期进行下放。主要是调节依干其水库灌区春季农业灌溉用水，该水库放水系统流量规模以春季枯水期灌区农业灌溉需水强度来确定，通过灌溉延续时间对灌水率进行调整。干旱年份可以适当的调节死库容，但是保证水库的渔业生产。如下游灌区发生旱灾时优先保证生活用水，然后考虑渔业生产。

3 结语

基于水库来水、泄水、蓄水、灌溉等因素，建立了汛期多目标优化调度模型，并对其进行求解和分析。得出：在叶尔羌河汛期到来之前，必须增加水库放水，并使水库水位降到汛限水位之下；在汛期时，应尽量分蓄洪水，并坚决制止汛期蓄水现象，保证水位一直处于安全水位。在6月10日以前，应将水位降至死水位，水库应根据当年的洪峰情况并结合水库灌溉任务，合理进行引洪蓄水。陕西水利

[1]明波，黄强，王义民，等.基于改进布谷鸟算法的梯级水库优化调度研究[J].水利学报，2015，03:341-349.

[2]向波，纪昌明，罗庆松.免疫粒子群算法及其在水库优化调度中的应用[J].河海大学学报(自然科学版)，2008，02:198-202.

[3]王旭，雷晓辉，蒋云钟，等.基于可行空间搜索遗传算法的水库调度图优化[J].水利学报，2013，01:26-34.

[4]黄耀华，张娇，袁朝，等.粒子群算法在水库优化调度中的应用综述[J].陕西水利，2011，06: 113-114.

[5]张雯怡.基于水资源优化配置的黑河金盆水库调度运行方案研究[J].陕西水利，2013，03: 155-157.

[6]彭穗萍.基于下坂地水库调度规则的叶尔羌河流域水资源配置模式研究[J].水利规划与设计，2010，06:9-11.

[7]贾瑞红.多目标风险模型在水库防洪调度中的应用研究[J].水利技术监督，2014，01:36-38.

（责任编辑：唐红云）

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