大型跨流域调水水库的多目标调度方法及系统

摘要

本发明提供了一种大型跨流域调水水库的多目标调度方法及系统，包括以下步骤：绘制针对本流域和跨流域所有供水对象的设计需水过程线；形成初始调度图；将初始调度图划分为若干个供水区；针对每个供水区拟定相应的供水调度原则；对初始调度图进行长系列径流调节计算，得到每个供水对象的长系列的供水过程；判断每个供水对象的长系列的供水过程和设计需水过程线是否满足条件；在初始调度图上修正不满足条件的供水对象的供水调度线和供水量，并重新计算各供水对象的长系列的供水过程；循环执行条件判断和调度图修正过程，直到所有的供水对象均满足上述条件。本发明为大型跨流域调水水库多目标调度提供全周期解决方案，保证调度方案的合理性。

权利要求

1.一种大型跨流域调水水库的多目标调度方法，其特征在于：包括以下步骤：依据当前的跨流域调水水库的来水频率、本流域的需水频率和跨流域的需水频率，判断跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域是否存在异步同枯现象；

基于本流域和跨流域的供水对象的供水量的历史数据，预测本流域和跨流域供水对象的时段设计需水的未来趋势，进而绘制针对本流域和跨流域所有供水对象的设计需水过程线；

基于设计需水过程线进行逆时序的径流调节计算，推求得到各供水对象的供水调度线，以形成调度图；所述供水调度线包括：最大供水调度线、设计供水调度线和最小供水调度线；

按照正常需水位、最大供水调度线、设计供水调度线、最小供水调度线和死水位，将调度图划分为若干个供水区，形成初始调度图；

根据各供水对象的设计需水过程线确定其相应的用水需求；

判定跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域没有同步存在枯水现象后；或者判定跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域均存在枯水现象，但是跨流域调水水库自身存水满足本流域和跨流域各供水对象用水需求后，采用以下供水调度原则：针对最大供水调度线以上区域形成的供水区，采用历史数据中各个供水对象的最大需水量作为各个供水对象的供水流量；

针对最大供水调度线和设计供水调度线形成的供水区，采用设计需水过程线中各个供水对象的供水量作为各个供水对象的供水流量；

针对设计供水调度线和最小供水调度线形成的供水区，采用工程设定的各个供水对象的供水量作为各个供水对象的供水流量；

针对最小供水调度线和死水位形成的供水区，采用历史数据中各个供水对象的最小需水量作为各个供水对象的供水流量；

判定跨流域调水水库所在流域，以及其跨流域的供水对象所在的流域均存在枯水现象，且跨流域调水水库自身存水无法满足本流域和跨流域各供水对象用水需求后，采用以下供水调度原则：针对最大供水调度线以上区域形成的供水区，采用跨流域调水水库来水丰水典型年份的最大需水量作为该供水区针对本流域供水对象的供水流量，采用各个跨流域供水对象历史最大缺水年所需水量作为相应的跨流域供水对象的供水流量；

针对最大供水调度线和设计供水调度线形成的供水区，采用设计需水过程线中各个供水对象的供水量作为该供水区内各个供水对象的供水流量；

针对设计供水调度线和最小供水调度线形成的供水区，采用工程设定的各个供水对象的供水量作为该供水区内各个供水对象的供水流量；

针对最小供水调度线和死水位形成的供水区，采用跨流域调水水库来水枯水典型年份的最小需求量作为该供水区针对本流域供水对象的供水流量，采用各个跨流域供水对象历史最小缺水年所需水量作为相应的跨流域供水对象的供水流量；

针对上述所有供水区，按照统一降低幅度L同步降低所有供水对象的供水流量，其中：；

其中， 为跨流域调水水库入库来水频率， 为本流域第i个供水对象的需水频率，I为本流域供水对象总数， 为跨流域第j个供水对象的需水频率，J为跨流域供水对象总数；

按照供水调度原则，对初始调度图进行长系列径流调节计算，得到每个供水对象的长系列的供水过程；

基于每个供水对象的长系列的供水过程和设计需水过程线，判断是否满足以下条件：每个供水对象的时段供水流量大于等于时段设计需水，且本流域的所有供水对象的平均年供水量等于设计年供水量，且跨流域的所有供水对象的平均年供水量等于设计年供水量；

在初始调度图上修正不满足上述条件的供水对象的供水调度线和供水量，形成新的调度图并重新计算各供水对象的长系列的供水过程；

循环执行条件判断和调度图修正过程，直到所有的供水对象均满足上述条件。

2.根据权利要求1所述的大型跨流域调水水库的多目标调度方法，其特征在于：当当前的跨流域调水水库的来水频率、本流域的需水频率和跨流域的需水频率均大于阈值Pboth时，则判定跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域存在异步同枯现象。

3.根据权利要求1所述的大型跨流域调水水库的多目标调度方法，其特征在于：在初始调度图上修正不满足条件的供水对象的供水数据时，采用不同的调整幅度修正供水调度线位置和供水量，从而得到若干个不同的修正方案；针对所述修正方案进行比选，将最优的修正方案形成的调度图作为最终调度图。

4.根据权利要求1所述的大型跨流域调水水库的多目标调度方法，其特征在于：所述长系列径流调节计算过程的约束条件包括：；

其中，Vt、Vt+1分别为待调度的跨流域调水水库在t时段的初、末库容，It、Qt分别表示待调度的跨流域调水水库在第t时段平均入、出库流量；

;

其中，Zt为待调度的跨流域调水水库在时段t的坝前水位， 为时段t初上游水位的最大、最小值；

；

其中，Qt为待调度的跨流域调水水库在第t时段内的下泄流量， 为待调度的跨流域调水水库在第t时段内的下泄流量其流量最大、最小值；

;

其中， 、 分别表示本流域、跨流域

输水渠道最大过流能力； 为本流域第i个供水对象时段供水流量， 为跨流域第j个供水对象时段供水流量；

；

其中，ht是待调度的跨流域调水水库的水电站在第t时段内水头， 、 为待调度的跨流域调水水库水电站允许的水头上、下限；

其中，Pt为待调度的跨流域调水水库的水电站i在t时段平均出力， 、 为待调度的跨流域调水水库的水电站出力最大、最小值。

5.根据权利要求1所述的大型跨流域调水水库的多目标调度方法，其特征在于：推求跨流域调水水库的最大供水调度线的过程包括：分别按照各个供水对象的历史数据中最大需水量与其设计需水过程线对应的需水量的比例，对应修正各个供水对象的设计需水过程线；

基于拟定的供水期末跨流域调水水库的供水水位、修正后的设计需水过程线和作为入库径流的长系列设计径流，逆时序推求得到最大供水调度线。

6.根据权利要求1所述的大型跨流域调水水库的多目标调度方法，其特征在于：推求跨流域调水水库的设计供水调度线的过程包括：分别按照各个供水对象的设定的工程设计需求水量与其设计需水过程线对应的需水量的比例，对应修正各个供水对象的设计需水过程线；

基于拟定的供水期末跨流域调水水库的供水水位、修正后的设计需水过程线和作为入库径流的长系列设计径流，逆时序推求得到设计供水调度线。

7.根据权利要求1所述的大型跨流域调水水库的多目标调度方法，其特征在于：推求跨流域调水水库的最小供水调度线的过程包括：分别按照各个供水对象的历史数据中最小需水量与其设计需水过程线对应的需水量的比例，对应修正各个供水对象的设计需水过程线；

基于拟定的供水期末跨流域调水水库的供水水位、修正后的设计需水过程线和作为入库径流的长系列设计径流，逆时序推求得到最小供水调度线。

8.一种大型跨流域调水水库的多目标调度系统，其特征在于：用于实现权利要求1‑7任一项所述的大型跨流域调水水库的多目标调度方法。

说明书

大型跨流域调水水库的多目标调度方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于水库调度技术领域，具体涉及一种大型跨流域调水水库的多目标调度方法及系统。

背景技术

[0002] 跨流域调水是通过大规模的人工方法从余水的流域向缺水流域大量调水，以便促进缺水区域的经济发展和缓解流域用水矛盾。跨流域调水工程通过改变流域间水资源时空分布特性，对流域水资源进行重新配置，有效缓解水资源短缺地区生产生活的供需水矛盾，改善受水地区生态环境。跨流域调水在有着悠久的历史，水资源与土地、人口以及社会经济中心的分布极不协调的地区，水源区与用水中心区通常存在一定距离，通过跨流域调水可实现区域间水资源量丰枯互济。

[0003] 但是现有技术中跨流域调水仍然沿用单一流域一般性水库供水调度方法。随着调水工程的频繁修建，上游来水明显减少，河网水文特性变化差异较大，导致大型跨流域调水水库的特性参数与规划设计差异较大。跨流域调水工程的建成和投运在有效缓解水资源短缺地区供需水矛盾的同时，也改变了水源区供水水库原有的运行环境。作为跨流域调水工程的供水水源，跨流域供水水库还承担着本流域的防洪、供水、发电、生态等综合开发利用任务，因此，跨流域供水水库的调度问题是考虑多目标协同的供水方式问题。一方面，调水工程的实施减少了水库可用水量，导致跨流域供水水库的特征参数与规划设计差异较大，主要运行调度任务面临重新规划和调整；另一方面，跨流域调水带来的流域水资源重新分配也引起地区生产、生活、生态环境变化，跨流域调水与本流域利用，供水与发电、环境等兴利目标间的制约与冲突关系日益加剧。

[0004] 跨流域调水水库影响范围涉及水源区和受水区，水文情势的多地性和异步性，供水区域、对象的复杂性，显著区别于单一流域一般性水库供水调度问题。大型跨流域调水水库调度具有跨区域、变尺度、多目标、强约束的属性，对于同时承担本流域供水和跨流域供水任务的跨流域调水水库，受不同流域地区水文情势、丰枯遭遇的影响，存在跨流域调水水库所在流域，以及其跨流域的供水对象所在的流域均存在枯水的特殊现象，若仍按现有技术中正常运行供水调度调度运行，可能出现面临时段本流域、跨流域供水破坏。

[0005] 因此，迫切需要开展大型跨流域调水水库在跨流域调水工程运行后综合利用调度方式，对缓解日益突出的流域外调水与流域内用水矛盾，及大型跨流域调水水库防洪、供水、发电等综合效益的发挥具有十分重要的理论现实意义。

发明内容

[0006] 本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种大型跨流域调水水库的多目标调度方法及系统，为大型跨流域调水水库多目标调度提供全周期解决方案，保证调度方案的合理性。

[0007] 本发明采用的技术方案是：一种大型跨流域调水水库的多目标调度方法，包括以下步骤：

[0008] 依据当前的跨流域调水水库的来水频率、本流域的蓄水频率和跨流域的需水频率，判断跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域是否存在异步同枯现象；所述异步同枯现象是指跨流域调水水库所在流域，以及其跨流域的供水对象所在的流域均存在枯水现象；

[0009] 基于本流域和跨流域的供水对象的供水水量的历史数据，预测本流域和跨流域供水对象的时段设计需水的未来趋势，进而绘制针对本流域和跨流域所有供水对象的设计需水过程线；

[0010] 基于设计需水过程线进行逆时序的径流调节计算，推求得到各供水对象的供水调度线，以形成调度图；所述供水调度线包括：最大供水调度线、设计供水调度线和最小供水调度线；

[0011] 按照正常蓄水位、最大供水调度线、设计供水调度线、最小供水调度线和死水位，将调度图划分为若干个供水区，形成初始调度图；

[0012] 根据各供水对象的设计需水过程线确定其相应的用水需求；基于跨流域是否存在异步同枯现象，以及跨流域调水水库的当前水位及其供水对象的用水需求，针对每个供水区拟定相应的供水调度原则；

[0013] 按照供水调度原则，对初始调度图进行长系列径流调节计算，得到每个供水对象的长系列的供水过程；

[0014] 基于每个供水对象的长系列的供水过程和设计需水过程线，判断是否满足以下条件：每个供水对象的时段供水流量大于等于时段设计需水，且本流域的所有供水对象的平均年供水水量等于设计年供水水量，且跨流域的所有供水对象的平均年供水水量等于设计年供水水量；在初始调度图上修正不满足上述条件的供水对象的供水调度线和供水量，形成新的调度图并重新计算各供水对象的长系列的供水过程；

[0015] 循环执行条件判断和调度图修正过程，直到所有的供水对象均满足上述条件。

[0016] 本发明的有益效果是：

[0017] 跨流域调水水库既是跨流域调水工程的水源工程，也是本流域不同供水对象的供水水源，影响范围涉及水源区和受水区，水文情势上的多地性和异步性决定了跨流域调水水库所面临供水情势的极端复杂性。为解决大型跨流域调水水库面向多区域、多对象的供水问题，本发明首次建立了以入库来水、本流域供水和跨流域调水为变量的多因素驱动下供水情势分析方法，揭示了三者之间的相关性特征，以多变量频率组合特性为基础，建立了以“水库来水—本流域供水—跨流域调水”为决策变量集合的供水情势指标体系，量化了水源区与受水区不同丰枯遭遇组合的评价准则，为跨流域调水水库的供水调度方式和方案决策优选提供了理论依据和数据支撑。

[0018] 大型跨流域调水水库面临跨区域、多对象、多用户的复杂供水调度难题，大型跨流域调水水库的年调节或多年调节能力仍然显得无能为力，为提高水库对不同供水对象的满足程度、实现有限调节库容使用效率的最大化，发明了基于大型跨流域调水水库多目标调度方法，该技术以供水缺额最小、供水水量尽可能多和水库综合利用需求为目标集合，通过预报径流的丰、枯差异动态调整水库供水水量在不同区域、对象、周期下的分配方式，显著提高水库供水效益并降低了枯水年供水破坏深度，实现了水资源优化利用目标。

[0019] 进一步地，本发明提出了跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域是否存在异步同枯现象的判定条件，保证调度结果能够有效满足供水对象的需求，实现了调度方式的统一化，保证了调度结果的精确度。

[0020] 进一步地，通过比选采用最优的修正方案作为最终调度图，使得调度方案不仅满足供水对象的供水需求的同时，能够最大程度的产生相关的经济效益。

[0021] 进一步地，本发明通过设定长系列径流调节计算过程的约束条件，充分考虑跨流域计算的特殊性，保证最终生成的调度方案能够满足跨流域调水水库其他的需求和安全性。

[0022] 进一步地，本发明针对是否存在异步同枯现象和水库自身存水是否满足用水需求的不同情况提出了不同的供水调度原则，使得调度方案能够更加适应跨流域各个供水对象的实际需求。

[0023] 进一步地，本发明提出了关于最大供水调度线、设计供水调度线和最小供水调度线的推求方法，进一步保证了调度线的推求精度，从而保证最终得到的调度图有效满足各供水对象的实际需求。

附图说明

[0024] 图1为本发明的方法流程示意图；

[0025] 图2为具体实施例中X江中下游补偿下泄典型过程；

[0026] 图3为具体实施例中XX沟灌区引水典型过程；

[0027] 图4为具体实施例中X岔渠首枢纽引水典型过程；

[0028] 图5为具体实施例中初始调度图；

[0029] 图6为具体实施例中方案五最终采用的调度图；

[0030] 图7为具体实施例中XX口水利枢纽供水调度图方案比选层次结构图；

[0031] 图8为具体实施例中XX口补偿X江中下游下泄水量对比；

[0032] 图9为具体实施例中方案五的XX沟调水量对比；

[0033] 图10为具体实施例中方案五的X岔调水量对比；

[0034] 图11为具体实施例中方案五的弃水量对比；

[0035] 图12为具体实施例中方案五的发电量对比。

具体实施方式

[0036] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

[0037] 如图1所示，本发明提供了一种大型跨流域调水水库的多目标调度方法，包括以下步骤：

[0038] S1，依据“水库来水—本流域供水—跨流域调水”的供水情势指标体系，判断大型跨流域调水水库面向多区域、多对象的供水情势；即依据当前的跨流域调水水库的来水频率、本流域的蓄水频率和跨流域的需水频率，判断跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域是否存在异步同枯现象；

[0039] S2，基于本流域和跨流域的供水对象的供水水量的历史数据，预测本流域和跨流域供水对象的时段设计需水的未来趋势，进而绘制针对本流域和跨流域所有供水对象的设计需水过程线；

[0040] S3，基于设计需水过程线进行逆时序的径流调节计算，推求得到各供水对象的供水调度线，以形成调度图；所述供水调度线包括：最大供水调度线、设计供水调度线和最小供水调度线；将调度图按照正常蓄水位、最大供水调度线、设计供水调度线、最小供水调度线和死水位划分为若干个供水区，形成初始调度图；

[0041] S4，根据各供水对象的设计需水过程线确定其相应的用水需求；基于跨流域是否存在异步同枯现象，以及跨流域调水水库的当前水位及其供水对象的用水需求，针对每个供水区拟定相应的供水调度原则；

[0042] S5，按照供水调度原则，对初始调度图进行长系列径流调节计算，得到每个供水对象的长系列的供水过程；

[0043] S6，基于每个供水对象的长系列的供水过程和设计需水过程线，判断是否满足以下条件：每个供水对象的时段供水流量大于等于时段设计需水，且本流域的所有供水对象的平均年供水水量等于设计年供水水量，且跨流域的所有供水对象的平均年供水水量等于设计年供水水量；

[0044] S7，在初始调度图上修正不满足上述条件的供水对象的供水调度线和供水量，形成新的调度图并重新计算各供水对象的长系列的供水过程；

[0045] S8，循环步骤S6‑S7，直到所有的供水对象均满足上述条件。

[0046] 具体地，还包括步骤S9：在初始调度图上修正不满足条件的供水对象的供水数据时，采用不同的调整幅度修正供水调度线位置和供水量，从而得到若干个不同的修正方案；针对所述修正方案进行比选，将最优的修正方案形成的调度图作为最终调度图。

[0047] 优选地，本发明综合不同修正方案形成的调度图，对供水量、水量利用率、弃水量、多年平均发电量及调度灵活度等方面的对比分析成果，采用已被广泛应用于水电能源系统决策的层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)对各调度图方案进行决策优选。

[0048] 具体地，步骤S1中，基于跨流域调水水库及其供水对象所在区域的预报气象水文情况，以及跨流域调水水库及其供水对象的当前水位，依据“水库来水—本流域供水—跨流域调水”的供水情势指标体系，判断跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域是否同步存在枯水现象。当当前的跨流域调水水库的来水频率、本流域的需水频率和跨流域的需水频率均大于阈值Pboth时，则判定跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域存在异步同枯现象。本具体实施例中阈值Pboth设定为50％。

[0049] 具体地，步骤S2中，采用已被广泛应用的灰色系统预测方法，对本流域和跨流域的供水对象的长系列逐旬需水过程进行提炼和分析，预测本流域和跨流域供水对象的时段设计需水的未来趋势，进而绘制针对本流域和跨流域所有供水对象的设计需水过程线，为后续供水调度线的推求提供典型需水依据。

[0050] 灰色系统预测方法是通过鉴别系统因素之间发展趋势的相似或相异程度，即进行关联度分析，并通过对原始数据的生成处理来寻求系统变动的规律。灰色系统预测方法生成数据序列有较强的规律性，可以用它来建立相应的微分方程模型，从而预测事物未来的发展趋势和未来状态，因此被广泛应用于城市生活需水、农业需水、区域性需水预测等方面。

[0051] 将GM(1，1)灰色系统预测模型用于预测本流域第i供水对象时段设计需水和跨流域第j供水对象时段设计需水 下文中将 和统一描述为D。形成需水过程线D的数学描述如下所示：

[0052] 令D(0)为GM(1，1)建模序列，

[0053] D(0)＝(d(0)(1)，(d(0)(2)…(d(0)(n)；

[0054] D(1)为X(0)的1‑AGO序列，

[0055] D(1)＝(d(1)(1)，d(1)(2)，…d(1)(n))；

[0056] 1‑AGO指一次累加生成。上标“0”表示原始序列，上标“1”表示一次累加生成序列。d()表示需求流量，形成序列以后就是矩阵D，k表示时间序号；

[0057] 其中，

[0058] d(1)(k)＝d(1)(k‑1)+d(0)(k)；

[0059] 令Z(1)为D(1)的紧邻均值(MEAN)生成序列：

[0060] Z(1)＝(z(1)，(2)，z(1)(3)，...，z(1)(n))；

[0061] Z(1)(k)＝0.5d(1)(k)+0.5×d(1)(k‑1)；

[0062] 则GM(1，1)预测需水过程线D的灰微分方程模型为：

[0063] d(0)(k)+az(1)(k)＝b；

[0064] 式中a称为发展系数，b为灰色作用量。

[0065] 设 为待估参数向量，即 则灰微分方程的最小二乘估计参数列满足[0066]

[0067] 其中

[0068](0) (1)

[0069] 为灰色微分方程d (k)+az (k)＝b的白化方程，也叫影子方程。

[0070] 取d(0)(0)＝d(0)(1)，GM(1,1)灰色微分方程d(0)(k)+az(1)(k)＝b的时间响应序列为：

[0071]

[0072] 还原值：

[0073]

[0074] 上式即为某一供水对象需水过程线D的预测方程。

[0075] 具体地，步骤S3中，以长系列设计水文系列入库径流作为推求基本调度图的入库径流系列。分别采用设计需水过程线中年最大需水量和年最小需水量，按特征年需水水量与典型需水过程水量的比例同倍比放大或缩小，生成年最大供水量、设计供水量、最小供水量三组典型需水过程。所述特征年需水水量为经由历史数据统计分析得到。

[0076] 结合上述入库径流系列和典型需水过程，拟定供水期末水库供水水位，以旬为时段进行逆时序的径流调节计算，据此分别推求最大供水调度线、设计供水调度线、最小供水调度线。所述典型需水过程通过需水过程线D求积分得到，即为下文所述的设计需水过程线对应的需水水量。

[0077] 优选地，推求跨流域调水水库的最大供水调度线的过程包括：

[0078] 分别按照各个供水对象的历史数据中最大需水水量与其设计需水过程线对应的需水水量的比例，对应修正各个供水对象的设计需水过程线；

[0079] 基于拟定的供水期末跨流域调水水库的供水水位、修正后的设计需水过程线和作为入库径流的长系列设计径流，逆时序推求得到最大供水调度线。

[0080] 优选地，推求跨流域调水水库的设计供水调度线的过程包括：

[0081] 分别按照各个供水对象的设定的工程设计需求水量与其设计需水过程线对应的需水水量的比例，对应修正各个供水对象的设计需水过程线基于拟定的供水期末跨流域调水水库的供水水位、修正后的设计需水过程线和作为入库径流的长系列设计径流，逆时序推求得到设计供水调度线。

[0082] 优选地，推求跨流域调水水库的最小供水调度线的过程包括：

[0083] 分别按照各个供水对象的历史数据中最小需水水量与其设计需水过程线对应的需水水量的比例，对应修正各个供水对象的设计需水过程线；

[0084] 基于拟定的供水期末跨流域调水水库的供水水位、修正后的设计需水过程线和作为入库径流的长系列设计径流，逆时序推求得到最小供水调度线。

[0085] 优选地，步骤S3中，将调度图按照正常蓄水位、最大供水调度线、设计供水调度线、最小供水调度线和死水位划分为4个供水区：

[0086] 1)供水区1：

[0087] 供水区1为最大供水调度线以上区域。

[0088] 2)供水区2：

[0089] 供水区2为最大供水线与设计供水线之间区域。

[0090] 3)供水区3：

[0091] 供水区3为设计供水线与最小供水线之间区域。

[0092] 4)供水区4：

[0093] 供水区4为极限死水位与最小供水线之间区域。

[0094] 具体地，步骤S4中，当判定跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域没有同步存在枯水现象；或者判定跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域均存在枯水现象，但是跨流域调水水库自身存水满足本流域和跨流域各供水对象用水需求后，采用以下供水调度原则：

[0095] 针对最大供水调度线以上区域形成的供水区，采用历史数据中各个供水对象的最大需水量作为各个供水对象的供水流量；

[0096] 针对最大供水调度线和设计供水调度线形成的供水区，采用设计需水过程线中各个供水对象的供水水量作为各个供水对象的供水流量；

[0097] 针对设计供水调度线和最小供水调度线形成的供水区，采用工程设定的各个供水对象的供水水量作为各个供水对象的供水流量；

[0098] 针对最小供水调度线和死水位形成的供水区，采用历史数据中各个供水对象的最小需水量作为各个供水对象的供水流量。

[0099] 当判定跨流域调水水库所在流域，以及其跨流域的供水对象所在的流域均存在枯水现象，且跨流域调水水库自身存水无法满足本流域和跨流域各供水对象用水需求后采用以下供水调度原则：

[0100] 针对最大供水调度线以上区域形成的供水区，采用跨流域调水水库来水丰水典型年份的最大需水量作为该供水区针对本领域供水对象的供水流量，采用各个跨流域供水对象历史最大缺水年所需水量作为相应的跨流域供水对象的供水流量；

[0101] 针对最大供水调度线和设计供水调度线形成的供水区，采用设计需水过程线中各个供水对象的供水水量作为该供水区内各个供水对象的供水流量；

[0102] 针对设计供水调度线和最小供水调度线形成的供水区，采用工程设定的各个供水对象的供水水量作为该供水区内各个供水对象的供水流量；

[0103] 针对最小供水调度线和死水位形成的供水区，采用跨流域调水水库来水枯水典型年份的最小需求量作为该供水区针对本领域供水对象的供水流量，采用各个跨流域供水对象历史最小缺水年所需水量作为相应的跨流域供水对象的供水流量；

[0104] 针对上述所有供水区，将所有供水对象的供水流量在上述供水调度原则的基础上，结合来水频率和本流域、跨流域供水对象的需水频率，按照统一降低幅度L同步降低供水。

[0105]inflow
其中，ρ 为跨流域调水水库入库来水频率， 为本流域第i供水对象的
需水频率，I为本流域供水对象总数， 为跨流域第j供水对象的需水频率，J为跨流域供水对象总数。

[0106] 步骤S4中，通过每个供水对象的设计需水过程线，明确每个供水对象的用水需求。

[0107] 具体地，步骤S5中，所述长系列径流调节计算过程的约束条件包括：待调度的跨流域调水水库的水库水量平衡、水库蓄水位约束、水库下泄流量约束、本流域及跨流域输水渠道过流能力、水库电站水头约束和出力约束：

[0108] Vt+1＝Vt+(It‑Qt)×Δt；

[0109] 其中，Vt、Vt+1分别为待调度的跨流域调水水库在t时段的初、末库容，It、Qt分别表示待调度的跨流域调水水库在第t时段平均入、出库流量；

[0110]

[0111] 其中，Zt为待调度的跨流域调水水库在时段t的坝前水位， 为时段t初上游水位的最大、最小值；

[0112]

[0113] 其中，Qt为待调度的跨流域调水水库在第t时段内的下泄流量， 为待调度的跨流域调水水库在第t时段内的下泄流量其流量最大、最小值；

[0114]

[0115] 其中， 分别表示本流域、跨流域输水渠道最大过流能力； 为本流域第i个供水对象时段供水流量， 为跨流域第j个
供水对象时段供水流量；

[0116]

[0117] 其中，ht是待调度的跨流域调水水库的水电站在第t时段内水头， 为待调度的跨流域调水水库的水电站允许的水头上、下限；

[0118] Ptmin≤Pt≤Ptmax；

[0119] 其中，Pt为待调度的跨流域调水水库的水电站在t时段平均出力，Ptmax、Ptmin为待调度的跨流域调水水库的水电站出力最大、最小值。

[0120] 具体地，步骤S6中，判断条件可采用下式表达：

[0121]

[0122] 其中中

[0123]

[0124] 其中， 表示本流域第i个供水对象的长系列供水历时保证率， 表示跨流域供水中第j个供水对象的长系列供水历时保证率，以表达长系列供水过程满足本流域及跨流域设计供水过程的程度， 为本流域第i个供水对象时段供水
流量及时段设计需水， 为跨流域供水中第j个供水对象时段供水
in‑basin in‑basin
流量及时段设计需水。Δ 表示本流域所有供水对象的实际年供水水量之和ωin‑basin trans‑basin
与设计年需水水量之和W 的差值，△ 表示跨流域供水中所有供水对象的实际年供水水量之和与设计年需水水量之和的差值。

[0125] 由于本发明的目标函数在于所有供水对象的保证率最大，即所有供水对象对象的保证率达到百分之一百。故将判断条件设定为每个供水对象的时段供水流量大于等于时段设计需水，且本流域的所有供水对象的平均年供水水量等于设计年供水水量，且跨流域的所有供水对象的平均年供水水量等于设计年供水水量。

[0126] 具体地，步骤S7中，根据长系列计算成果，确定不满足判定条件的供水对象的供水调度线和供水量的供水破坏时段，分析供水破坏时段在调度图中的时间位置，以及供水破坏时段水库所处水位，从而找到须调整的调度线所在时段，以及调整方向。

[0127] 下面结合具体实施例，进一步说明本发明的原理：

[0128] 本具体实施例，依据XXX水利枢纽供水调度任务及原则的要求，结合实际调度运行的需求，在保障中线一期设计多年平均供水量的基础上，尽可能满足设计供水过程，从而构建XXX水利枢纽供水调度模型。

[0129] 第一步，根据X江中下游、XX沟、X岔设计需水过程，采用已被广泛应用的灰色系统预测理论对42年长系列逐旬需水过程进行提炼和分析，绘制三供水方向典型需水过程线，为后续供水调度线的推求提供典型需水依据。

[0130] 将X江中下游、XX沟、X岔设计需水过程作为灰色预测模型输入，分别以长系列逐旬需水流量作为样本，推求当旬典型需水流量。经灰色预测模型计算，三供水方向典型需水过程，如表1和图2‑图4所示。

[0131] 表1三供水方向典型需水过程单位：m3/s

[0132] 。

[0133] 第二步，绘制供水调度线。

[0134] 以设计水文系列入库径流作为推求基本调度图的入库径流系列。需水过程则分别采用需水过程中年最大需水量和年最小需水量，按特征年需水水量与典型需水过程水量的比例同倍比放大或缩小，生成年最大供水量、设计供水量、最小供水量三组典型需水过程。三个供水对象逐旬特征需水水量如表2所示。

[0135] 表2典型年需水水量设计单位：亿m3

[0136] 。

[0137] 结合上述入库来水和典型需水过程，拟定供水期末水库供水水位，以旬为时段进行逆时序的径流调节计算，据此分别推求最大供水调度线、设计供水调度线、最小供水调度线：

[0138] ①最大供水调度线：

[0139] 选取长系列设计径流作为调度线推求的入库径流，分别按照X江中下游、XX沟、X岔三供水方向的历史数据中的最大需水水量与典型需水过程水量的比例修正X江中下游、XX沟和X岔典型需水过程，得到最大需水过程，如表3所示。拟定供水期末水库供水水位，通过逆时序推求最大供水调度线。

[0140] 表3最大需水过程单位：m3/s

[0141] 。

[0142] ②设计供水调度线：

[0143] 选取长系列设计径流作为调度线推求的入库径流，按照XX一期工程设计需水水量与典型需水过程水量的比例修正X江中下游、XX沟和X岔典型需水过程，得到设计需水过程如表4所示。拟定供水期末水库供水水位，通过逆时序推求设计供水调度线。

[0144] 表4设计需水过程单位：m3/s

[0145] 。

[0146] ③最小供水调度线：

[0147] 选取长系列设计径流作为调度线推求的入库径流，分别按照X江中下游、XX沟、X岔三供水方向的最小需水水量与典型需水过程水量的比例修正X江中下游、XX沟和X岔典型需3
水过程，得到最小需水过程，如表5所示。其中，修正后的X江中下游需水过程低于490m /s
3 3
时，按490m/s供水，经调整后X江中下游实际最小需水量为156.89亿m。而后，拟定供水期末水库供水水位，通过逆时序推求最小供水调度线。

[0148] 表5最小需水过程单位：m3/s

[0149] 。

[0150] 第三步，拟定初始调度图各区调度规则，依据“水库来水—本流域供水—跨流域调水”的供水情势指标体系，判定本具体实施中跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域没有同步存在枯水现象。

[0151] 按照以下分区方式对各个供水区拟定：

[0152] 1)供水区1：

[0153] 供水区1为最大供水调度线以上区域。采用上述推求的最大需水过程作为该区域内三供水方向的供水流量；

[0154] 2)供水区2：

[0155] 供水区2为最大供水线与设计供水线之间区域，采用上述推求的设计需水过程作为该区域内三供水方向的供水流量；

[0156] 3)供水区3：

[0157] 供水区3为设计供水线与最小供水线之间区域，采用上述推求的设计需水过程作为该区域内三供水方向的供水流量；

[0158] 4)供水区4：

[0159] 供水区4为极限死水位与最小供水线之间区域，该区域内X江中下游、XX沟、X岔三供水方向分别按上述推求的最小需水过程进行供水。

[0160] 第四步，按照上述供水调度原则进行长系列径流调节计算，形成初始调度图，如图5所示。初始调度结果如表6所示：

[0161] 表6初始调度图调度结果

[0162] 。

[0163] 由于XX口水利枢纽供水调度还应兼顾其他综合效益的发挥，因此长系列径流调节计算需满足以下约束条件：

[0164] ①水量平衡：

[0165] Vt+1＝Vt+(It‑Qt)×Δt；

[0166] 其中，Vt、Vt+1分别为待调度的跨流域调水水库在t时段的初、末库容，It、Qt分别表示待调度的跨流域调水水库在第t时段平均入、出库流量；

[0167] ②蓄水位约束：

[0168]

[0169] 其中，Zt为待调度的跨流域调水水库在时段t的坝前水位， 为时段t初上游水位的最大、最小值。

[0170] ③下泄流量约束：

[0171]

[0172] 其中，Qt为待调度的跨流域调水水库在第t时段内的下泄流量， 为待调度的跨流域调水水库在第t时段内的下泄流量其流量最大、最小值，由电站综合利用需求、下游河道行洪、航运、大坝泄流能力等确定。

[0173] ④X岔渠首、XX沟枢纽过流能力：

[0174]

[0175] 其中， 别表示X岔渠首、XX沟枢纽最大过流能力，可通过X岔渠首、XX沟枢纽过流能力曲线查询。

[0176] ⑤水头约束：

[0177]

[0178] 其中，ht是待调度的跨流域调水水库的水电站在第t时段内水头， 为待调度的跨流域调水水库的水电站允许的水头上、下限。

[0179] ⑥出力约束：

[0180] Ptmin≤Pt≤Ptmax；

[0181] 其中，Pt为待调度的跨流域调水水库的水电站在t时段平均出力，Ptmax、Ptmin为待调度的跨流域调水水库的水电站出力最大、最小值，由机组动力特性、机组预想出力等综合确定。

[0182] 第五步，基于每个供水对象的长系列的供水过程和设计需水过程线，判断是否满足以下条件：

[0183]

[0184] 其中中

[0185]

[0186] 其中， 表示本流域第i个供水对象的长系列供水历时保证率，表示跨流域供水中第j个供水对象的长系列供水历时保证率，以表达长系列供水过程满足本流域及跨流域设计供水过程的程度， 为本流域第i个供水对象时段
供水流量及时段设计需水， 为跨流域供水中第j个供水对象时
in‑basin
段供水流量及时段设计需水。Δ 表示本流域所有供水对象的实际年供水水量之和in‑basin in‑basin trans‑basin
ω 与设计年需水水量之和W 的差值，△ 表示跨流域供水中所有供水对
象的实际年供水水量之和与设计年需水水量之和的差值。

[0187] 根据中线工程设计成果，XXX水利枢纽多年平均补偿X江中下游下泄水量及XX沟供3 3 3
水量合计168.5亿m，其中XX沟多年平均供水6.28亿m，X岔多年平均供水量94.93亿m。

[0188] 第六步，基于第五步的判断结果，对不满足判定条件的供水对象和时段进行统计。

[0189] 1)X江中下游：

[0190] X江中下游多年平均下泄水量为207.53亿m3，满足中线一期工程设计补偿下泄水3
量162.22亿m ，但由于供水调度时采用确定的流量供水，难以完全匹配同一时段不同设计水文年的需水要求，中下游补偿下泄历时保证率为74.95％。统计其供水破坏时段。

[0191] 2)XX沟：

[0192] XX沟灌区多年平均引水量为6.15亿m3，低于中线一期工程XX沟灌区设计引水量3
6.28亿m，XX沟历时保证率为51.02％。统计其供水破坏时段。

[0193] 3)X岔：

[0194] X岔渠首枢纽多年平均引水量88.55亿m3，低于中线一期工程X岔渠首枢纽设计引3
水量94.93亿m，历时保证率为42.50％。

[0195] 第七步，基于以上统计结果对初始调度图进行修正。统计其供水破坏时段。

[0196] 1)X江中下游供水修正：

[0197] 上述供水破坏时段分散且破坏深度不一，各供水区供水流量采用不同典型过程受到面临时段库水位影响，仍然无法完全满足长系列不同水文年需水水量要求，仅当供水流量大于设计需水流量时，可满足设计供水需求。由于多年平均引水量略大于设计需水水量，因此可不调整各供水区X江中下游供水水量。

[0198] 2)XX沟供水修正：

[0199] 由于本供水方案未考虑XX沟需水情况，依据面临时段时段处水库水位选取不同典型流量对XX沟灌区供水，但不同水文年在同一时段需水水量各有不同，仅当供水流量大于设计需水流量时，可满足设计供水需求。由于多年平均引水量小于设计需水水量，需调整各供水区XX沟供水水量。

[0200] 3)X岔供水修正：

[0201] X岔渠首枢纽各供水区供水流量采用不同典型过程，但其供水流量受到面临时段库水位影响，仍然无法完全满足长系列不同水文年需水水量，仅当供水流量大于设计需水流量时，可满足设计供水需求；当水库运行水位较低，X岔渠首按最大过流能力过流仍无法满足受水区需水，也会造成供水破坏。因此，由于多年平均引水量小于设计需水水量，需调整各供水区X岔的供水水量。

[0202] 第八步，采用第五步的判断条件对修正后调度图进行再次验证。

[0203] 由调度图推求原理可知，本具体实施例的各调度线代表三供水方向可保证供水水量控制，修正供水调度线将改变原有设计供水水量，因此未对调度线进行调整。

[0204] 由于本具体实施例以不同供水对象长系列设计供水过程为基础，采用灰色系统理论预测未来各受水区需水过程，因此调度图主要针对中线一期工程多年平均调水量进行修正，X江中下游各区供水流量按照原定方式调度，XX沟、X岔在供水区2～供水区4均按照设计供水水量对应需水流量供水。

[0205] 本具体实施例采用不同的幅度对供水水量进行了修正，从而形成了多种修正方案，每种修正方案均满足上述判断条件。

[0206] 其中一种修正方案的最终供水调度图如图6所示，各区供水流量调整后如表7所示。

[0207] 表7供水调度图分区供水流量单位：m3/s

[0208] 。

[0209] 经长系列调度计算，该方案的XX口水利枢纽供水调度成果见表8。

[0210] 表8XX口水库供水调度统计表

[0211] 。

[0212] 由表8可知，X江中下游多年平均下泄水量203.70亿m3，XX沟多年平均调水量6.983 3
亿m ，X岔渠首枢纽多年平均调水量95.24亿m3，来水95％年份供水量分别为155.55亿m 、
3 3 3 3
5.84亿m3、78.29亿m，来水75％年份供水量分别为177.88亿m、6.04亿m、83.32亿m。

[0213] 第九步，综合以上对供水量、水量利用率、弃水量、多年平均发电量及调度灵活度等方面的对比分析成果，采用已被广泛应用于水电能源系统决策的层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)对各调度图的修正方案进行决策优选。

[0214] 结合XX口水利枢纽供水调度图方案决策这一多准则决策问题，其层次结构图如图7所示，包括以下三层：

[0215] 最高层为目标层：调度图方案的选择；

[0216] 中间层为准则层：多年平均供水量、枯水年供水量、水量利用率、发电量、调度灵活度；最低层为方案层：方案层是为实现目标而供选择的各种措施，即为各个修正方案。

[0217] 然后，构造两两比较矩阵(判断矩阵)，对于同一层次的各因素关于上一层中某一准则(目标)的重要性进行两两比较，构造出两两比较的判断矩阵。根据层次结构图及XX口水利枢纽各方案调度结果，构造比较矩阵如表9‑表14：

[0218] 表9目标层比较矩阵

[0219]

[0220] 表10多年平均供水量准则比较矩阵

[0221] 供水水量 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五方案一 1.00 2.00 3.00 7.00 8.00
方案二 0.50 1.00 2.00 6.00 7.00
方案三 0.33 0.50 1.00 5.00 6.00
方案四 0.14 0.17 0.20 1.00 2.00
方案五 0.13 0.14 0.17 0.50 1.00

[0222] 表11枯水年供水量准则比较矩阵

[0223]供水保证率 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五
方案一 1.00 3.00 0.50 0.20 0.25
方案二 0.33 1.00 0.33 0.17 0.20
方案三 2.00 3.00 1.00 0.25 0.33
方案四 5.00 6.00 4.00 1.00 2.00
方案五 4.00 5.00 3.00 0.50 1.00

[0224] 表12水量利用率准则比较矩阵

[0225] 水量利用率 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五方案一 1.00 0.50 0.50 0.33 0.50
方案二 2.00 1.00 1.00 0.50 1.00
方案三 2.00 1.00 1.00 0.50 1.00
方案四 3.00 2.00 2.00 1.00 2.00
方案五 2.00 1.00 1.00 0.50 1.00

[0226] 表13发电量准则比较矩阵

[0227]发电量 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五
方案一 1.00 0.25 0.33 4.00 0.50
方案二 4.00 1.00 2.00 7.00 3.00
方案三 3.00 0.50 1.00 6.00 2.00
方案四 0.25 0.14 0.17 1.00 0.20
方案五 2.00 0.33 0.50 5.00 1.00

[0228] 表14调度灵活度准则比较矩阵

[0229]发电量 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五
方案一 1.00 1.00 1.00 0.33 0.33
方案二 1.00 1.00 1.00 0.33 0.33
方案三 1.00 1.00 1.00 0.33 0.33
方案四 3.00 3.00 3.00 1.00 1.00
方案五 3.00 3.00 3.00 1.00 1.00

[0230] 由比较矩阵计算被比较因素对每一准则的相对权重，并进行判断矩阵的一致性检验。采用特征根法确定上述比较矩阵的权重向量。

[0231] 据此计算，上述5个比较矩阵的特征向量和特征根，如表15所示：

[0232] 表15特征向量与特征根

[0233] 。

[0234] 对比较矩阵的一致性进行判断，主要考查以下指标：一致性指标、随机一致性指标和一致性比率指标。由此计算上述五个比较矩阵的一致性指标，如表16所示：

[0235] 表16一致性检验结果

[0236] 。

[0237] 由一致性检验结果可知，5个比较矩阵平均随机一致性指标均低于0.1，证明矩阵一致性检验合格。

[0238] 然后计算方案层对目标层的组合权重和组合一致性检验，并进行排序。给出XX口水利枢纽供水调度5个调度图方案的组合权重如表17所示：

[0239] 表17组合权重

[0240]方案 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五
组合权重 0.23 0.18 0.16 0.25 0.18
。

[0241] 经组合权重计算可知：综合比选五个方案调水量、水量利用率、发电量及调度灵活度等方面，结合不同供水调度图方案特点，在方案一～方案三中，方案一组合权重最高；在方案四、方案五中，以方案四组合权重最高。且两方案组合权重较为接近。

[0242] 通过对组合一致性进行检验，组合权重的一致性指标CI＝0.03，平均随机一致性指标RI＝1.12，组合权重一致性指标CR＝0.03<0.1，则整个层次的比较判断矩阵的一致性检验合格。

[0243] 将原设计中提出的可调水量方案，三供水方向的设计需水过程与本具体实施例推荐供水调度运行方案进行比较。结果如下：

[0244] (1)供水量分析：

[0245] 对比两调度图计算求得长系列供水量情况如下表18及图8、图9、图10所示。

[0246] 表18XX口水利枢纽多年平均供水量对比单位：亿m3

[0247] 。

[0248] 对比分析可调水量方案及方案五可知：方案五在X江中下游、X岔多年平均调水量上略低于可调水量方案，但75％、95％年份北调水量高于可调水量方案。本方案各供水调度区供水由典型供水水量控制，且北调水量增加后，X江中下游补偿下泄水量显著减少。

[0249] 对比分析设计需水过程及方案五可知：方案五中X岔多年平均供水量、75％、95％年份供水量均显著高于设计需水，X江中下游、XX沟多年平均供水量均高于设计需求，但遭遇75％、95％枯水年时，X江中下游、XX沟供水量显著低于设计需水过程。

[0250] (2)水量利用率比较：

[0251] 两方案水量利用率如表19所示，弃水量比较如图11所示：

[0252] 从上述图表可知，方案五水量利用率低于可调水量方案。可调水量方案多年平均弃水量54.85，而方案五弃水55.58，弃水量增加的主要原因在于方案五总供水量小于可调水量方案，从而水量利用率较低。

[0253] 表19水量利用率对比单位：％

[0254] 。

[0255] (3)发电量比较：

[0256] 可调水量方案与方案五逐年总发电量对比如图12所示。由图12可知，方案五多年平均发电量33.73亿kW·h，与可调水量方案33.78亿kW·h基本一致。

[0257] (4)实时调度与计划编制：

[0258] 方案五可在实际调度中可明确面临时段X江中下游、XX沟、X岔三供水方向的供水流量，便于实际调度中面临时段供水计划的调整；同时还可依据中长期径流预报快速编制XX口水利枢纽年度供水计划，在实际调度操作和供水计划编制两方面有显著的优点。

[0259] 所以本具体实施例中，最终选定方案五最为最终的调度图。

[0260] 如果在第三步，依据“水库来水—本流域供水—跨流域调水”的供水情势指标体系，判定本具体实施中跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域同步存在枯水现象，则按照以下分区方式对各个供水区拟定：

[0261] 1)供水区1：

[0262] 供水区1为最大供水调度线以上区域。采用上述推求的最大需水过程作为该区域内三供水方向的供水流量；

[0263] 2)供水区2：

[0264] 供水区2为最大供水线与设计供水线之间区域，采用上述推求的设计需水过程作为该区域内三供水方向的供水流量；

[0265] 3)供水区3：

[0266] 供水区3为设计供水线与最小供水线之间区域，采用上述推求的设计需水过程作为该区域内三供水方向的供水流量；

[0267] 4)供水区4：

[0268] 供水区4为极限死水位与最小供水线之间区域，该区域内X江中下游、XX沟、X岔三供水方向分别按上述推求的最小需水过程进行供水。

[0269] 结合来水频率和本流域、跨流域供水对象的需水频率，按照统一降低幅度L同步降低供水。

[0270] 其中，ρinflow为跨流域调水水库入库来水频率， 为本流域第i供水对象的需水频率，I为本流域供水对象总数，为跨流域第j供水对象的需水频率，J为跨流域供水对象总数。求得L＝20％。

[0271] 后续所执行第四步，按照上述供水调度原则进行长系列径流调节计算，形成初始调度图。初始调度结果如表20所示：

[0272] 表20初始调度图调度结果

[0273] 。

[0274] 根据第四步得到的初始调度图，继续执行第五步至第九步。结果表明，当判定某典型年中跨流域调水水库所在流域以及其跨流域的供水对象所在的流域存在同步枯水现象，结合来水频率和本流域、跨流域供水对象的需水频率，按照统一降低幅度同步降低供水，能有效避免极端供水破坏情况，各供水方向均能保证稳定的供水流量。

[0275] 本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。