金昌市水库群联合供水优化调度研究

硕士学位论文

摘要....................................................................................................................................I Abstract....................................................................................................................................II 第1章绪论 (1)

1.1研究背景及意义 (1)

1.2国内外研究成果综述 (1)

1.2.1国外研究成果 (2)

1.2.2国内研究成果 (3)

1.2.3水库优化调度发展趋势 (4)

1.3研究目标及内容 (5)

1.3.1研究目标 (5)

1.3.2研究内容 (5)

1.4技术路线 (6)

第2章基本资料与径流特性分析 (7)

2.1研究区概况 (7)

2.1.1地理自然 (7)

2.1.2水文气候 (8)

2.1.3水资源 (8)

2.1.4经济社会现状 (8)

2.2河流水系 (8)

2.3水库资料 (10)

2.3.1水库概况 (10)

2.3.2水库水位库容关系 (12)

2.3.3水库渗漏蒸发损失 (12)

2.4径流变化特性分析 (13)

2.4.1径流年内分配 (13)

2.4.2径流年际变化 (14)

2.4.3径流丰枯变化 (14)

2.5典型年选取及代表年径流分配 (17)

2.6水资源开发利用评价 (18)

2.6.1水资源开发利用现状 (18)

2.6.2水资源开发利用现状评价 (19)

2.6.3水资源开发利用存在的主要问题 (20)

金昌市水库群联合供水优化调度研究

2.7本章小结 (20)

第3章水库入库径流与供水片区需水预测分析 (21)

3.1河川径流趋势分析 (21)

3.1.1模比系数差积曲线分析 (21)

3.1.2Mann-Kendall非参数秩次检验分析 (22)

3.2水库入库径流趋势分析 (23)

3.3水库入库径流预测模型 (25)

3.3.1单一预测模型 (25)

3.3.2集成预测模型 (28)

3.4水库供水片区需水预测模型 (31)

3.4.1WEAP模型的建立 (31)

3.4.2WEAP模型的参数率定 (32)

3.4.3WEAP需水预测模型应用 (33)

3.5本章小结 (39)

第4章水库群联合供水优化调度研究 (40)

4.1金昌市水库群调度系统的界定 (40)

4.2水库群优化调度模型建立与求解 (41)

4.2.1优化调度模型建立 (41)

4.2.2模型求解 (43)

4.3水库群调度函数模拟仿真 (45)

4.4水库群联合供水调度研究 (45)

4.4.1现状年水库群供水调度分析 (45)

4.4.2水库群调度成果合理性分析 (48)

4.5预测年水库群优化调度方案研究 (50)

4.5.1水库群优化调度结果 (50)

4.5.2成员水库调度分析 (53)

4.5.3水库群供水方案研究 (57)

4.6水库调水过程线优化设计 (58)

4.7本章小结 (59)

第5章水库群联合供水调度方案评价 (60)

5.1水库群供水调度方案评价模型 (60)

5.1.1评价指标体系 (60)

5.1.2评价优选模型 (61)

5.1.3权重系数确定 (62)

5.2模型应用与方案评价 (63)

5.3水库供水量配置 (64)

5.4水资源保障与管理措施 (65)

5.5本章小结 (66)

总结与展望 (67)

1总结 (67)

2不足与展望 (68)

参考文献 (69)

致谢 (74)

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录 (75)

摘要

水资源是经济社会发展和生态保护的控制性要素。随着经济社会的快速发展，水资源约束趋紧，水资源短缺成为建立水生态文明和发展区域社会经济的“瓶颈”。水库群联合调度是一项系统工程，对提高区域用水效率和供水保障能力，合理配置水资源，实现水资源的可持续开发利用具有重要意义。

本文根据石羊河流域金昌市的来水和用水实际情况，以水资源系统工程作为指导理论，运用水文学原理、人工智能算法、模糊优选理论等，对金昌市境内西大河水库、皇城滩水库和金川峡水库的联合供水优化调度问题进行研究。本文的研究内容和成果如下：

（1）径流特性和来水规律分析。通过径流模比系数差积曲线、Mann-Kendall 非参数秩次相关性检验等统计方法分析，径流整体上呈不显著递减变化，年际振荡比较明显，时间尺度上不存在突变点。采用P-Ⅲ型水文频率曲线分析，设计平水年（P=50%）西大河、东大河和金川河的流量分别是4.99m3/s、9.54m3/s和4.34m3/s。

（2）水库入库径流预测。采用自回归滑动平均模型（ARMA）、人工神经网络模型（BP-ANN）和支持向量机（LIB-SVM）等方法建立了水库入库径流集成预测模型。集成模型将各个单一模型的优势互补，具有较好的预报精度和可靠性。

（3）水库供水片区需水量分析。采用WEAP模型设定了三种水资源管理预案，分析得出2020年金昌市预案Ⅰ～Ⅲ的需水量分别是6.76亿m3、6.81亿m3和6.72亿m3；2030年需水量分别是7.12亿m3、6.63亿m3和7.23亿m3。

（4）水库群联合供水优化调度研究。以水库相对缺水率最小和供水综合效益最大作为优化目标，构建水库群联合供水优化调度模型。基于3种需水情形预案，采用多目标遗传算法求取调度模型的Pareto解，并通过“优化-模拟-仿真”方法得到不同的水库群调度函数与供水方案。2020年预案Ⅰ～Ⅲ水库总供水量分别为5.28亿m3、5.32亿m3和6.10亿m3；2030年预案Ⅰ～Ⅲ的总供水量分别为5.18亿m3、5.31亿m3和5.98亿m3，优化结果在供水总量和年内分配上均具有明显优势。

（5）水库群调度方案评价。采用模糊优选理论和系统层次分析法得到最优方案的供水可持续发展程度是0.775，即开源节流，调整产业结构，促进水权交易流转，强化水生态文明建设是金昌市水资源科学管理的有效措施。

关键词：水库群；供水调度；优化模拟；方案优选；金昌市