跨流域水库群引水与供水联合优化调度研究

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1、大嫂大莩擴士芽位文跨流域水库群引水与供水联合优化调度研究学科专业一作者姓名■帮指导教师週直處—邀答辩日期博士学位论文跨流域水库群弓丨水与供水联合优化调度研究作者姓名：彭安帮学号：指导教师：周惠成教授学科、专业：水文学及水资源答辩日期年月太違理工大含大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处

2、，本人愿意承浐法律责任。大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：作者签名：曰期：吟年；月日导师签名：上日期：年多月么曰答辩委员会主席曰期年月从日大连理工大学博士学位论文摘要我国的水资源时空分布不均，与社会经济发展水平及战略布局不相匹配，水资源供需矛盾突出，仅靠挖掘本流域的水资源潜

3、力无法完全解决当地的水资源短缺问题，跨流域调水工程已成为水资源重新分配和缓解缺水地供需矛盾的重要途径。目前，针对跨流域水库群联合优化调度模型、求解方法的研究取得了一系列研究成果。然而，随着跨流域调水规模的不断扩大，水库群的拓扑结构也越来越复杂，调度规则形式与求解方法适应性方面出现了一系列新的问题。例如，如何解决大规模复杂水库群优化调度的“维数灾”问题，联合供水任务在成员水库间的供水分配问题和多受水水库的引水分配问题等。目前，针对跨流域水库群引水规则的研究较少，而引水规则制定时需要依据不同水库群的拓扑结构，同时需要不断完善规则以提高引水效率。此外，鉴于跨流域水库群调度规模扩大加剧

4、了调度问题求解的复杂性，对优化计算效率和求解精度也提出了越来越高的要求。随着计算机技术不断发展和多核并行计算平台日益多元化，多核并行计算逐渐成为提高水库群优化调度计算效率和求解精度的一个重要途径。因此，本文从调度模型和求解方法两个方面展幵研究，主要研究成果如下：首先介绍了研究区的区域概况和社会经济发展布局，识别研究区域水资源开发利用存在的问题，说明实施跨流域调水工程措施的必要性。然后，介绍了辽宁省东水西调北线工程—辽西北供水工程的特点，并对系统结构做出合理的概化，明确水库群调度目标及所需要的特征资料。最后，基于历史长系列的入流量过程，分析研究区域的用水和径流规律，为调度模型的资

5、料输入、调度规则的合理性分析等做基础的工程背景及数据准备。以辽西北供水工程为背景，根据跨流域水库群拓扑结构预设了相应的调度规则。①引（调）水与供水规则基本形式及其使用规则。其中，限制供水与引（调）水的启动标准分别为供水与引（调）水调度线，根据时段初蓄水量所处的调度区确定是否限制供水或引（调）水决策。此外，受水水库的引水决策是调水水库的调水决策和受水水库的引水决策的一个组合决策过程。②联合供水任务的供水规则，采用主控水库法来制定联合供水任务的供水决策，然后构建供水分配模型实现供水任务的分解。③构建引水分配模型实现多受水水库的初始引水量分配问题。实例结果分析表明了所制定规则的合理性

6、和有效性。为提高整个系统的供水和引水效益，确定供水量最大和引水量最小两个目标函数以及相应的约束条件，构建基于调度规则的跨流域水库群联合调度优化模型。采用模拟优化方法求解所制定的调度规则，其中，模拟模块嵌入优化模块以寻求联合调度图跨流域水库群弓丨水与供水联合优化调度研究中调度线的关键点位置和引水供水分配系数。实例结果也表明了模型的科学性与合理性以及模拟优化方法的实用性。针对跨流域水库群联合优化调度具有高维非线性和动态性的特点，提出一种改进微粒群算法，用于求解跨流域水库群引水与供水联合优化调度模型。该算法针对基本微粒群算法易陷入局部最优，并且进化后期收敛速度慢的缺陷，引入粒子交叉变

7、异遗传更新策略、模拟退火策略和反射边界策略，以增加种群的多样性并提高算法的进化速度和全局搜索能力。数值实验显示该算法适用于求解高维复杂问题，实例研究也表明该算法的收敛性能得到了改善，提高了整个系统的供水与引水效益，是一种求解大规模复杂水库群优化调度的实用方法。为进一步提高跨流域大规模复杂水库群优化调度的计算效率和求解精度，釆用并行算法进行联合调度模型的多核并行求解。该算法充分利用搜索速度快、天然并行性等特点，引入多种群思想保证种群的多样性，提高算法的全局收敛能力；釆用基于分治策略的框架实现将