李瑩瑩 陳子豪 楊建順 唐娜 董國濤

摘 要：黑河流域水資源開發(fā)利用所帶來的生態(tài)環(huán)境問題由來已久，隨著流域經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)灌溉用水和綠洲生態(tài)用水矛盾日益突出，位于黑河干流上游的黃藏寺水利樞紐工程建成運(yùn)行后，將控制黑河上游來水總量的65%～84%，處于黑河水資源工程管理體系的核心位置。為充分發(fā)揮黃藏寺水利樞紐在黑河水資源配置中的重要作用，在調(diào)查收集黑河干流水文、氣象、中下游用水規(guī)律、河道輸水效率、黃藏寺水利樞紐和下游梯級電站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立了優(yōu)化調(diào)度模型，采用多目標(biāo)遺傳算法求解模型，制定滿意度考核標(biāo)準(zhǔn)，確定水庫調(diào)度運(yùn)行方案。研究結(jié)果表明，該模型可有效提高黑河水資源調(diào)度的科學(xué)性和公平性，具有較高的可操作性和靈活性，可為黃藏寺水利樞紐調(diào)度運(yùn)行提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：黃藏寺水利樞紐;優(yōu)化調(diào)度;遺傳算法;黑河

中圖分類號：TV697

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.11.027

引用格式：李瑩瑩，陳子豪，楊建順，等.黑河黃藏寺水利樞紐優(yōu)化調(diào)度研究[J].人民黃河，2021，43（11）：140-146.

Study on Optimal Operation of Heihe Huangzangsi Water Control Project

LI Yingying1， CHEN Zihao ?YANG Jianshun1， TANG Na ?DONG Guotao4

（1.Heihe Huangzangsi Water Control Project Construction & Management Bureau， Lanzhou 730030， China;

2.Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou 730070， China; 3.Heihe Water Bureau， Lanzhou 730030， China;

4.Heihe Water Resources and Ecological Protection Research Center， Lanzhou 730030， China）

Abstract： The development and utilization of water resources in HeiheRiver basin have brought about ecological and environmental problems for a long time. With the continuous development of the basin economy and society， contradictions between agricultural irrigation water and ecological water oasis are increasing. After the completion and operation of the Huangzangsi Water Control Project， which is located on the upstream of Heihe River， it will control 65%-84% of the total inflow from the upstream of the river and will be in the core of Heihe River water resources project management system. In order to give full play to the Huangzangsi Water Control Project the important role of water allocation in the Heihe River， based on the investigation and collection of hydrology and meteorology of the main river， water use law and water conveyance efficiency in the middle and lower reaches， the design standard of the project and cascade hydropower stations on the lower reaches， it established an optimal scheduling model， formulated the satisfactory solution assessment standard and determined the reservoir operation scheme by using multi-objective genetic algorithm model. The results show that the model can effectively improve the scientificity and fairness of Heihe water resources dispatching and has higher operability and flexibility， which can provide theoretical support for the dispatching operation of Huangzangsi Water Control Project.

Key words： Huangzangsi Water Control Project; optimal scheduling; genetic algorithm; Heihe River

黑河發(fā)源于青海省祁連山脈，流經(jīng)青海、甘肅、內(nèi)蒙古三?。▍^(qū)），隨著黑河流域經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，中游農(nóng)業(yè)灌溉用水與下游綠洲生態(tài)用水矛盾日益突出。2000年黑河干流中游采取“全線閉口、集中下泄”的水量調(diào)度措施以來，有效緩解了下游生態(tài)環(huán)境的惡化。但是，黑河上游缺乏控制性調(diào)蓄工程，生態(tài)供水期與中游農(nóng)業(yè)灌溉用水期重疊，水資源管理與調(diào)度仍面臨極大挑戰(zhàn)[1]。黑河上游正在興建的黃藏寺水利樞紐工程（黃藏寺水庫）建成后，將控制黑河上游來水量的65%～84%，處于黑河水資源工程管理體系的核心位置。黃藏寺水庫科學(xué)調(diào)度可有效改善黑河上游來水過程，保證下游生態(tài)關(guān)鍵期用水，減少中游灌區(qū)閉口時間，既能緩解中下游用水矛盾又能提升水庫和下游梯級電站發(fā)電效益。

我國水庫優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域研究成果頗豐，多以保證經(jīng)濟(jì)社會和生態(tài)環(huán)境用水、增加水庫發(fā)電效益、降低水庫棄水風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)建立優(yōu)化調(diào)度模型[2-6]，根據(jù)模型特點(diǎn)采用不同的優(yōu)化算法求解目標(biāo)函數(shù)，主要采用動態(tài)規(guī)劃法[2-4]和遺傳算法[5-6]。目前，有關(guān)黃藏寺水庫優(yōu)化調(diào)度的研究較少，不足以支撐水庫實(shí)際調(diào)度運(yùn)行管理。趙夢龍[7]以灌溉用水、生態(tài)需水和發(fā)電量為目標(biāo)構(gòu)建了黑河干流梯級電站多目標(biāo)調(diào)度模型，分析了黃藏寺水庫出庫流量與下游梯級電站出力的關(guān)系等。李凱等[8]根據(jù)黑河中下游水量調(diào)度實(shí)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建了下游河道輸水效率模型等。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以黃藏寺水庫優(yōu)化調(diào)度為研究重點(diǎn)，建立以提高黑河下游河道輸水效率、保障中游農(nóng)業(yè)灌溉和下游綠洲生態(tài)用水、減少中游灌區(qū)閉口時間、提升黃藏寺水庫和下游梯級電站發(fā)電效益為目標(biāo)的優(yōu)化調(diào)度模型，采用遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）求解模型，建立滿意度考核標(biāo)準(zhǔn)，分析比較不同考核標(biāo)準(zhǔn)下的調(diào)度模式，以期為黃藏寺水庫調(diào)度運(yùn)行管理提供理論參考。

1 流域概況

黃藏寺水庫位于黑河干流上游，距青海省祁連縣城約19 km，壩址上游河道分為東西兩岔，西岔為黑河干流（野牛溝），設(shè)有札馬什克水文站，東岔為八寶河，設(shè)有祁連水文站，壩址距離東西兩岔交匯處11 km。黑河干流經(jīng)黃藏寺壩址后進(jìn)入黑河大峽谷，流經(jīng)7座梯級電站，峽谷出口為鶯落峽，鶯落峽以上為黑河上游。鶯落峽至正義峽為黑河中游，全長204 km，該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會用水主要來源于黑河干流、區(qū)間支流和地下水，黑河干流主要補(bǔ)給甘肅省張掖市、臨澤縣和高臺縣農(nóng)業(yè)灌溉用水。正義峽以下為黑河下游，全長411 km，該區(qū)域氣候極為干燥，是戈壁、沙漠邊緣區(qū)，黑河干流主要補(bǔ)給綠洲生態(tài)用水。黑河干流主要節(jié)點(diǎn)概況[1]見圖1。

2 數(shù)據(jù)及其特征分析

2.1 壩址徑流量

本文采用黃藏寺水庫初步設(shè)計(jì)成果，包括鶯落峽、札馬什克和祁連水文站1967—2017年連續(xù)51 a實(shí)測流量資料。札馬什克、祁連水文站的測流斷面距黃藏寺水庫壩址約30 km，區(qū)間屬高寒山區(qū)，水面蒸發(fā)、河道滲漏和引用水量很小，洪水傳播時間約1.5 h，區(qū)內(nèi)雖有支流匯入，但匯入水量小，對徑流量影響不明顯，兩站實(shí)測徑流量數(shù)據(jù)組成黃藏寺水庫壩址徑流量。

2.2 入庫徑流量與區(qū)間補(bǔ)水

1997年國務(wù)院批準(zhǔn)的《黑河干流水量分配方案》（簡稱“97方案”）基于黑河干流鶯落峽斷面年徑流量（起訖時間為每年的12月至次年11月）分配中下游用水總量（見圖2），圖2中點(diǎn)1～點(diǎn)5分別對應(yīng)鶯落峽來水保證率為90%、75%、50%、25%和10%時正義峽下泄水量（分配下游用水總量）。經(jīng)計(jì)算分析可知，中游分配水量變化幅度較小，基本維持在5.8億～6.6億m 枯水期略高于豐水期，這主要與豐水期中游各支流來水量增加有關(guān)[9];分配下游水量受上游來水變化影響較大，維持在6.3億～13.2億m 豐水期分配水量顯著高于枯水期。

黃藏寺水庫建成運(yùn)行后將影響鶯落峽來水過程，水庫的調(diào)度應(yīng)結(jié)合入庫徑流量和壩址下游補(bǔ)水規(guī)律。采用皮爾遜Ⅲ型曲線對黃藏寺壩址連續(xù)50 a年徑流量數(shù)據(jù)（水利年起訖時間與“97方案”一致）進(jìn)行配線，根據(jù)頻率曲線確定設(shè)計(jì)年徑流量，并從實(shí)測資料中選取代表年，代表年來水過程見圖3。由圖3可見，6—9月入庫徑流量較大，峰值出現(xiàn)在7—9月。

黃藏寺壩址與鶯落峽斷面月徑流量線性相關(guān)，見圖4。由圖4可見，隨著上游來水量的增加線性相關(guān)性愈加明顯，其中5—10月最為顯著（圖4中：Wr為黃藏寺壩址月徑流量，億m3;g為鶯落峽斷面月徑流量，億m3;g與Wr差值即為該月黃藏寺壩址至鶯落峽斷面區(qū)間補(bǔ)水總量）。

2.3 中下游用水規(guī)模

根據(jù)黃藏寺水庫初步設(shè)計(jì)成果，設(shè)計(jì)水平年（2030年）中游農(nóng)業(yè)灌溉需黑河干流供水6.76億m 略高于“97方案”指標(biāo);維持下游綠洲生態(tài)現(xiàn)有規(guī)模需要黑河干流供水量7.09億m3/a，與“97方案”要求的下泄指標(biāo)差距較大。中下游需水量年內(nèi)變化過程見圖5，由圖5可見，中游主要用水時段為每年的4—8月、10—11月，其他月份需水量很小，其中4月和10月分別為春灌、冬灌開始時期，9月農(nóng)作物進(jìn)入成熟期;下游主要用水時段為每年的3—9月，其中3—4月是植物種子萌芽期，需水量相對較少但很迫切，7—9月地下水位埋深最大且植被蒸騰最強(qiáng)，同時8月也是植物播種期，需水量達(dá)到全年最大值。根據(jù)“全線閉口、集中下泄”的調(diào)度措施，中游每年采取3次閉口（4月1日至5月10日，7月10—20日，8月25日至10月25日）保障下游農(nóng)業(yè)關(guān)鍵期用水，其中第1次閉口兼顧5—6月下游用水，全年閉口約110 d。

2.4 下游河道輸水效率和黃藏寺水庫調(diào)度時間

相關(guān)研究表明[8]，黑河下游河道蒸發(fā)滲漏損失與正義峽斷面來水總量、過流天數(shù)有關(guān)，來水總量越大、過流天數(shù)越小時，蒸發(fā)滲漏損失率越小。對正義峽—哨馬營段、哨馬營—狼心山段河道蒸發(fā)滲漏損失經(jīng)驗(yàn)公式解集進(jìn)行比較（正義峽至狼心山段全長211.6 km，為黑河下游全長的51%），見圖6。當(dāng)上斷面來水總量和過流天數(shù)相同時，正義峽—哨馬營段河道蒸發(fā)滲漏損失率明顯高于哨馬營—狼心山段，因此采用正義峽—哨馬營段的河道蒸發(fā)滲漏損失率經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算下游河道輸水效率。

將黑河下游月需水量代入河道蒸發(fā)滲漏損失率經(jīng)驗(yàn)公式，得到調(diào)度時長—河道蒸發(fā)滲漏損失率關(guān)系曲線，見圖7。由圖7可知，當(dāng)黃藏寺水庫下泄的生態(tài)水量W′為0.225 8億m3時，即使調(diào)度時長為1 d，下游河道蒸發(fā)滲漏損失率已高達(dá)55%。因此，1月、2月、11月、12月黃藏寺水庫不再調(diào)度生態(tài)用水;3月底和4月初水庫集中向下游供水，以提高輸水效率;考慮到5月調(diào)度任務(wù)完成后水庫已基本降至死水位，庫存水量無法滿足5—6月聯(lián)調(diào)，將5月生態(tài)供水目標(biāo)調(diào)整至4月集中調(diào)度，與原調(diào)度措施一致;6—8月，各月首先滿足中游農(nóng)業(yè)灌溉用水需求，后調(diào)度下游生態(tài)用水，9月初調(diào)度下游生態(tài)用水與8月形成聯(lián)調(diào);考慮到7—9月上游來水量較多，水庫在滿足中下游用水需求的同時已無法存蓄更多水量，該時段可增大向下游調(diào)度水量，維持黑河下游尾閭東居延海入湖水量的同時完成“97方案”下泄指標(biāo);9月調(diào)度任務(wù)完成后水庫基本蓄至正常蓄水位，10—11月上游來水已不能滿足中游冬灌用水需求，將10月生態(tài)供水目標(biāo)調(diào)整至9月集中調(diào)度，9月底庫存水量將主要用于春季向中下游用供水。

2.5 黃藏寺水庫和下游梯級電站參數(shù)

黃藏寺水庫校核洪水位為2 628.7 m，正常蓄水位為2 628.0 m，汛期限制水位與正常蓄水位相同，死水位為2 580.0 m;總庫容為4.03億m 正常蓄水位對應(yīng)庫容為3.95億m 調(diào)洪庫容為0.08億m 興利庫容為3.34億m 死庫容為0.61億m3。根據(jù)黃藏寺水庫初步設(shè)計(jì)成果中壩前水位—庫容關(guān)系繪制散點(diǎn)圖，擬合后得到關(guān)系曲線和擬合方程（見圖8），擬合方程可用于確定黃藏寺水庫調(diào)度期間出、入庫流量與壩前水位關(guān)系。根據(jù)黃藏寺水庫下泄流量—壩后水位關(guān)系繪制散點(diǎn)圖，擬合后得到關(guān)系曲線和擬合方程（見圖9），擬合方程可用于確定黃藏寺水庫調(diào)度期間下泄流量與壩后水位關(guān)系。

黃藏寺水庫電站裝機(jī)容量49 MW，其中大機(jī)組2臺（20 MW），小機(jī)組1臺（9 MW），水頭損失取最大值0.91 m，大、小機(jī)組效率分別為92.66%、93.99%，大、小機(jī)組發(fā)電機(jī)效率分別為96.53%、96.28%，大、小機(jī)組單機(jī)額定流量分別為27.25、11.43 m3/s。壩下最小生態(tài)流量9.0 m3/s，壩前水位為2 580.0 m時最大泄流量565.32 m3/s，壩前水位為2 628.0 m時最大泄流量2 895.72 m3/s。黃藏寺至鶯落峽區(qū)間7座梯級電站發(fā)電出力最大流量100～110 m3/s，裝機(jī)容量多為大小機(jī)組搭配，小機(jī)組發(fā)電流量9～12 m3/s，當(dāng)電站來水流量為500 m3/s時可正常下泄。相關(guān)研究表明[7]，黃藏寺水庫出庫流量為98.3 m3/s時，下游梯級電站出力基本處于滿發(fā)狀態(tài)，出庫流量小于63.9 m3/s時，下游梯級電站出力均達(dá)不到滿發(fā)狀態(tài)。

3 模型建立

根據(jù)黃藏寺壩址至鶯落峽區(qū)間補(bǔ)水模型、黑河下游輸水效率模型、黃藏寺水庫壩前水位—庫容關(guān)系、壩后水位—下泄流量關(guān)系，以及黃藏寺水庫下泄流量與下游梯級電站出力關(guān)系等，建立優(yōu)化調(diào)度模型。以月為單位，將黃藏寺水庫運(yùn)行過程分為Ⅰ級調(diào)度和Ⅱ級調(diào)度，Ⅰ級調(diào)度采用1臺小機(jī)組發(fā)電運(yùn)行（下泄流量11.43 m3/s，運(yùn)行期無棄水），保證生態(tài)基流和下游梯級電站小機(jī)組發(fā)電運(yùn)行的同時，配合黃藏寺壩址至鶯落峽區(qū)間補(bǔ)水過程供給中游地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水;Ⅱ級調(diào)度采用3臺機(jī)組同時運(yùn)行（發(fā)電流量65.93 m3/s），運(yùn)行期間根據(jù)中下游月供水目標(biāo)、區(qū)間補(bǔ)水過程和水庫供給能力增加棄水，保證中下游用水的同時，提高黑河下游輸水效率，兼顧梯級電站發(fā)電效益。目標(biāo)函數(shù)和約束條件分述如下。

目標(biāo)1：以下游生態(tài)需水量與實(shí)際供水量差距最小為目標(biāo)函數(shù)。

f1=min |Wsm-Ws|

（1）

其中：Ws=86 400×10-8（Qd+Qq）Ts+[g（Wr）-Wr]Ts/T（2）

式中：Wsm和Ws分別為下游月供水目標(biāo)和實(shí)際供水量，億m3;Qd為水庫發(fā)電流量，取值65.93 m3/s;Qq為水庫棄水流量，m3/s;Ts為水庫向下游供水天數(shù)，d;g（Wr）為圖4中的關(guān)系函數(shù);T為當(dāng)月總天數(shù)，d。

目標(biāo)2：以下游河道輸水效率最大為目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)由正義峽—哨馬營段河道蒸發(fā)滲漏損失率經(jīng)驗(yàn)公式確定。

f2=max （1-15.78W-0.84sT0.36s/100）

（3）

目標(biāo)3：以中游農(nóng)業(yè)需水量與實(shí)際供水量差距最小為目標(biāo)函數(shù)。

f3=min |Wgm-Wg|（4）

其中：

Wg=86 400×10-8[（Qd+Qq）Tg+Q′d（T-Tg-Ts）]+

[g（Wr）-Wr]（T-Ts）/T（5）

式中：Wgm和Wg分別為中游月供水目標(biāo)和實(shí)際供水量，億m3;Tg為水庫向中游供水天數(shù)，d;Q′d為Ⅰ級調(diào)度期下泄流量，取值11.43 m3/s。

目標(biāo)4：以黃藏寺水庫Ⅱ級調(diào)度期發(fā)電量最大為目標(biāo)，月調(diào)度期間Ⅱ級調(diào)度期棄水量越少、持續(xù)時間越長則該月發(fā)電總量越大。

f4=max [24N（Tg+Ts）]（6）

其中：

N=9.81ηtηgQd（Zs-Zx-h）

（7）

Zs=56.453 9V0.377 6min+2 533.180 5（8）

Zx=2 523.358 8exp[1.687 9×10-6（Qd+Qq）]-

1.502 4exp[-0.821 8×10-2（Qd+Qq）]（9）

Ⅱ級調(diào)度前庫容V1：

V1=Vc+0.61（10）

Ⅱ級調(diào)度后庫容V2：

V2=Vc+0.61-86 400×10-8（Qd+Qq）（Tg+Ts）+Wr（Tg+Ts）/T（11）

式中：N為Ⅱ級調(diào)度期間電站最小出力，kW;ηt和ηg分別為水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)效率，取值0.926 6、0.965 3;Zs和Zx分別為水庫壩前、壩后水位，m;h為水頭損失，取值0.91 m;Vmin為Ⅱ級調(diào)度期間水庫最小蓄水量，由式（10）、式（11）確定，億m3;Vc為Ⅱ級調(diào)度開始前水庫可利用水量，億m3。

約束1：下泄流量約束，見式（12）。黃藏寺水庫初步設(shè)計(jì)成果表明，當(dāng)下游過流量小于300 m3/s時輸水效率隨過流量的增大而不斷增大，當(dāng)過流量超過300 m3/s時河水漫灘，輸水效率降低，因此調(diào)度期間黃藏寺水庫下泄流量不大于300 m3/s;研究表明[7]，黃藏寺水庫出庫流量為98.3 m3/s時，下游梯級電站出力基本處于滿發(fā)狀態(tài)，出庫流量小于63.9 m3/s時，下游梯級電站出力均達(dá)不到滿發(fā)狀態(tài)，因此當(dāng)上游水資源較為充足時，黃藏寺水庫下泄流量應(yīng)不小于98.3 m3/s。

300≥Qd+Qq≥98.3（12）

約束2：供水天數(shù)約束，見式（13）。Ⅰ級調(diào)度期和Ⅱ級調(diào)度期持續(xù)時間之和等于當(dāng)月總天數(shù)，則Ⅱ級調(diào)度期內(nèi)中下游供水天數(shù)不超過當(dāng)月總天數(shù)。

T≥Tg+Ts（13）

約束3：下泄水量約束，見式（14）。

Wxmax≥86 400×10-8[（Qd+Qq）（Tg+Ts）+Q′d（T-Tg-Ts）]（14）

式中：Wxmax為水庫當(dāng)月允許下泄的最大水量，億m3。

Wxmax根據(jù)水庫庫存水量、月入庫徑流量和中下游需水情況綜合確定，確保調(diào)度期間壩上水位不超過正常蓄水位2 628.0 m，預(yù)留庫容減少水庫被動棄水風(fēng)險(xiǎn)，同時存蓄水量確保后續(xù)中下游用水需要。

約束4：水庫蓄水量約束，見式（15）、式（16）。

Vxmax≥V′c-86 400×10-8Q′d（T-Tg-Ts）+

Wr（T-Tg-Ts）/T≥Vxmin（15）

Vxmax≥Vc-86 400×10-8（Qd+Qq）（Tg+Ts）+

Wr（Tg+Ts）/T≥Vxmin（16）

式中：V′c 為Ⅰ級調(diào)度開始前水庫可利用水量，億m3;Vxmax為I級調(diào)度（Ⅱ級調(diào)度）結(jié)束后允許水庫存蓄的最大可利用水量（通?；谒畮炫d利庫容限制和汛期防洪安全的考慮），億m3;Vxmin為Ⅰ級調(diào)度（Ⅱ級調(diào)度）結(jié)束后應(yīng)保證水庫存蓄的最小可利用水量（通常基于水庫死庫容和緊后調(diào)度任務(wù)的考慮），億m3。

約束5：調(diào)度期電站出力約束。

黃藏寺水庫Ⅰ級調(diào)度期電站出力不大于額定出力9 000 kW，Ⅱ級調(diào)度期電站出力不大于額定出力49 000 kW。

4 模型求解

以黃藏寺壩址豐、平、枯3個代表年為例，根據(jù)黃藏寺水庫優(yōu)化調(diào)度模型特點(diǎn)采用Matlab軟件遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）工具箱對多目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解得到最優(yōu)集，采用不同偏好的滿意度考核標(biāo)準(zhǔn)從最優(yōu)集中確定滿意解。

4.1 冬季蓄水和滿意解確定

12月至次年4月黑河上游來水量較少，該時段不同頻率代表年天然來水量均難以滿足3—4月中下游用水需求，因此黃藏寺水庫11月底在全年調(diào)度任務(wù)完成后，存蓄水量將主要用于緩解期間水資源短缺問題。黃藏寺壩址該時段多年平均來水1.71億m 中下游需水3.29億m 生態(tài)基流下泄水量約1.20億m 因此11月水庫調(diào)度任務(wù)完成后應(yīng)存蓄水量約為2.78億m3。

滿意度考核標(biāo)準(zhǔn)決定水庫調(diào)度運(yùn)行方式，應(yīng)根據(jù)流域特點(diǎn)制定不同的考核標(biāo)準(zhǔn)。黃藏寺水庫考核過程分為兩步：第一步，水庫調(diào)度應(yīng)盡可能保證“97方案”的順利實(shí)施，原則上篩選最優(yōu)集中f1/Wsm、 f3/Wgm不超過5%的解作為滿意解選擇范圍;第二步，采用式（17）確定滿意解。

F=αf ′2+βf ′4（17）

式中：f ′2、 f ′4為對f2和 f4的最優(yōu)集進(jìn)行歸一化處理結(jié)果;α和β為各目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)向量。

本文根據(jù)黃藏寺水庫調(diào)度目標(biāo)特點(diǎn)設(shè)置權(quán)重系數(shù)向量分別為（1，0）和（0，1），方案一權(quán)重系數(shù)向量（1，0）表示滿意解側(cè)重于黑河下游河道輸水效率最大，方案二權(quán)重系數(shù)向量（0，1）表示滿意解側(cè)重于黃藏寺水庫發(fā)電量最大，計(jì)算后對滿意度F進(jìn)行排序，選擇滿意度最高的解作為滿意解，并適當(dāng)調(diào)整滿意解對應(yīng)的下泄流量和調(diào)度時長。

4.2 模型計(jì)算結(jié)果分析

模型計(jì)算結(jié)果見表1和圖10、圖11。

研究結(jié)果表明，本文所采用的優(yōu)化調(diào)度模型可有效改善黑河上游來水過程，最大限度滿足中下游關(guān)鍵期用水，緩解中下游用水矛盾，有利于“97方案”的順利實(shí)施，同時有助于決策者權(quán)衡生態(tài)調(diào)度輸水效率與水庫發(fā)電效益間的關(guān)系。由表1可知，方案一通過增加水庫棄水量以縮短生態(tài)調(diào)度時長、提高下游河道輸水效率，但水庫發(fā)電量相應(yīng)降低;方案二以降低下游河道輸水效率為代價(jià)，通過減少棄水量、延長水庫Ⅱ級調(diào)度時長以提高水庫發(fā)電量。由圖10、圖11可知方案一、方案二均能較好地保證中下游用水需求。在農(nóng)業(yè)灌溉調(diào)度方面，豐水年調(diào)度水量略低于平水年、平水年略低于枯水年，符合“97方案”調(diào)度指標(biāo)（見圖2），即枯水期調(diào)度中游農(nóng)業(yè)灌溉用水略高于豐水期，這主要與豐水期中游各支流來水量增加有關(guān)[9]。9月仍供給中游農(nóng)業(yè)灌溉用水，主要考慮到9月生態(tài)調(diào)度任務(wù)完成后，若不有效利用生態(tài)基流下泄和黃藏寺壩址至鶯落峽區(qū)間補(bǔ)水過程，則將造成水資源浪費(fèi)，此時允許中游存蓄上游來水將有利于緩解10—11月水資源短缺問題，同時保證冬季黃藏寺水庫蓄水量達(dá)到合理標(biāo)準(zhǔn)。在生態(tài)調(diào)度方面，豐水年調(diào)度水量高于平水年、平水年高于枯水年，同樣符合“97方案”調(diào)度指標(biāo)，即豐水期分配下游水量顯著高于枯水期，通過利用豐水期來水過程緩解下游尾閭綠洲退化趨勢。選擇7—9月進(jìn)行大流量、長時間生態(tài)下泄，與黃藏寺壩址上游、黃藏寺壩址至鶯落峽區(qū)間天然來水過程有關(guān)。以7月為例，黃藏寺水庫僅控制鶯落峽斷面來水量的70%左右，同時考慮到黃藏寺水庫汛期安全，此時有效結(jié)合黑河上游來水過程提高下游調(diào)度水量，在保證“97方案”順利實(shí)施和提高下游輸水效率的同時，有利于控制中游農(nóng)業(yè)灌溉分配水量。

5 結(jié) 論

基于黃藏寺壩址至鶯落峽區(qū)間補(bǔ)水模型、黑河下游輸水效率模型、黃藏寺水庫壩前水位—庫容關(guān)系、壩后水位—下泄流量關(guān)系，以及黃藏寺水庫下泄流量與下游梯級電站出力關(guān)系等建立了黃藏寺水庫優(yōu)化調(diào)度模型。經(jīng)檢驗(yàn)，該模型可根據(jù)上游來水情況和中下游用水需求合理確定中游閉口時間，為“97方案”的順利實(shí)施提供保障，同時，模型建立了滿意度考核標(biāo)準(zhǔn)，分別得到以下游河道輸水效率最大、水庫發(fā)電量最大為目標(biāo)的調(diào)度運(yùn)行方式，供決策者參考。另外，該模型使用靈活簡便，可根據(jù)月調(diào)度特點(diǎn)，逐月計(jì)算調(diào)度運(yùn)行方式，但模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性較依賴于黃藏寺水庫月入庫徑流量的短期預(yù)測，計(jì)算前需要決策者根據(jù)預(yù)測結(jié)果確定水庫當(dāng)月允許下泄的最大水量，建議下一步開展黃藏寺水庫壩址月徑流量短期預(yù)測的研究。

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【責(zé)任編輯 趙宏偉】