Optimal Dispatching of Large-scale Water Supply System

This paper deals with the use of optimal control techniques in large-scale water distribution networks. According to the network characteristics and actual state of the water supply system in China, the implicit model, which may be solved by utilizing the hierarchical optimization method, is established. In special, based on the analyses of the water supply system containing variable-speed pumps, a software tool has been developed successfully. The application of this model to the city of Shenyang (China) is compared to experiential strategy. The results of this study show that the developed model is a very promising optimization method to control the large-scale water supply systems.

基于KingWater全组态平台在供水智能调度系统的开发与应用

结合供水企业实际需求案例,从优化调度以及智能控制两个方面对城市的供水系统进行了详细地分析和介绍,并针对如何实现智能化控制,降低企业运营成本,缩短系统开发周期,降低开发运维成本,使项目快速落地。通过采用面向工程师的全组态开发平台KingWater,快速完成供水智能调度系统及信息化系统的开发、部署与应用,开发运行效果表明:所开发的系统具有较好的易用性、可靠性和可扩展性并能高效实现随需而变。

基于AHP-熵权法的望虞河西岸圩区活水调度方案多目标优选

以望虞河西岸的甘露圩和荡北圩为研究区,构建水动力-水质模型,选取恰当的水动力、水质和经济成本指标构建活水调度多目标评价指标体系,采用层次分析法和熵权法主客观相结合确定指标权重,决策单圩活水调度最优方案,并与圩区联合调度方案比较活水调度效果。结果表明:利用多目标评价指标体系可有效确定活水调度最优方案;甘露圩最优调度方案为陈家角闸和甘露港闸共同引水,徐家浜闸站以6 m^(3)/s流量抽排;荡北圩最优调度方案为黄塘河闸和五星河北闸引水,珠桥河闸站和五星河闸站共以9 m^(3)/s流量抽排;与单圩活水调度相比,两圩联合调度后畅流活水效果更优。

引江济淮工程(河南段)多目标水量优化调度

引江济淮工程(河南段)涉及河道、闸泵、管道和调蓄水库,约束条件复杂,常规的优化调度算法难以搜索可行解,求解效率低。选用受水区缺水率平均值最小、泵站总抽水量最小和受水区缺水率标准差最小作为目标函数,从供水保障、供水成本和公平性角度构建多目标水量优化调度模型。基于可行搜索思路,结合逆序演算和顺序演算过程对约束条件进行处理,引入决策系数,通过映射关系使搜索空间保持在可行域中,结合多目标非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithms,NSGA-II)进行求解,得到Pareto最优解集,并采用熵权法进行方案优选。结果表明,基于可行搜索的NSGA-II算法能够有效求解复杂调度系统的多目标优化问题,综合考虑多个目标的最优方案相对单目标方案更加合理,结果可为引江济淮工程(河南段)运行管理提供决策支撑。

南水北调中线总干渠水情数据智能清洗

南水北调中线总干渠水位、流量等实时水情数据受外界扰动、测量系统误差等因素影响而产生的病态水情数据将造成调度模型计算失真,甚至导致计算失败。为此,针对上下游流量数据空间上的逻辑错误和水位数据时间序列的跳变,分别建立基于粒子群优化的水量平衡模型和指数加权滑动平均模型,对病态水情数据在空间、时间上实施横向、纵向清洗处理。以穿黄节制闸至漳河节制闸间的渠段为典型研究区间,利用模型自动识别流量倒挂点,并对该渠段涉及的12座节制闸、26处分水点的流量数据进行统一修正,实现了上下游逻辑上的合理性。同时,选取研究渠段内的闫河节制闸为代表,在48 h内运行基本稳定状态下,对每2 h的闸前水位数据序列进行分析,自动识别出跳变数据并进行合理修正。结果表明:建立的模型可自动识别病态水情数据并进行智能清洗,处理后的数据能够较好地满足输水调度分析决策的需要,因此该模型具有推广应用的价值。

引江济淮工程(河南段)水资源调配系统设计与开发

为强化引江济淮工程(河南段)水资源统一调配,基于Spring Boot和Vue前后端分离开发的模式,利用天地图API、WebGL、Echarts等技术设计研发引江济淮工程(河南段)水资源调配系统。从设计思路、功能界面、关键技术3个角度论述系统设计思路和实现过程,从而实现地理信息服务、供需水预测、水资源优化配置、水资源优化调度等功能,实现水量分配可视化、运行调度智能化和跨流域调水管控一体化。系统测试结果表明:引江济淮工程(河南段)水资源调配系统的建立提高了受水区水资源精细化管理的水平,解决了引江济淮工程(河南段)跨流域调水的配置难题,为受水区水资源高效利用提供有效的技术支撑。

基于GA-PSO算法的水肥监控与调度系统研究

基于GA-PSO算法的水肥监控与调度系统,采用云服务器、数据库与WDNK客户端作为系统的框架,利用4G物联网卡模块将从PLC采集到的罐体已施肥量传输到云服务器,云服务器接收到已施肥量数据并将数据写入Navicat数据库,并通过WDNK客户端软件将罐体的SN编码、罐体需加肥量等信息展示在PC端。调度系统根据水肥罐体所在点的经纬度坐标与需求量,充分考虑运输水肥车辆的自身容量,以运输车辆配送到各个水肥罐体的最小路径为研究目标,利用GA-PSO算法,在保证水肥罐体需加肥量的同时减少了运输车辆的行驶里程,降低了生产成本。

数字孪生奴尔水利枢纽工程建设构想

为提高奴尔水利枢纽工程安全高效稳定运行水平,针对工程运行过程中面临的工程地质灾害风险预报、预警、预演、预案能力不足,以及统筹考虑工程供水、发电、防洪、生态、冲沙等调度需求的多目标优化调度能力不足等问题,对标数字孪生流域和数字孪生工程建设要求,围绕工程调度运行业务需求,提出数字孪生奴尔水利枢纽工程建设总体框架和主要建设内容,分析监测感知网、工程L3级数据底板和专用模型库的建设要点,梳理包括工程安全监测预警、水库综合调度等功能的“四预”业务应用建设内容,提出与数字孪生塔里木河流域协同应用的思路,可为数字孪生塔里木河流域和流域内重大水利工程数字孪生建设提供参考和借鉴。

章江八境湖拦河坝水闸运用调度方案研究

赣州市章江八境湖拦河坝水闸工程属三类病险闸,现带病运行。为保证工程运行安全和保障下游人民群众的生命财产安全,须限制运用水位和调整工程运用调度方案。通过对赣州市章江八境湖拦河坝水闸限制运用水位推求和复核研究,确定了在水闸实施除险加固前,建议闸上游限制运用安全水位取值为96.80m,并提出了不同洪水流量下可行防洪调度方案;同时对拦河闸、船闸联合泄洪时的泄洪流量进行了计算,提出了水闸除险加固前拦河闸门限制运用调度方法。本文成果为当前工程安全运用提供了可靠的技术支撑,也可为类似病险水闸调度运行提供参考。

MIKE11软件模块在引调水项目退水应急调度中的应用

滇中引水工程大理Ⅱ段总干渠线路全长104.071km,文章利用MIKE11软件对总干渠建立水动力数值模型,计算复核退水能力发生变化时,所造成事故影响段的有压长度与压力水头,并作总干渠事故影响段的退水安全性分析。结果表明:MIKE11软件模块能够可靠模拟该输水工程退水能力变化条件下沿线水位、有压长度、压力水头等情况,选取的数值求解方法及参数是适宜可行的。

小型反渗透系统的设计及其运行性能分析

为解决当前煤矿供水系统配套的小型反渗透系统能耗大、效率低的问题,在简单概述小型反渗透系统的基础上,首先优化了其一级一段和一级两段系统的操作参数,并比对优化效果,然后在预测煤矿供水量的基础上,对小型反渗透系统的启停进行优化调度,并评估了优化调度前后的运行费用。

区间水优先的水库群引供水调度规则研究

【目的】随着跨流域调水工程不断地发展与完善,没有调节能力的闸坝逐渐与水库共同参与到调度中来,对需要考虑多流域丰枯特性和多水库调节能力的调度规则制订提出了更大的挑战。【方法】为此,提出在调水中相对于水库优先利用区间水的原则,以此构建系统总弃水量最小的调度模型,利用改进的遗传算法求解得到调度规则。并且,以石湖-龙湾-碧流河水库与黑鱼汀闸坝联合的引洋入连引调水工程作为研究实例进行对比。【结果】结果显示,相比于常规调度,优先利用区间水的调度规则方案规避了系统深度破坏,满足95%保证率的城市供水需求,多年平均引水量增加了0.79亿m^(3),系统年均弃水量减少了2.1亿m^(3)。【结论】该研究方法较好地提高了区间水的利用率及系统的用水效率,可为有闸坝参与的跨流域调水系统的调度提供科学参考和技术支撑。

三峡水库汛期沙峰预报技术及排沙调度实践

水库排沙调度是三峡水库安全运行和发挥综合效益的关键技术问题。基于长序列实测水沙资料和水库调度运行情况,系统阐述了三峡水库汛期水沙特性、沙峰预报技术体系和水库汛期沙峰排沙调度试验效果。2012年以后三峡水库汛期径流占全年总径流量的45%,但汛期输沙占比达到84%,场次洪水输沙占比明显增大,且存在明显的水沙输移异步现象。基于泥沙实时报汛数据,构建多形式边界预报模型和库区水沙输移模型相耦合的水库泥沙实时预报系统,能够预报沙峰传播至坝前的时间和相应的含沙量,为水库汛期的沙峰调度提供必要的技术支撑。目前三峡水库已成功开展多次沙峰排沙调度试验,取得了预期效果,经调度后水库排沙比显著增大,场次洪水排沙比在27%~39%范围内。

基于动态规划法的调水工程闸泵切换优化调度方案

针对跨流域调水工程运行线路中经验型闸泵切换启闭形式的问题,选取位于山东省德州市中心城区潘庄引黄灌区马颊河左岸辛店闸至沟盘河水库整条线路为研究区域,基于动态规划的正向递推法,以调水线路经济最优、调水最快为目标函数分别建立2个调水过程模型;利用Python语言对2个调水过程模型进行计算,确定不同运行阶段的闸泵切换方式、开启时刻及开启时长,得到流量与水位相结合的经济优且调水快的闸泵切换优化调度方案。结果表明,沟盘河水库初始水位为影响总运行费用及总调水时间的主要因素,闸泵切换优化调度方案可使运行费用降低20%,总调水时间缩短8%,提升了调水线路的经济效益与运行效率。

中顺大围河网水动力水质调度模拟系统研究

珠江三角洲河网水系复杂,联围众多,其中以中顺大围水系结构最为复杂、闸泵群联合调度难度最大。为充分挖掘水工程联合调度对水量水质的调控潜力,以中顺大围作为研究对象,构建中顺大围一维水动力-水质耦合模型,实现各闸泵调度方案下的围内水量水质过程模拟;在此基础上,建立闸泵群联合优化调度模型,实现在不同引换水条件下闸泵群调度方案的最优决策;最后基于水量水质模拟及调度模型研发了中顺大围河网水量水质调度模拟系统,实现中顺大围水动力特性模拟、污染物浓度及水质变化动态模拟、水污染应急调度及过程可视化,形成了中顺大围水系连通下基于闸泵群联合优化调度的水量-水质模拟调控技术体系。基于该系统对2个典型场景进行实例分析,结果表明:在进行优化调度的情况下,调度时段末围内COD和NH3-N的加权浓度分别相比不进行优化调度的情况改善了10.26%和27.27%,调度效果显著,可为中顺大围水量水质调度决策提供可靠的技术支撑。

基于不同调度模式的胶东调水工程水资源优化调度研究

山东省胶东调水工程是缓解或解决山东省胶东地区,特别是潍坊、青岛、烟台和威海四地市水资源短缺问题的重要跨流域调水工程。为了提高山东省胶东调水工程的调度运行管理水平,实现精细化调度,基于目前山东省胶东调水工程输水渠道供水能力的限制,开展了供水优先和供水均衡两种模式的水资源优化调度研究。首先,从缺水程度、用水效率、调水对社会经济发展支撑力三方面构建受水区供水优先等级评价指标体系,并利用熵权法确定胶东四地市的供水优先等级。其次,在相同的调度目标下(四地市总缺水量最小),利用目标规划法构建供水优先调度模型,利用线性规划法构建供水均衡调度模型,并针对枯水年(2017-2018年度)和特枯水年两种情景进行了探讨,给出了两种情景下的调度方案。调度结果表明:枯水年,均衡调度模式下,四地市总调水量和调水满足率均高于供水优先调度模式;特枯水年,供水优先调度模式下,只能满足排序第一的受水区的用水需求,四地市平均调水满足率为61.57%;而均衡调度模式,四地市用水需求虽然都不能得到满足,但是四地市平均调水满足率达到了76.81%以上。因此两种情景下,胶东调水工程供水均衡调度模式下四地市调水满足率基本均衡而且总受水区调水满足率要高于供水优先调度模式,更有利于胶东四地市社会经济的协调发展。研究为胶东调水工程决策者选择不同的调度模式提供了理论支撑,对类似调水工程也具有借鉴意义。

南水北调东线工程江苏段水资源调配研究

针对南水北调东线工程江苏段受水区的水资源调度与配置问题,以受水区总缺水量最小和泵站总能耗最小为目标,建立南水北调东线工程江苏段水资源优化调度模型。将南水北调工程调水与本地水资源进行联合配置,并以经济效益、社会效益、环境效益最大为目标,构建南水北调东线工程江苏段水资源配置模型。采用基本方案和节水方案进行了模型模拟,结果表明,在降水保证率分别为50%、75%和95%3种情况下,受水区节水方案缺水率比基本方案分别下降了2.91%、3.61%和3.83%;受水区节水方案下各工程基本完成了受水区的供水任务,且优先利用了泵站单位能耗较小的运西线进行调水,说明优化调度配置方式在保障受水区用水的基础上,能够以更为经济节能的方式运行。

多目标驱动的太湖调度水位研究

太湖是流域洪水集散地、水资源调配中心,也是长三角水生态环境的晴雨表,其水位高低影响防洪、供水、水生态、水环境等系统功能,使得太湖面临统筹调度问题日益凸显。本文以太湖为主要研究对象,基于多年实测数据,采用数理统计、河网水动力模型计算,分析流域降雨、进出湖水量和水生态环境演变规律及其与太湖水位的互馈关系,综合考虑不同调度期流域防洪、供水、水生态、水环境目标及其承受风险的时空差异性,优化太湖调度水位,并在此基础上提出太湖调度功能区划图。结果表明,在设计洪水和供水条件下,通过调度水位调整,统筹调控流域水工程,前期预降太湖水位,后期适抬太湖水位,实现太湖多目标调度,可有效保障流域防洪、供水和航运安全,改善河湖生态环境,共绘美丽太湖。

低水头大型水利枢纽汛期运行水位动态控制方法研究与应用--以长洲水利枢纽为例

水库汛期运行水位动态控制是促进雨洪资源利用、缓解水库防洪与兴利之间矛盾、提高水电站综合效益的重要手段。本文以长洲水利枢纽为例,针对低水头大型水利枢纽调度过程中面临库区上游淹没制约、下游尾水顶托、机组出力受限等多约束问题,构建了适用于此类工程的防洪与发电多目标联合优化调度模型,提出基于淹没临界控制线的调洪演算方法和发电流量逐次分配优化求解方法。通过长系列模拟演算和多方案对比分析发现,与常规方案相比,采用运行水位动态控制方案可以使枢纽汛期平均发电水头提升6.88%、平均发电量增加8.75%,经济效益显著。研究方法对低水头大型水利枢纽防洪与发电联合优化调度具有借鉴意义。

雅砻江一体化水电管控平台实时跨区同步的设计与实现

针对跨区同步数据专业增多、数据规模庞大导致各安全区数据不一致性和同步实时性不足的问题,基于雅砻江集控中心一体化水电管控平台系统的跨区同步功能需求,利用集控中心各专业应用统一基于一体化平台进行建设和部署的特点,提出了一种结构简单、稳定可靠的跨区同步体系架构,通过采用平台服务网关拦截写操作上下文的方式实时同步,实现了雅砻江集控一体化平台系统各专业数据的统一通信管理和同步优化,有效提升了系统性能和可靠性,适应于未来水调、电调及新能源一体化系统业务的发展。