齐 涛

（辽宁葠窝水力发电有限责任公司,辽宁 辽阳 111000）

大伙房水库位于抚顺市,是浑河中上游一座大型水库,控制流域面积5437 km3,主要任务是防洪、农田灌溉、城市供水以及发电和养殖等。水库总库容22.68 亿m3,设计校核洪水位138.83 m,有效库容12.96 亿m3,正常蓄水位131.5 m,为保证城市与农田安全,水库下游沈阳市按照300 年一遇设计,抚顺市按照100 年一遇设计,基本农田按照50 年一遇设计。水库在防洪与兴利之间的矛盾非常突出,在1960 年水库弃水量14 亿m3,汛期之后水库蓄水量比有效库容少了2 亿m3,主要是由于汛期汛限水位太低所致,而在1964 年发生的四次洪水,又由于汛限水位过高导致下游淹没。基于此,为更好保证防洪与兴利的有效协调,开展大伙房水库汛期水位动态控制下优化调度方案研究是非常必要的。

1 多层模糊优选模型

防洪调度方案选择属于多目标、多层次模糊优化决策问题。模糊优选模型正是针对多目标、多阶段方案中,在有限的可行决策域内寻求满意决策。

（1）假设某个阶段决策过程中,有待选的P个可行决策方案组成方案集,每个方案有m个评价指标特征值对方案进行评判,则该阶段待评判的P个方案之m个指标特征值构成矩阵：

式中：h=1,2,…,m；j=1,2,…,P；Ghj为第j个方案第h个评价指标的特征值。

（2）为比较各个指标对模糊子集“优”的隶属程度,需计算指标优属度矩阵：

式中：wh为第h个评价指标的权重。

（4）计算方案优属度向量

第j个方案以隶属度uj表示它隶属于优等方案的程度,即：

方案优属度最大的方案即为较优方案。

2 大伙房水库后汛期汛期水位备选方案

以累积净雨做主要判断指标的防洪安全、兴利蓄水、权衡方案和主汛期对比方案共8种方案待选择。表1列出了后汛期汛期水位的因素集与方案集。

表1 后汛期汛期水位因素集与方案集

3 汛期水位方案模糊优选

3.1 系统分层

由于指标较多,为明晰思路和便于确定指标权重,需要将19个指标分层考虑。图2是分层结果。

图2 汛期水位方案三层模糊优选系统

3.2 确定第一层相对隶属度向量

①确定目标值矩阵

最高水位单元系统有2%、1%、0.33%、0.1%、0.1%,PMF洪水的调洪最高水位特征值,结合表1,待优选的P个方案之m个指标特征值可构成该单元系统的指标特征值矩阵：

②计算目标优属度向量

库水位指标值属于中间型,所以按式（5）计算目标值优属度,结果如下：

③确定权重向量

假定各频率洪水权重相同,则：

④计算方案优属度向量

根据式（7）计算方案优属度向量：

该方案优属度作为上一层次的指标优属度,进一步优选。

⑤计算第一层其他单元系统的方案优属度向量

对于最大泄量、沈阳组合流量、兴利效益等单元系统,各指标值均属于中间型,按公式⑥计算目标值优属度。

取权重向量分别为：

得方案优属度向量分别为：

3.3 确定第二层相对隶属度向量

根据多层多目标模糊优选模型,下一层的输出作为上一层的输入。因此第一层的方案优属度即作为第二层的指标优属度。第二层有两个单元系统,防洪目标的指标优属度矩阵为：

得方案优属度向量：

其中,权重向量W21=（0.3333, 0.3333, 0.3333）

兴利目标的指标优属度向量为：

方案优属度向量：

3.4 确定最高层相对隶属度向量

第三层为最高层,根据公式（2）,第三层的指标优属度即第二层的方案优属度。则：

若兼顾防洪与兴利要求,权重可能取为W31=（0.5000, 0.5000）则：

3.5 不同权重下的优选结果

结合实际情况讨论不同权重下的方案优属度。考虑到大伙房水库的设计标准和防洪任务,则设计洪水、PMF洪水最高水位权重应大,农田2%、抚顺1%、沈阳0.33%下泄流量权重应大。经以上分析,第一层最高水位、最大泄量与沈阳组合流量单元系统中,权重向量可能分别为：

最高层方案优属度,根据防洪与兴利的侧重点不同而得表2中不同结果。

表2 不同目标权重下的优选结果表

从计算结果可知,随着防洪目标的权重从0.3 增加到0.7,主汛期汛期水位126.4 m的方案和防洪方案的优属度逐步增大,兴利方案的优属度逐渐减小,权衡方案128.0 m的优属度逐渐增大,其他权衡方案优属度逐渐减小；当防洪与兴利目标取为等权重时,权衡方案（128.0 m、128.5 m、129.0 m）的优属度要优于其他方案,较劣方案为主汛期汛期水位126.4 m方案与兴利方案；对于5 个权衡方案,当汛期水位很接近于防洪方案的汛期水位127.9 m时,方案优属度的变化规律与防洪方案的优属度变化规律一致,而其他权衡方案优属度的变化规律与兴利方案的优属度变化规律一致。

3.6 推荐方案

根据对方案优选的结果,当后汛期汛期水位较低时,如127.9m,水库的防洪压力较小,当汛期水位抬高时,效益增加很明显；而当后汛期汛期水位过高时,如高于130 m,随着汛期水位的提高,水库的效益增加很缓慢,当超过130.5 m时不再增加,相比之下,防洪压力却越来越大。权衡方案（128.0 m、128.5 m、129.0 m）兼顾了防洪与兴利要求,这三种方案的各项指标值处于防洪方案与兴利方案中间,所以当防洪与兴利的权重发生变化时,这几种方案的优属度都很大。大伙房水库是一座防洪、供水等综合利用的大型水利枢纽工程。通过分析,一般情况下推荐权衡方案（128.0 m、128.5 m、129.0 m）；只有在侧重防洪时,才推荐防洪方案（127.9 m）。

4 结论

通过开展大伙房水库后汛期水位动态变化调度方案优化研究,推荐方案能够有效指导大伙房水库汛期调度,使水库发挥了最佳效益。由于水库汛期受到的影响因素众多,结果当水库实际运行时,还需要根据当时的各种条件做相应的微调,但从实际运行总的趋势来看基本没有变化,进一步说明了推荐方案成果是合理的。随着气候、降雨及径流等因素的变化,调度方案要做定期的复核,同时管理部门要加强实际运行时水库的调度。结果可为大伙房水库防汛、调蓄调度相协调且发挥最大效益提供有意义的指导。