土耳其kirazdere水庫運(yùn)行調(diào)度

1、土耳其KIRAZDERE水庫運(yùn)行調(diào)度Z.Rao摘要摘要Kirazdere水庫是投資8.6億美元為Lzmit地區(qū)和西部土耳其環(huán)海灣地區(qū)供水項(xiàng)目的一個(gè)組成部分，水庫由DSI，國家水力委員會規(guī)劃設(shè)計(jì)。但是，后來的調(diào)查表明：要滿足水庫在高可靠性上達(dá)到額定輸出量有一定難度。雖然后來考慮在溢洪道設(shè)計(jì)水位以上蓄水，通過安裝用于洪水控制的大型弧形門來增加蓄水量，但是，本文主要限于描述最終目標(biāo)是最大可能的獲得額定輸出量的長期戰(zhàn)略的過渡期，包括在假定溢洪道

2、設(shè)計(jì)水位決定最大可控制蓄水量的前提下，確定供水限制的時(shí)間和水量。1.概述概述最近投資建成的Kirazdere水庫擁有268km2集水區(qū)，是Lzmit地區(qū)和西部土耳其環(huán)海灣地區(qū)的主要供水源，為約一百二十萬人口和正迅速發(fā)展的工業(yè)園提供水資源。Kirazdere水庫是投資額為8.6億美元的BOT工程的一部分，該工程包括一個(gè)供水處理廠和長140km，日供水量480000m3的引水管道系統(tǒng)。土壩建造在一個(gè)地震多發(fā)區(qū)，壩高108m，寬400m，在溢

3、洪道設(shè)計(jì)水位情況下，蓄水量約為45700000km3。但是，如果在溢洪道以上安裝四個(gè)大型弧形門，可以使最大蓄水量提高到大約60000000km3。八十年代初期，水庫由DSI，國家水力委員會設(shè)計(jì)，但是由于資金短缺，部分工程沒有完成。在和泰晤士河委員會簽訂協(xié)議以后，將工程轉(zhuǎn)變成為一個(gè)BOT（builtoperatetransfer）項(xiàng)目，開始了對水庫的重新評價(jià)，包括：即使在最小補(bǔ)償流和最大蓄水量60000000m3的情況下，整個(gè)系統(tǒng)也將努力

4、實(shí)現(xiàn)在高可靠性上達(dá)到年額定輸出量1.42億km3。所以，為了保證供水的可靠性，考慮采用弧形門來蓄水。當(dāng)然，這一切必須是在保證不增加下游形成壩的筑堤被淹沒的危險(xiǎn)性的條件下完成。然后，將這些目標(biāo)系統(tǒng)化，形成了一個(gè)長期控制計(jì)劃，即：每年不同月份的最大蓄水量依據(jù)出現(xiàn)洪水的危險(xiǎn)性進(jìn)行調(diào)整。最后，應(yīng)用最優(yōu)化模型來決定進(jìn)行供水限制的時(shí)間和程度。與其相應(yīng)的短期控制策略是指具體實(shí)施長期控制策略的方法，包括為洪水防治提供策略。這需要一個(gè)檢測控制和數(shù)據(jù)采集（

5、SCADA）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將水文資料和控制設(shè)置傳輸?shù)娇刂浦行摹＿@里，利用實(shí)時(shí)降雨量作為預(yù)測水庫入流的主要指標(biāo)，依次輸入最優(yōu)化程序，來確定弧形門的控制設(shè)置。采用這種方法，就有可能利用降水和實(shí)際入流之間的時(shí)間差，從水庫的溢洪道排水，保證水量不超過下游最大流量限制，從而達(dá)到更大的蓄水量。為了發(fā)展綜合最優(yōu)控制策略，在它得以實(shí)施以前，可以假定最大蓄水量限制為457000000m3，以確定供水限制的時(shí)間和水量。這個(gè)階段被稱為長期控制策略的過渡期。（目前

6、，從SCADA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)資料還很不充分，不足以可靠的估測短期預(yù)報(bào)最近的研究表明：一個(gè)三層的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）可以實(shí)現(xiàn)對任意函數(shù)的映射，根據(jù)相應(yīng)的邊界條件，它也能近似任意的連續(xù)非線性多元函數(shù)。在給定條件下，訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用全連接）能夠識別輸入數(shù)值集與輸出數(shù)值集的關(guān)系。這樣，我們無需詳盡描述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，它可以通過生物神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型類比獲得，而生物神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型可以進(jìn)行模式識別以及從自身環(huán)境的相互關(guān)系中獲取知識。

7、同時(shí)，我們根據(jù)問題的性質(zhì)來定義輸入與輸出層的神經(jīng)元的數(shù)目，通過逐次增加隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)目直至獲得一個(gè)滿意解，這樣確定一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本文中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入為初始蓄水量、水庫入流量和需水量，而網(wǎng)絡(luò)的輸出為最優(yōu)供水量。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元采用非線性的Sigmoid函數(shù)作為激勵函數(shù)（而最常用的激勵函數(shù)為階梯函數(shù)），通過相應(yīng)的權(quán)重值來反映網(wǎng)絡(luò)不同層的相互連接。計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重值采用BP算法，它可以不斷調(diào)整權(quán)重值，使預(yù)測誤差最小化，得到盡可能滿足訓(xùn)

8、練模式的映射。另外，針對不同特定模式，有不同的最優(yōu)運(yùn)行策略，采用它們作為訓(xùn)練模式的樣本，這樣，訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即為魯棒性的運(yùn)行規(guī)律，它可以根據(jù)水庫的最初蓄水量、入流量以及需水量等條件確定水庫的最優(yōu)供水量。5通過模擬評估最優(yōu)可運(yùn)行策略通過模擬評估最優(yōu)可運(yùn)行策略用能否提高運(yùn)行性能作為衡量運(yùn)行策略優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，我們可以比較模擬結(jié)果與實(shí)際情況的吻合程度，量化某種策略的優(yōu)劣。模型本身是很簡單的計(jì)算程序，只需要提供模擬對象的幾何尺寸，包括蓄水量和水庫

9、深度等，就可以進(jìn)行模擬。盡管以前沒有關(guān)于特定模式下水庫是如何運(yùn)行的記錄，但是一切比較都要盡可能的反映實(shí)際情況。例如，在確定“實(shí)際”供水量時(shí)，目標(biāo)是再現(xiàn)唯一對水庫現(xiàn)場狀況很了解的操作人員所察覺到的主要情況。這樣，通過比較實(shí)際決策和最優(yōu)運(yùn)行策略二者運(yùn)行的結(jié)果，來量化最優(yōu)運(yùn)行策略帶來的改進(jìn)程度。6在在Kirazdere水庫的應(yīng)用水庫的應(yīng)用利用布置在Kirazdere河下游的Yuvacik測量站獲得的數(shù)據(jù)作為水庫的入流條件。總體上說，有33年的

10、量測數(shù)據(jù)可以應(yīng)用，但是因?yàn)闄z測站建立以后物理?xiàng)l件發(fā)生了很大變化，所以1984年以后的數(shù)據(jù)一直被懷疑。但是，在水庫流動轉(zhuǎn)向渠和互關(guān)聯(lián)處安裝了電磁測量儀，Yuvacik的長期水流檢測數(shù)據(jù)得到了校正。基于前文所述的方法，這些年的數(shù)據(jù)被分成33個(gè)獨(dú)立模式，每一個(gè)模式跨度一年，利用動力過程計(jì)算得到對應(yīng)年的最優(yōu)運(yùn)行策略。為了計(jì)算，假定最大可調(diào)控蓄水量由溢洪道設(shè)計(jì)水位限定（45000000m3），同時(shí)假定，142000000m3的年額定輸出量利用分配