大
第 卷 第 河 海 学 学 报
明
人
年 月
’
目
黄 河 流 域 多 标 优 化 配 水 模 型
唐 德 善
发 工 程 系
水 力 电
，
应 用 多 目 规 思 立 名 目 型 出
标 划 的 想 建 了 黄 河 流 域 水 资 源 标 分 析 模 提 了 大 系 统 递 阶 动 态
摘 要
，
型 经
规 划 的 求 解 方 法 该 模 为 协 调 国 民 济 部 门 对 水 资 源 的 供 需 矛 盾 提 供 了 一 条 新 途 径 所 用 算 法 能
“ “ ，
有 效 地 克 服 多 维 态 规 划 能 遇 到 碍 黄 流 实 证 型 及 法 效 性
动 可 的 维 数 障 河 城 的 例 验 了 模 其 算 的 有
和 百 用
性
月
流 域 多 口 优 化 配 规 最 佳 调
关 键 词 标 水 动 态 划 协 解 图
中 法 分 类 号
一 · ，
，
，
加 滚 认 ， 月 硬 ‘ ‘
对 、 ”
州 。 肠 乒
彻
网
加
一
一
浏
，
去
川
，
、 云
、 、
，
哭
，
、
、 一 ， 飞
·
、 、
一
·
之 王 、
一
辑
之 犷 一 是 为
、
， ， ，
于
黄 流 域 水 资 源 鼠 相 当 长 江 的 很 难 满 足 国 民 经 济 各 部 门 的 用 水 要 求 上 下 游
，
二
小 备 部 门 之 间 存 在 着 互 相 水 的 矛 盾 河 有 限 的 水 资 源 如 配 能 国 民 经
争 黄 何 优 化 分 才 使
， ， ，
获 得 鼓 大 效 问 必 须 要 法
济 益 解 决 此 题 用 系 统 分 析 的 方 进 行 大 系 统 优 化 分 配 选 择 出 使 国
，
民 经 综 效 配 方 这 是 主 要 目 于
济 含 益 最 大 的 优 化 分 案 就 本 文 的 标 之 此 外 由 黄 河 流 域 水
一
， ， ，
资 源 有 限 为 维 持 其 在 多 年 期 间 的 供 需 平 希 望 平 水 稍 些 水 水 少 供 些 水 这 就
衡 年 蓄 枯 年
是 文 要
本 上 到 的 第 二 标 水 库 蓄 水
—
月 一 ， 一
收 稿
一 、 、
，
’ ’
文 星 冬 研 项 日 锹 分 加 项 研 ， 毛
本 托 科 成 的 部 参 究 的 有 之 豪 存 梅 张 剑 峰 等 同 志
‘
已
、 名 简 介 店 德 苦 男 副 教 授 水 文 学 及 水 资 探 专 业 从 水 资 深 开 发 利 及 技 经 济 分 析 方 可 的 研 究 发
术 表
’
了
可
洛 《 各
缺 也 优 分 配 研 兼 顾 发 和 要 日 从 从 配 创
水 水 资 源 化 允 电 航 运 求 的 水 电 站 水 优 分 模 等 论 文
型
期 唐 德 善 黄 河 流 域 多 目 标 优 化 配 水 模
第 卷 第
目
多 标 优 化 配 水 数 学 模 型
水 资 源 系 化
统 概
， ，
四
全 国 水 资 源 利 用 共 分 为 九 个 一 级 区 黄 河 流 域 属 于 区 根 据 流 域 点 又 划
第 特
， ， ，
“ ”
分 为 八 个 二 级 区 朽 个 三 级 区 对 八 个 二 级 区 进 行 概 化 即 得 图 图 中 的 结 点 表 示
过 然 或 人 方 河 流 生 地
通 自 工 法 使 川 径 发 变 化 的 点
，
， ，
， ‘ ， ‘ 口
， ，
洲 川 咋 河
价 玩 玩 ‘ ‘ 肠 肠
二
扣 扣
子 子 子 子 子 子 子 子 子 子 子 子 子
区 区 区 区 区 区 区 区 区 子 子
区 区 区 区 子 子 子 子 子 子 子 子 子 子 子 子 子 子 子 子 子
交 交 交 交 交 交 交 交
区 区 区 区 区
图 统
黄 河 水 资 源 系 概 化 图
图 卜 面 卜
例 要 控 制 断 司 要 控 制 水 库 司 主 要 拟 建 水 库
—
—
结 点 龙 羊 峡 龙 丫 峡 李 家 峡
—
水 库 结 点 兰 州 刘 家 峡 大 柳 树 黑 峡
—
。
， 口
子 试 卜 流 来 水 欣 河 三 门 峡 万 寨
镇 家
—
。
凡 月 口
河 段 流 睛
径 龙 门 砍
—
幼
子 区 区 三
介 来 水 从 门 峡 龙 门
—
，
”
区 「
从 流 引 水 量 花 园 小 浪 底
—
， 几
试
， 归 到 流 的 水 从 洛
—
模 型 建 立 的 基 本 思 路
，
图 中 于 龙 峡 具 现
由 羊 有 多 年 调 节 性 能 故 其 下 游 水 量 均 能 实 多 年 调 节 黄 河 流 域 干
、 ，
流 有 水 电 航 运 要 对 此 系 进 要 问 题 是 和 一
求 统 行 优 化 解 决 的 年 来 水 量 水 库 供 水 量 定 时
，
，
实 际 是 一 系 列 在 区 和 干 流 河 上 配 以 得 益
定 值 子 段 如 何 优 化 分 获 最 大 效 水 库 年 供 水 量
，
以
多 少 为 洼 足 长 期 水 资 源 要 对
满 的 供 需 平 衡 即 水 库 供 水 进 行 优 化
‘
， ， ，
’
同 时 解 决 这 两 问 题 既 要 虑 子 区 和 河 段 用 又 要 且 子 区 和 流
考 水 考 虑 水 库 的 蓄 水 干
， ， ，
用 水 切 互 影 响 比 目 问 要 这 问 题
联 系 密 相 是 个 较 复 杂 的 大 系 统 多 标 优 化 题 解 决 些 首 先
， ，
必 须 弄 清 各 子 区 和 干 流 综 利 用 况 实 际 问 题 转 为 数 学 问 题 即 要 立 优 化 分 配 的
合 情 将 变 建 数
学 模 型 建 立 型 的 关 键 是 要 出 用 水 效 益 函 数 要 被 供 水
模 找 各 部 门 耗 水 与 的 关 系 即 弄 清 部 门
， ， ，
最 优 利 用 后 的 净 益 此 必 须 深 入 到 一 部 进 调 研 如 对 子 区 业 用 益 必
效 为 每 门 行 农 水 效 计 算
， ， ， ，
须 调 查 作 物 组 成 用 水 定 额 用 水 过 程 用 水 增 产 效 益 引 水 系 统 的 损 失 在 掌 握 大 量 资
等
， ， ，
区
料 的 基 础 上 在 灌 内 各 类 作 物 间 优 化 配 水 出 农 业 灌 溉 用 水 与 净 效 益 的 关 系 同 样 在
求
、
、 ，
工 业 各 用 户 重 工 业 轻 工 业 电 力 工 业 等 之 间 优 化 配 水 可 得 工 业 用 水 净 效 益 的 关
求 与
， ，
系 对 生 活 及 其 它 用 水 部 门 亦 可 求 出 其 用 水 与 净 效 益 的 关 系 在 此 基 础 上 从 局 部 到 全 体 求
河 海 大 学 学 报
年 月
、 ，
出 水 库 供 给 该 子 区 不 同 水 量 所 能 获 得 的 最 大 净 效 益 以 及 区 需 水 的 上 下 限 同 理 根 据
该 各
、
， ，
用
段 综 合 利 情 况 需 水 过 程 等 资 料 优 化 计 算 各 河 段 径 流 量 与 效 益 的 关 系 及 需 水 上 下 限 再
， ，
区 和 河 约 立 区 和 干 配 型 后 区
考 虑 各 子 各 段 的 束 条 件 即 可 建 起 子 流 优 化 水 模 最 将 子 优 化
模 型 和 干 流 优 化 型 组 起 考 虑 流 域 约 条 即 得 全 流 域 水 资 源 优 化 配 型 立
模 合 来 束 件 分 模 建 模
型 的 基 过 程 见 图
本
黄 河 流 域 多 目 标 配 水 数 学 模 型
， ， ，
根 据 上 述 思 路 首 立 子 区 和 干 流 配 型 它 组 得 河 水 资
先 建 优 化 水 模 将 们 合 成 整 体 即 黄
， ，
型
源 经 济 目 标 优 化 分 配 数 学 模 再 考 虑 蓄 水 目 标 即 得 多 目 标 优 化 分 配 数 学 模 型
目
经 函
济 标 数
，
以 区
各 子 用 水 净 效 益 与 干 流 用 水 净 效 益 之 和 最 大 为 经 目 标 目 标 函 数 为
济
一 ， 。 一
甘
气
，
。
一
卜
凡
‘
艺 名 习 名 艺 艺
践
婉
‘
…
， ， 、
， ， ， ，
，
万
’ 万
以
式 中 子 区 个 数 部 门 的 用 户 个 数 一 及
—
』
，
… ‘ 、 …
干 流 河 数 子 区 部 用 户 用 得 益 元
段 个 凡 门 水 量 亿 获 的 净 效 亿
二 ， ， ， —
，
‘ ‘
茂
河 段 部 门 月 用 水 量 亿 所 得 净 效 益 亿 元 和
邵 耘 朋
勒 肠
。 —
悦
的 含 义 和 计 算 见 上 页 注
目
水 库 水 标 函 数
蓄
以 各 水 水 和 目 因 上 下 游
库 平 或 枯 年 蓄 水 量 加 权 求 出 之 最 大 为 水 库 蓄 水 标 为 游 与 蓄
，
水 发 的 用 不 同 故 加 和 目 函
挥 作 需 权 求 标 数 为
尸
， ，
， ，
环
’
评 评
式 中 全 流 域 用 水 量 为 时 水 的 大
库 最
明 目 标 民 经 济 峥 合 效 益 大
、 、 —
— ， ， ‘ ，
， ，
， ，
， 犷
蓄 水 量 亿 龙 刘
一
、
、 、
润 查 分 析 ， 理 泣 城 各 行 经 济 用 水 娜 筑 科
三 门 峡 的 蓄 水 量 权 系 数 和 年 蓄 水 量
，
泣
约 束 条 件
、
计 算 分 析 各 区 各 何 段 内 各 用 户 如 水 旧 小 费 的 发 电
干 流 河 道 水 量 平 衡 约 束 见 图 为 年 水 量
院 娜 用 水 与 净 益 的 系 明 各 用 户 用 …
运 效 关 水 过 怪
， ，
平 衡 时 段 水 量 平 水 库 水 量 平 内 量 平
衡 衡 年 水
睡 立 子 区 和 干 泣 优 化 配 水 里
衡
，
匕
上 约
下 限 束 为 结 点 水 量 上 下 限 约 束 河 道 内
建 立 水 库 优 化 洲 度 一 ， 棋 夕
，
水 量 上 下 限 约 束 水 库 库 容 上 下 限 约 束
， ， ，
防 洪 约 沙 约 防 约 水 电
束 排 束 凌 束 力 发
应 立 全 位 城 水 资 优 化 分 配 棋 蟹 和 多 目 标 非 劣 解 生 成 一 旦
， 、
约 运 渔 业 其 它 约
束 航 等 束
、 、
约 图 立 水 源 优
其 它 束 如 劳 动 力 约 束 资 金 约 束 资 源 约 建 流 域 资 化
分 配 模 型 流 程 图
束 等 视 具 体 情 况 而 定
， ，
。
以
上 约 束 条 件 中 决 策 量 均 非
变 负
· ，
流 学
德 片 等 黄 河 域 水 资 滚 综 合 利 用 优 化 分 配 研 究 河 海 大 科 研 报 告
目
第 卷 第 唐 德 善 黄 河 流 域 多 标 优 化 配 水 模 型
期
’
黄 河 流 域 多 目 标 优 化 配 水 模 型 的 求 解
， ，
川
利 用 递 阶 分 析 法 求 解 递 阶 就 是 逐 级 层 优 化 在 求 解 模 型 时 可 将 原 来 复 杂 的 大 系
，
统 优 化 问 题 划 为 干 个 小 的 子 系 统 优 问 题 已 解 出 的 局 部 最 通 过 其 互 的 联 系
分 若 化 将 求 优 解 相
’
」
聚 起 再 利 用 系 方 法 出 总 最 图 明 了 解 型 思 路 和 过 程
合 来 大 统 求 体 优 解 表 求 模 的
， ，
利 利 用 优 化 结 果
减 减 少 边 际 效 益 益
区
低 低 的 子 用 水 水
目
图 配 图
求 解 多 标 优 化 水 模 型 流 程
，
解 型 需 入 的 有 关 数 天 主 要 文 流 和 区 间 入 流
求 模 输 据 然 径 流 资 料 平 水 年 水 站 天 然 径 各
一
偏 估 水 年 主 要 水 文 站 天 然 径 流 和 区 间 入 流 区 用 门 况 和 子 区 各 部 引
各 各 水 部 情 门
、 、
水 系 数 和 回 归 水 系 数 子 区 用 上 下 和 干 流 用 上 区
各 水 部 门 限 各 水 部 门 下 限 子 各 部 门 效
益 干 流 各 河 段 主 要 特 征 水 子 区 门 系 和 溉 额
年 平 各 各 部 引 水 年 内 分 配 数 灌 定 年
，
水 平 各 地 区 各 门 引 水 年 内 分 配 系 数 和 溉 定 额 目 标 的 有 如 各
部 灌 水 库 蓄 水 关 参 数 水 库 有 效
、 、 、
运 比
库 容 用 规 则 权 系 数 最 优 化 交 换 等
， ， ，
店 德 片 等 黄 河 流 域 水 资 睐 多 标 优 化 分 配 研 究 河 海 大 学 科 研 报 告学 学
河 海 大 报
年 月
黄 河 流 域 多 目 标 优 化 配 水 果
成
非 劣 解 集 的 生 成
，
以 上 入 目 型
将 数 据 输 多 标 优 化 配 水 模 经 多 次 使 用 大
，
型 机 进 不
计 算 行 分 析 计 算 可 计 算 出 不 同 水 平 年 同 来 水 情
况 下 水 库 不 同 水 量 对 应 的 最 优 分 配 方 也 称 之 为 非 劣
蓄 案
，
解 据 此 出 应 的 见
集 可 给 相 非 劣 解 集 曲 线 图
的 求
佳 协 调 解 推
、
习 侧 拼 长
， ，
于
对 图 中 曲 线 上 的 任 一 点 都 有 可 能 为 决 策 者 选 用 每
，
口
一 非 劣 解 反 映 了 目 标 的 一 目
都 间 相 互 关 系 个 标 值 的 提 高
，
必 然 导 致 另 一 个 目 标 的 降 低 从 社 会 或 决 策 者 的 角 度
，
看 若 认 为 某 一 个 目 标 如 水 库 蓄 水 量 减 少 一 个 单 位
污
， ，
另 一 目 经
亿 能 使 个 标 济 效 益 增 加 个 单 位 亿
，
“ ， ”
一
元 是 合 适 的 则 为 二 目 标 之 间 最 优 交 换 比 实 际
， 水 ， 亿
砂
，
上 非 劣 解 曲 线 上 各 点 切 线 的 负 坡 度 反 映 了 水 目 标 对
蓄
“ ” ， 效
困 年 水 平 蓄 水 贵 与
净 效 益 目 标 换 比 之 益 比 少
的 交 值 通 常 称 为 效 交 换 即
， 益 关 非 劣 解
系
蓄 亿 水 能 换 得 亿 元 净 效 益 使 的 非 解 即 为
劣
，
舌 毛 二
一
， 作 计 算 总 蓄 水 量 时 取
二
最 佳 协 调 解 如 图 曲 线 上 处 下 面 列 出 二 个 最 佳 协 调 解
，
正
负 号 表 示 号 表 示 库 衡 水
供 水
的 配
优 化 分 成 果
。 。 。
年 水 平 最 优 化 分 配 果 见 表
结
表 年 水 各 区 间 水 级 优 化 分 配 表
年 水 亿
份 玛 龙 兰 兰 河 三
一 龙 一 一 河 一 龙 龙 一 三 一 花 花 一
利
。 ，
。 。
。 。 。
。 。
。
。
。
。
。
。
。
。
】
。
。 。
。
合
钦
耗 水
一
产 。
矛 舌 耗
水
、 、
、 ，
尹 ，
三
【
汁 几 业 〔
活 耗 水 均 为 流 域 内 耗 水 二 一 花 与 花 一 利 的 总 耗 水 最 含 有 流 城 外 河 南 山 东 冲 冀 耗 用 的 黄 河 水
一
多 目 型
卷 第 期 唐 忿 善 黄 河 流 城 标 优 化 配 水 模
第
，
表 枯 水 各 区 间 水 优 化 分 配 表 水 亿
年 年
“
』 玛 龙 兰 一 河 河 一 龙 龙 三 三 花 花 利
份 一 龙 一 一 一 一
。 。 。
。 。 。
。
，
。 。
。
】
。 。 。
二 卜
。 。 。 。
八 ， 吕 ‘ 丹 乃 ‘ 巴 ﹃ 丹 勺 月 一 ‘ ， 了 ︺ 研 ︸ 了 ‘
了 产
。 。 。 。
。 。 。
， ︸ ‘ 月 ‘ ﹄ 月
曰 八 甘 口 甘 已 甘 口 恤 曰 月 ， 矛 月 勺 ” 曰 ， 亡 月
… …
。
…
。
。 。
。
合 计
。
几
诸 卜 耗
水
一
。
‘
护 亏
耗 水
、
， 一 一 一
，
卜 研 卜 三 区
生 活 耗 水 均 为 流 域 内 耗 水 花 与 花 利 的 总 耗 水 最 中 其 中 花 利 间 约 亿 含 有 流 域 外 河
、
、
一
有 东 津 冀 耗 日 的 黄 河 水 从
表 水 库 优 化 调 度 运 用 情 况
年
，
量 偏 枯 水 水 量
平 水 年 水 亿 年 亿
份
三 三
峡 门 峡 龙 羊 峡 门 峡
龙 羊
。
初 库 容
。
︸
。
。 。
】
。
】
】
。
。 。
。 。
。 。 。
。
。
一
一
年 落 水 量
注 羊 峡 含 刘 峡 库 联 调 三 峡 含 底 联 调
龙 家 水 门 小 浪 水 库
河 海 大 学 学 报
月
年
结 果 分
析
’ ，
，
由 文 知 河 河 用 流 入 海 水
献 黄 可 供 道 外 利 的 径 量 为 亿 输 沙 量 相
‘
又 ，
亿 国 务 院 准 的 耗 用 黄 河 正 水 文 份 优 配 果 为 正
批 年 水 量 亿 常 年 化 分 结
， ，
， ，
口
常 水 文 年 份 耗 用 黄 河 水 量 亿 入 海 水 量 亿 河 镇 年 径 流 量 亿
， ，
口
国
据 务 院 批 准 的 分 水 方 案 计 算 年 水 平 河 镇 断 面 多 年 平 均 水 量 亿 偏 枯
， ，
，
刁 口
一
水 份 用 黄 河 水 量 村 入 海 河 径 流 量
年 耗 亿 水 量 亿 镇 年
， ，
，
亿 水 库 供 水 量 亿 优 化 分 配 结 果 反 映 了 黄 河 的 实 际 情 况 是 合 理 的
， ，
由 优 化 分 见 流 用 已 近 上 在
配 结 果 可 黄 河 域 耗 的 黄 水 量 接 黄 河 可 供 水 量 的 限 即
河
年 的 用 水 量 不 应 过 优 化 用
超 分 配 的 水 量
结 束 语
， ，
本 文 所 提 型 能 同 时 及 在 时 和 空 上 配
模 解 决 水 库 合 适 的 供 水 量 其 间 间 的 优 化 分 求 解 方
，
法 简 易 适 用 强 克 服 了 现 有 方 法 的 些 不 足 之 处 型 能 在 综 考 虑 河 道 内 需 水 的
性 计 算 某 模 合
，
、
条 件 下 分 层 次 递 阶 研 究 子 区 及 河 段 各 个 部 门 各 类 用 户 之 间 的 水 资 源 优 化 分 配 及 流 域
、 ，
上 游 各 子 区 之 间 的 优 配 流 国 民 经 展 具 强 用
下 化 分 为 域 济 发 提 供 了 有 效 依 据 有 较 的 适 性
， ， 一
和 灵 活 性 采 用 递 阶 动 态 规 划 法 模 型 提 高 了 速 度 在 机 上 计 算 一 次 需
求 解 计 算
，
难
时 间 分 钟 亦 可 在 微 机 上 实 现
参 文 献
考
，
唐 德 善 大 流 域 水 资 源 多 目 标 优 化 分 配 模 型 研 究 河 海 大 学 学 报
，
唐 善 缺 区 水 资 源 优 配 型 研 河 海 大 学 学 报
德 水 地 化 分 模 究
，
姚 汝 祥 等 水 资 源 系 统 分 析 及 应 用 北 京 清 华 大 学 出 版 社
，
唐 德 善 流 域 水 资 源 优 化 分 配 协 调 算 法 研 究 河 海 大 学 学 报 水 力 发 电 专 辑
· ，
河 卜 流 文 泥 沙 分 研 究 河 学 研 报
德 片 等 黄 水 析 报 告 海 人 科 告 |
|
