湖北水政监察网

专业本科生参考:南水北调东线工程泵站(群)优化运行

发布日期:2019-05-09 11:14 来源:湖北水政监察网 作者:佚名 
封面及正文以出版版为准

程吉林张仁田龚懿著

本书以南水北调东线工程跨流域调水泵站(群)为研究对象,将大系统理论与泵站工程优化运行调度紧密结合,系统介绍了泵站单机组、泵站多机组、并联泵站群、梯级泵站群优化运行复杂非线性数学模型的构建及其求解方法,在撰写中力求体现研究对象的系统性和模型求解方法的先进性;以南水北调东线工程江苏境内典型泵站为研究实例,建立了一定时间段内,以调水量为约束、运行费用最小为目标的优化运行方案库。

全书共分为8章,主要内容包括:绪论,泵站(群)优化运行基本理论,低扬程泵站工况调节,单机组优化运行方法研究,泵站多机组优化运行方法研究,并联泵站群优化运行方法研究,梯级泵站群优化运行方法研究和泵站群优化运行决策支持系统等。

本书不仅适用于大中型泵站运行管理技术人员阅读,同样也可以作为高等院校相关专业本科生和研究生的参考书。

序 一

在可持续发展理念的指导下,特别是《里约宣言》发布以来,中国在水资源合理开发、高效利用、有效保护和综合管理等方面进行了大量实践探索,确立可持续发展的治水新思路,着力解决农村人畜饮水安全,推进节水型社会建设,开展水生态系统保护和修复,完善城乡供水系统能力,推行公众参与式管理,以占全球6%的水资源量,支撑了22%的人口和近10%的经济增长速率。受水资源自然条件、经济社会规模与发展阶段以及全球气候变化等因素的综合影响,中国正面临着水资源供需矛盾、水环境污染、水生态退化以及极端与突发事件频繁等突出问题。中国政府对此高度重视,科学制定水资源可持续利用战略,进一步完善水资源基础设施体系,改革水资源管理公共政策与管理系统,切实保障国家水资源安全,以水资源可持续利用支撑经济社会的可持续发展,实现途径主要包括全面建设节水防污型社会、实行最严格的水资源管理制度、强化水资源与生态环境保护、构建国家智能水网工程系统、建立水资源风险管理体系以及强化水资源的科技支撑等。

水资源合理配置是人类可持续开发和利用水资源的有效调控措施之一,水资源合理配置已经被写入《水法》中。水资源合理配置是指“在流域或特定的区域范围内,遵循有效性、公平性和可持续性的原则,利用各种工程与非工程措施,按照市场经济的规律和资源配置准则,通过合理抑制需求、保障有效供给、维护和改善生态环境质量等手段和措施,对多种可利用水源在区域间和各用水部门间进行的配置。”南水北调工程是实现跨流域调水、不同流域之间的水资源合理配置的一项重大举措。

南水北调东线一期工程主要向江苏和山东两省供水,由13个梯级泵站组成,抽引江水500m3/s,工程于2013年建成正式投入运行,是目前为止全世界规模最大、最复杂的长距离、多目标、多功能梯级泵站群,年运行成本达数十亿元。实现梯级泵站群的联合优化调度既是泵站群经济运行问题,更是水资源优化配置、合理利用的问题。扬州大学程吉林教授团队经过10多年的不懈努力,以泵站单机组叶片全调节、变频调节优化运行为研究单元,建立了梯级泵站群联合优化调度的大系统复杂理论体系和一系列数学模型的求解方法,填补了该领域的研究空白,并将研究成果成功应用于南水北调东线梯级泵站群的联合优化调度,取得显著的经济效益。《南水北调东线工程泵站(群)优化运行》一书的即将出版发行,我非常乐意地将该著作推荐给从事水资源配置、跨流域调水优化运行研究的广大学者和同行们!

 

中国工程院院士 王浩

2018年12月8日

序二
我国的水资源多年平均总量约为2.8万亿m3,居世界第四位,但人均占有量仅为2000m3左右,排名在110位,属于缺水型国家。同时,我国的水资源分布在地域和时间上严重不均匀。南方水多、北方水少,占土地面积47%的西、北干旱和半干旱地区水资源仅占总量的7%左右,而面积占53%的东、南地区,其水资源占总量的约93%;夏秋水多、冬春水少,年际之间差异大,一年降雨量的60%~70%集中在6—8月几个月的时间内,因此缺水地区常常会因为降雨量集中在极短的时段内发生洪水灾害,而无法实现有效利用。为此开展水资源在空间和时间上的调配历史久远,著名的有四川都江堰、广西灵渠等。20世纪60年代开始进行了具有现代意义的跨流域调水工程,以期充分利用水资源,为社会经济发展服务。

经过10多年的努力,南水北调中、东线一期工程建成并投入运行,实现了穿越淮河、黄河、海河三大流域,连接长江、淮河、黄河、海河四大水系,将有效缓解我国北方地区干旱缺水状况,改善生态环境,持续促进经济发展和社会进步。南水北调东线工程全长1135km,一期工程主要向江苏和山东两省供水,由13个梯级泵站组成,抽引江水500m3/s,过黄河50m3/s送山东半岛50m3/s,总调水规模为抽江水量148亿m3,总增供水量87亿m3。工程于2003年底开工建设、2013年建成正式投入运行,是目前为止全世界最大规模、最复杂的长距离、多目标、多功能梯级泵站群,年运行成本高达数十亿元。实现梯级泵站群的联合优化调度既是复杂的理论问题、又是工程实践迫切需要解决的问题。

《南水北调东线工程泵站(群)优化运行》一书是扬州大学系统工程专家程吉林教授与江苏水利勘测设计研究院有限公司泵站专家张仁田教高领衔团队经过10多年潜心研究的成果总结,将大系统理论与泵站工程运行调度紧密结合,从理论上解决了单机组、多机组(水泵同型号、不同型号)、并联泵站和梯级泵站优化运行数学问题,建立了以泵站(群)能耗费用最小为目标、规定时间段内调水量为约束、水泵叶片角、机组转速为决策变量的一整套数学模型及其有效的解法,是值得庆幸的优化理论重大突破。同时结合南水北调东线江苏境内梯级泵站群的工程实际制定了不同工况下运行调度准则,可直接运用于工程的联合优化运行,降低能耗、节约运行成本,此乃工程运行之根本所在!

是为序。


中国工程院院士

长江勘测规划设计研究院院长

全国工程设计大师

钮新强

2018年冬于武汉

(文字及版式以出版版为准)

该书将于2019年5月出版发行。责任编辑王照瑜 范冬阳