城市供水原水系统是城市供水系统的重要组成部分，是随着城市的发展， 为满足不同历史时期的城市供水需求而逐步形成的多水源、多种输配水工程、 多级提升设备组合构成的复杂系统。不同水源的原水价格和不同输配水工程输 配水的能耗成本组成了原水系统的供水成本，并成为城市供水系统运营成本的 重要部分。以原水系统供水成本最小化为目标的城市供水原水系统优化调度理 论和应用研究具有重要的经济和科学意义。 城市供水原水系统可以描述为从各水源单元输送、分配原水到各用水单元 的过程系统，是一个由各种输水过程单元(泵站单元、水池单元、管道单元、 渠道单元等)按照一定的方式相互联结在一起形成的动量传递过程系统。 城市供水原水系统优化调度理论研究是水资源开发利用研究的重要内容， 课题研究的广义目标是基于社会和经济可持续发展，从社会、经济效益的观点 出发，使水资源的开发和利用与经济和环境协调发展，其优化调度一般是包括 经济、环境和社会的多目标、多层次的优化目标。原水系统优化调度课题的狭 义目标是研究原水系统(包括河流、泵站、水库、渠道、输水管网等)运行调度 的优化模型、优化技术和调度决策，即用系统工程的观点和系统分析的方法对 原水系统的运行调度方案进行综合分析，在满足社会需求的前提下，在一个调 度周期(一年)内，保证供应城市供水所需原水量的多水源联合调度运行最优化 方案，使原水系统的综合运行成本(包括水资源费、电费)最低，即是本论文 研究的内容。 本论文针对原水系统的特点，运用图论分析原水系统的供水路径数、流量 平衡、最大(或最经济)输水能力、配比因子等系统特性。提出了适合原水系 统调度运行决策的概化仿真模型和建模方法。 城市供水原水系统的输入(来水量)和输出(需水量)的预测是原水系统 优化调度的基础，本论文研究了适用于原水系统调度运行中不同时间尺度(年、 月、日)需水量的预测方法以及随机水源单元—水库来水量的预测方法，并在 厦门市原水系统优化调度的研究课题中进行了运用研究。 城市供水原水系统优化调度的核心问题是针对水资源时空分布不均的特 征，在已有原水系统水力设施不变条件下，将不同地区、不同时段和具有不同 来水规律的各类水源统一调度，保证满足城市供水的原水需求量，寻求原水系 统整体运行费用最低的决策方案。优化调度的模型的求解思路为在时间和空间 上进行二层优化分配，首先是水源单元在一个调度周期(年)的时间内采用动 态规划的方法对各个水源单元的原水量进行优化分配，然后在空间上采用非线 性规划方法对各输水单元进行优化流量分配，建立时间和空间上的两层优化数 学模式，这部分的研究是本论文研究的重要成果。 本论文研究采用开环迭代控制策略，即在整个决策过程中，单月控制可看 作简单的开环策略，每个月末根据反馈调整则可看作闭环控制，以低计算量将 开环策略和闭环策略加以结合，在控制过程中有很好的鲁棒性，在一年的决策 期中，根据实际情况不断修正最优化问题中的参数，实现原水系统滚动优化调 度的动态控制策略。 城市供水原水系统中包括有大量的抽水泵站和输水泵站子系统，泵站子系 统分为调速泵站与定速泵站。本论文针对优化问题数学模型非线性和带有约束 条件的特点，采用遗传算法求解调速原水泵站的优化调度决策问题，以厦门市 大型原水泵站江东泵站的优化控制运行为应用实例，具有显著的优化节能效果。 城市供水原水系统中蓄水单元(水库)的年末余留库容是原水系统调度的 年末状态，本论文运用模糊数学对水库年末余留库容的确定方法进行了探讨， 并对水库调度运行的控制线的确定进行了探讨，以厦门市坂头水库的实例说明 了该方法的可行性。 城市供水原水系统可以描述为从各水源单元输送、分配原水到各用水单元 的过程系统，是一个由各种输水过程单元(泵站单元、水池单元、管道单元、 渠道单元等)按照一定的方式相互联结在一起形成的动量传递过程系统。本论 文通过对原水系统典型环节的研究，对原水系统的系统过程进行分析、研究原 水系统的控制要求、对象特性、干扰因素、约束条件等，选择适合于原水系统 静态和动态特性的控制方案。并采用广义预测控制理论，以厦门市原水系统模 型进行了计算机辅助优化调度与控制的应用研究。 创新内容和成果如下：本论文在国内较早提出了城市供水原水系统的优化 调度问题，并进行了全面、系统的研究；确立了城市供水原水系统在时间和空 间上二层优化调度的数学模式；运用图论原理分析原水系统的系统特性；研究 采用开环迭代控制策略，实现原水系统滚动优化调度的动态控制；采用模糊数 学运用于原水系统年末余留状态的确定方法；采用广义预测控制理论，以厦门 市原水系统模型进行了计算机辅助优化调度与控制的应用研究。 本论文研究成果应用于厦门城市供水原水系统的实际调度工作中，取得了 显著的优化效果。 本论文的部分研究工作得到了国家自然科学基金项目(50409016)的资助! 关键词： 原水系统 建模 预测 优化调度 控制 遗传算法