基于LINGO的梯级水坝系统选址优化建模

梯级水坝系统能够对水能进行梯级开发，达到河流水力资源的合理开发和综合利用的目的。本文以卡里巴大坝为例，假定将原有水坝改建为梯级水坝系统。在获得赞比西河中游河段卫星高程数据后，利用地理分析软件得到其中数百公里河段有条件建立梯级水坝的地点及相关地理信息。在利用线性回归拟合模型分析数据误差后，论文利用分析软件筛选出千余组水坝可能选址地点的河流截面和库容数据。最后，利用层次分析法建立了综合评价目标函数，并建立线性优化模型利用软件对水坝选址方案进行优化求解，得到成本和经济效益均超越原有大坝的优化解集。本文的研究方法对水利系列的开发有较大的借鉴意义。

美国大坝安全委员会(Association of State Dam Safety Officials)指出，大坝的平均寿命为50 年，NID数据库中确定的美国大坝中有1/4 的大坝寿命已经超过了50 年。由于建坝时间过长，于“大坝建设的黄金时期(1950~1970)”完工的大量坝体安全问题不断增多，一旦溃坝将会对下游地区造成灾难性影响。随着水电发展“十二五”规划的推进落实，大型流域梯级水库系统将逐渐形成，其联合调度必将获得巨大的电力补偿效益和水文补偿效益，对缓解能源短缺、落实科学发展观、贯彻国家“节能减排”战略以及履行减排承诺均具有重要的理论指导意义和工程实用价值[1]。而本文将以世界库容量排名首位的卡里巴大坝为范本，将梯级水坝系统应用于赞比西河卡里巴水库上下游流域，建模分析其选址位置，并进行优化。

经过对赞比西河流域的数据分析，对于赞比西河上中下游的水利开发价值评估方面，本文可以得出以下结论： 1) 赞比西河上游河段：自河源至维多利亚瀑布为其上游河段，长1285 km，主要流经高原地带，河道多弯曲、纵坡缓、水流缓慢，基本不具备水力开发价值。

2) 赞比西河中游河段：自维多利亚瀑布往下游，沿赞比亚与津巴布韦边境直至莫桑比克境内的卡奥拉巴萨为干流中游河段，长约870 km，该段大部分河道切过砂岩层，部分河段切过玄武岩层，水流缓急依河流宽窄而变化，多瀑布及峡谷急流，落差达670 m (未包括维多利亚瀑布)，水电资源非常丰富，开发条件非常好。

3) 赞比西河下游河段：卡奥拉巴萨以下直至河口为干流下游河段，长约580 km。卡奥拉巴萨水库拦河坝以下约70 km 长为峡谷河段，河道宽约100~430 m，落差约70 m，水流湍急，两岸山体雄厚，与河谷高差一般为100~380 m，水电资源丰富，开发条件好。其之下约150 km 河段河道受两岸地形制约，开发条件较差或不具备开发价值[2]。