吴倩+张雷
摘 要：修建水电站之前，沿着一条河流选择合适的地址修建水电站是十分重要的，现有的水电站选址大多都是采用多项指标综合评价方法，该方法虽然简单，能全方面的考虑，但不易表现出单个因素对于选址的影响。我们选取坡度为单一影响因素，建立以坡度最大为目标，以安全保证设置3个约束条件的单目标优化模型，并以赞比西河为实例，沿着赞比西河选取合适的位置证明模型的可靠性。
关键词：水电站 选址 坡度 单目标优化模型。
中图分类号：P20 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0048-02
地址的选择是建立水电站前期的一个重要环节，选址的正确与否不仅关系着建立水电站的形式及材料，而且关系着水电站能生产的电量与水电站的储水量。现在大多采用的水电站选址方式是多项指标综合评价方法，该方法虽然简单，能全方面的考虑，但若各指标之间相关性较大，会导致评价的重复，同时多项指标综合评价方法采用的是人为主观赋权，即评价者从自己主观角度出发判断各个因素对该结果的影响程度来对各个指标赋权，这是极易导致指标的权重与实际相比偏大或偏小，没有办法反映出某一因素对建立水电站位置选择的真实影响。因此，我们将影响修建水电站位置的一个因素提出来——坡度，单独建立水电站选址与坡度有关的优化模型，致力于研究出在保证安全的前提下，坡度对于选址的影响。
1 建立与坡度相关的优化模型
水电站是将水流动产生的势能转化为电能的综合工程设施，产生的电能大部分将运送到市区内供居民使用，从而收取电费。从收益的角度考虑，产生的电量越多，收益越大。在保证安全的前提下，收益最大化是最好的选择。假设修建的水电站的装机容量是相同的，由于电能是由势能转化而来，根据能量守恒定理，能够提供最大势能的位置，就是能够产生电量最多的位置。通过分析影响势能的因素，发现坡度越大，所能提供的势能最多，因此，以坡度最大为目标建立优化模型如下：
式中，为平均每个水电站能够提供的势能；为在同一条河流上修建水电站的数量；为第个水电站的坡度。
为了保证安全这里有两个约束条件。
若修建多个连续水电站，即n≥2时，相邻两个水坝之间的距离限制：
每个水坝修建处的坡度限制：
水电站的修建主要从相邻两水电站的位置与相邻两个水电站的坡度差去限制的。因为沿着同一条河流修建多梯度水电站时，在高度相同时，若相邻两个水电站的距离比较近，水电站的储水量就相对比较小，水电站的发电效率较差。另一方面，若相邻两个水电站之间的坡度較大，则水流对后一个水电站的冲击力会比较大，从而造成后一个水电站承受的压力很大，极易发生事故，为了防止发生事故就必须使用更好的材料，同时还需要更好的技术，不管是从成本，还是从施工难易程度上讲，都是不划算的。
2 实例分析
位于赞比西河上的卡里巴大坝是非洲最大的水坝之一，自它开始工作起，津巴布韦和赞比亚超过50%的电都由它提供，惠及450万人，然而近年卡里巴大坝出现了严重的结构问题，南非的风险管理所在2015的报告中称：卡里巴大坝急需修复，一旦倒塌，居住在的赞比西、津巴布韦、莫桑比克和马拉维的350万人都会被危及。卡里巴大坝的修复工作是刻不容缓的，若赞比西河管理局悬着修建多个连续水坝取代现有的水坝，则水坝的选址是他的首要问题。
将上述模型运用到此问题中，沿着赞比西河使用MATLAB搜索求出27个位置，然后在27个点中重新仔细搜索，最后选出13个位置作为建议修建水电站的位置，每个位置的坡度以及与卡里巴大坝的距离见表1。
3 结语
基于坡度建立的优化模型是在保证安全的前提下，解决水电站选址的重要方法。运用多指标综合评价方法选址虽然能较全面的考虑影响选址的因素，但人为主观判断对结果的影响较大，并且不能体现出某一因素到底是如何影响选址的。我们建立的优化模型从坡度这一因素出发，给出了在只考虑坡度的情况下，应该如何选择建立水电站的位置，从而表现出坡度是如何影响的选址的。最后进行实例分析，由卡里巴大坝的实际情况计算出结果，比较可知我们建立的模型具有一定的合理性。
同时模型的另一个优点在于它不仅适用于建立单个水电站，还适用于建立多个连续的水电站。沿着一条河流建立多个连续水电站，相较于一个大型水电站，它能更好地利用水利资源，产生更多的电能，抵抗洪水灾害的能力也更强。相信未来会有越来越多的多个连续水电站取代现有的单个大型水电站。
参考文献
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