第３卷第４期 ２０１７年４月 黑龙江水利 Ｖｏ１．３。Ｎｏ．４ Ｈｅｉｌｏｎｇｊ ｉａｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ａｐｒ．，２０１７ 蒲石河抽水蓄能电站土石方调配方案研究 宋浩然 （辽宁省观音阁水库管理局，辽宁本溪１１７１００） 摘要：针对蒲石河抽水蓄能电站的土石方明挖料和洞挖料的利用率进行调整，分别建立两种土石方调配方案。 利用元胞自动机模型和求解方法进行方案的调配结果计算，最终选择出更为合适的方案。该方案在满足各填筑部 位物料需求的前提下，提高了利用率和中转率，降低了工程造价，对类似工程具有一定的参考价值。 关键词：蒲石河抽水蓄能电站；土石方调配；元胞自动机模型 中图分类号：ＴＶ５４１ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９６—０５０６（２０１７）０４—００５３—０５ １ 工程概况 蒲石河抽水蓄能电站是我国东北地区新建的 大型水利工程项目，位于辽宁省宽甸满族自治县 长甸镇境内［ 。该工程总投资约４５亿元，设置４ 台机组，装机总容量１２０万ｋＷ。工程建成后将担 负东北电网的调峰、填谷任务，对保证东北电网 ２基于元胞自动机土石方调配模型 ２．１建模背景 蒲石河电站工程的堆石坝物料需求很大，需 要进行大量的土石方调配，同时需要多料源、多 料种上坝，而开采料场只有一个。因此，从供料 源到受料源多为一对多的形式，都需要进行合理 的料物匹配，以满足施工要求。为了达到料物的 的稳定运行具有重要作用。蒲石河抽水蓄能电站 为工等大（１）型工程，主要由上下游水库、混凝土 面板堆石坝、上下水库进水口、泄洪排沙闸坝， 以及地下厂房组成。其中，上水库大坝坝顶全长 ７１４．０ ｍ，坝顶宽１０．０ １ＴＩ，坝顶高程３９５．５ ｍ，最 大坝高７８．５ １ＴＩ，坝上、下游坡比均为１：１．４，大 坝最大底宽２３７．３ ｍＥ 。 按照电站的施工组织设计，其施工难点主要 开采、转运、填筑等环节的综合平衡，同时兼顾 上下游大坝同时施工的特点，特选用元胞自动机 这种时间与空间均离散的建模原理进行调配模型 的构建＿３］。 ２．２土石方调配模型的构建 土方调配模型需要达到的目的是：满足工程 费用、工期、质量等相关要求，得到土石方的来 是施工工期紧张，上下水库同时施工，需要进行 多项目交叉作业，物料运输协调十分复杂。其中 土石方平衡调配是施工组织设计和工程管理的重 要内容。合理设计土石方调配方案，可以减少开 采、弃渣、转运等诸环节的工作量，缩短工期、 源、流向、路径及调配数量等详细信息，为调配 方案的优化提供依据［ 。模型的具体构建流程如图 ｌ所示。 划分调配涉及的项目 定义元胞和元胞空间 降低成本。而调配方案的／Ｉ￣，Ｎ实施又会对施工进 度、项目区环境产生明显影响。因此，制定合理 的土石方调配方案就显得尤为重要。 确定演化规则｝＝＝＝＝＝ 元胞自动机模 确定模拟时『自Ｊ 确定元胞初始状态 图１模型的构建流程图 作者简介：宋浩￣（１９８４一），男，辽宁铁岭人，工程师，主要从事水利工程建设与管理工作。Ｅ－ｍａｉｌ：Ｃｚ１００Ａ＠１６３．ｃｏｍ。 黑龙江水利 第３卷 本次研究中的元胞代表所划分开挖项目、填 筑项目、料场、中转场、弃渣场五个项目，元胞 空间代表调配项目所在的上库区和下库区两个区 域［５］。土石方调配项目主要包含供料源和受料区， 供料源主要包括开挖料、料场开采料、中转场中 转料；受料区主要包括开挖填筑项目，中转场， 弃渣场。对系统进行网格划分后，确定元胞和元 整，分别设计方案一和方案二进行对比，并利用 元胞自动机模型与求解方法，计算两种方案的调 配结果，以选择更为合适的方案。方案一和方案 二的利用系数见表１。由上、下水库的填筑料需求 可知，上水库尽可能利用自身开挖获得的可利用 料，不足部分由尾料场供给。下水库的开挖料主要 是强风化料，只有部分进、出水口和库盆处理获得 的弱风化料可以用于工程填筑，而大坝填筑所需的 胞空间的网格，结合计算机的处理能力，本次研 究选择５０×５０的网格。模型的时间维采用仿真钟 的方法模拟，初始值为０，步长为１，模拟时间单 元为“月”。模型的演化规则为：①读取元胞的初 始状态；②读取相关信息；③更新元胞状态，获 石料主要由上水库洞挖料和尾石料场提供。 表１土石方明挖料利用系数 取下一元胞的信息进行更新；④以更新后的元胞 状态为基准，计算下一时间步长内的元胞状态； ⑤记载调配活动；⑥模拟时段完毕，演化结束［ 。 ２．３调配模型的求解方法 本文利用元胞自动机思想和邻居状态及其演 化规则进行调配结果的求解＿７ ］。建立土石方调配 模型后，以计算机编程语言Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２０１０为 开发平台模拟设计整个土石方调配过程。 ３土石方调配方案比选 ３．１调配方案的设计 ３．２方案一的调配计算 对坝体填筑前土石方开挖转存流向利用模型 进行调配后，获得的供料源及受料区的上坝填筑 的方式见表２和表３。 针对土石方明挖料和洞挖料的利用率进行调 表２供料源上坝方式统计表 第４期 宋浩然．蒲石河抽水蓄能电站土石方调配方案研究 对上、下库区的主要项目进行土石方调配， 结果见表４和表５。由表中数据可知，上、下库区 各填筑项目所需物料由开挖项目提供 ２５０万ｍ３的可利用石料，由下水库中转场可提供 约１４．４１万ｍ３弱风化新鲜石料，由砂石加工系统 提供１６．Ｏ７万ｍ。加工石料，公路弃渣场可回采 １４０．４１万ＩＴＩ。，由上水库库尾石料场需提供 ８．９３万ｒｎ。新鲜石料。 １０４ ｍ３ 表４上库区主要项目土石方调配结果 表５下库区主要项目土石方调配结果 １０４ ｍ３ ３．３方案二的调配计算 对坝体填筑前土石方开挖转存流向利用模型 进行调配后，获得的供料源及受料区的上坝填筑 的方式见表６和表７。 表６供料源上坝方式统计表 对上、下库区的主要项目进行土石方调配， 万ｍ。的可利用石料，由下水库中转场可提供约 ２６．０１万ｍ。弱风化新鲜石料，由砂石加工系统提 供１６．６７万ｍ。加工石料，公路弃渣场可回采 ８．９３万ｍ３新鲜石料。 结果见表８和表９。由表８和表９可知，上、下库 区各填筑项目所需料物由开挖项目提供 １４６．９２万ｍ３，由上水库库尾石料场需提供２４１．２９ ・５５・ 黑龙江水利 第３卷 表８上库区主要项目土石方调配结果 １０４ ｍ３ 表９下库区主要项目土石方调配结果 １０４ ｍ３ ３．４结果分析 从计算结果可以看出，两种方案中的上、下 ４结论 水库的原料均采用直接上坝的方式，上坝率较高， 对中转填筑量的需求均较小，有利于施工过程中 的道路运输，降低施工成本。 从土石方填筑平衡计算结果来看，方案二的 （１）由方案的调配结果可知，基于元胞自动机 的土石调配模型可以用于水利工程土石方调配计 算，能够显著提高料物的直接上坝率、降低了中 转量与开采量，可以有效解决这一施工难点。 （２）通过对两方案的计算结果对比，方案二石 料场的开挖量较方案一少，且石方的开挖利用率 较高，但施工过程中因为各种不可预知的因素造 成石方的损耗加大，则很难进行二次开挖进行补 开挖料利用率较大，石料场需要提供２４１．２９万ｍ３ 的石料，相比方案一减少８．７１万ｒｎ３，而下水库中 转场提供给大坝的过渡料填筑石料比方案一多 １１．６０万ｍ３，从而减少了石料场的开采量。 ・ ５６・ 第４期 宋浩然．蒲石河抽水蓄能电站土石方调配方案研究 充。因此， 综合考虑各种因素，建议采用方案一 ［５］ 周厚贵，曹生荣，申明亮．土石方调配研究现状与发展方向 更为合适。 ［Ｊ］．土木工程学报，２００９，４２（２）：１３１—１３８． ［６］ Ｖａｈｄａｔｉｋｈａｋｉ Ｆ，Ｈａｍｍａｄ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ ｎｅａｒ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ 参考文献： ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｒｔｈｍｏｖｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｕｓｉｎｇ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１４（４２）： Ｉ－ｌｌ 刘大群．蒲石河抽水蓄能电站的渣场布置与防护口］．水利技 ５Ｏ一６７． 术监督，２０１７（１）：４８—５１． Ｅ７］ 张晴，周宜红，龚攀．绩溪抽水蓄能电站土石方调配方案研 Ｅ２］ 董秋艳．蒲石河水库库区水井封堵技术Ｉ－Ｊ］．黑龙江水利， 究［Ｊ］．水电能源科学，２０１６（３）：１３６—１３９． ２０１６（５）：７４—７６． ［８］ Ｊｏｋａｒ Ａｒｓａｎｊａｎｉ Ｊ Ｈ Ｍ Ｋ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｇｉｓｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓ— ［３］ 陈国宏，蔡彬清，李美娟．元胞自动机：一种探索管理系统 ｓｉｏｎ，Ｍａｒｋｏｖ ｃｈａｉｎ ａｎｄ ｃｅｌｌｕｌａｒ ａｕｔｏｍａｔａ ｍｏｄｅｌｓ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ 复杂性的有效工具［Ｊ］．中国工程科学，２００７（１）：２８— ｕｒｂａｎ ｅｘｐａｎｓｉｏｎｌ，Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅａｒｔｈ， ３２，３９． ２０１３（２１）：２６５—２７５． －１４］ 李晓伟，刘大炜，姜韶阳，等．基于线性规划的土石方动态 调配系统建模仿真［Ｊ］．人民黄河，２０１３（３）：１２０—１２３． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｅａｒｔｈ—ｒｏｃｋ ｗｏｒｋ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ Ｐｕｓｈｉｈｅ ｐｕｍｐｅｄ－ｓｔｏｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ＳＯＮＧ Ｈａｏｒａｎ （Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｃｒｕａｎｙｉｎ Ｐａｖｉｌｉｏｎ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｂｅｎｘｉ １１７１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ａｄｊ ｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｅａｒｔｈ－ｒｏｃｋ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ Ｐｕｓｈｉｈｅ ｐｕｍｐｅｄ—ｓｔｏｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ，ｔｗｏ ｅａｒｔｈ—ｒｏｃｋ ｗｏｒｋ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｕｓｉｎｇ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ａｕｔｏｍａｔａ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｏｌｖｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ，ｆｉｎａｌｌｙ ａ ｍｏｒｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｓｃｈｅｍｅ ｗａｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｒｅｒｅｑｕｉｓｉｔｅ ｏｆ ｍｅｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｆｉｌｌｉｎｇ ｐａｒｔ，ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｔ ｒａｔｅ，ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｊ ｅｃｔ ｃｏｓｔ，ａｎｄ ｈａｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｕｓｈｉｈｅ ｐｕｍｐｅｄ－ｓｔｏｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ；ｅａｒｔｈ－ｒｏｃｋ ｗｏｒｋ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ；Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ａｕｔｏｍａｔａ ｍｏｄｅｌ ・５７・
