3.6 年周期序贯决策模型与确定型模型的计算结果比较
前面已经详细介绍了体现来水和需水的不确定性与周期规律的水资源优化配置方法年周期序贯决策模型，还从机理和操作等方面简略分析了该方法的优点。或许还有不少读者仍然存在这样的疑问：在来水和需水都不确定的条件下，年周期序贯决策模型所做的配置和调度是否合理可信?其计算结果与来水和需水信息完全已知的确定型模型的计算结果究竟差别如何?下面采用作者根据一些典型应用案例所作的对比分析结果，对这些疑问给予初步的、大致的定量说明。不同的系统差别会不同，具体需要读者在实践中摸索。
以来水和需水信息完全已知为条件的水资源优化配置（含水库群优化调度）确定型模型较多，但是可用于大型复杂系统（尤其是含数10座水库以上的系统）的不是很多。中国水利水电科学研究院王浩院士和甘泓教授于20世纪90年代初研发了一种水资源优化配置确定型模型，先是在海南省和新疆北部地区应用。该模型后经尹明万、魏传江等多人在实际应用中不断改进完善，先后被应用于解决海南省、华北地区、新疆维吾尔自治区、河南省安阳市、广东省珠海市、山东省青岛市和济南市、青海省海西蒙古族藏族自治州、辽宁省大连市大沙河流域和太子河流域及大凌河流域、海河流域、黄淮海地区、松辽流域等流域或区域的水资源优化配置问题以及南水北调东、中、西线调水工程、青海省引大济湟工程、吉林省中部城市群供水工程等调水工程涉及区域的水资源优化配置问题。通过众多应用实践的锤炼、磨合和验证，该模型技术成熟，可操作性强，计算结果比较可信，并且求解规模基本上不受限制，可适用于大、中、小型系统。为了对比方便，本书就选用该模型作为确定型模型的代表（下面简称确定型模型）与年周期序贯决策模型进行对比计算。
3.6.1 黔中水库群多用途优化调度计算结果对比
以下是年周期序贯决策模型和确定型模型对比计算的相同条件与不同之处：
对比计算的相同条件。为了保证计算结果的可比性，两模型采用的实际条件完全相同。年周期序贯决策模型与确定型模型面对相同的黔中水库群进行多用途优化调度问题。水库群见4.1.2节，系统网络结构如图4.1所示，多用途优化调度的价格方案是农业供水水价为0.2元/m3、非农业供水水价为2.0元/m3、上网电价0.3元/（kW·h），生态环境需水量情景为情景1（表5.4）；各水库来水量采用1968—2007年系列年月过程；规划水平年是2020年，规划水平年各计算单元的需水种类和需水量及其过程完全相同（来源《黔中水利枢纽一期工程初步设计报告》，简称《初步设计报告》）；其他条件相同（详见第4章至第6章）。
对比计算的不同之处。主要是两种模型对来水和需水的假定和处理方法不同。年周期序贯决策模型关于来水和需水的假定和处理方法如3.4.2节所述。确定型模型假定给定水平年（即规划水平年2020年）的来水和需水信息完全已知，并且按照计算单元、水资源种类和用水种类都事先将来水量和需水量长系列年月过程匹配好。每次从长系列过程中，取出一年的来水量和需水量过程统一进行优化调度和供需平衡分析，然后一次性同时做出全年各月的调度决策。下一次以上一年末各水库的蓄水量状况为初始基础，依据所取出的下一年来水量和需水量过程做下一年的计算和调度决策，直至40年系列计算完为止。
针对黔中水库群多用途优化调度，年周期序贯决策模型和确定型模型的计算结果对比见表3.2。
表3.2 年周期序贯决策模型和确定型模型的计算结果对比
两模型结果对比分析可知：
（1）只要掌握和正确利用了来水和需水的年周期变化规律和系统的容错能力，即使不知道未来来水和需水的具体过程，也能够得到与这些信息完全已知条件下的最优结果基本相同的总体结果。该案例系统总效益的多年平均值两者仅相差0.8%。
（2）用水边际效益越小的用途效益相对差异越大，这是两模型都按最优原则调度的结果：非农业供水的边际效益最高，两模型的供水量都优先满足需要，效益相同；农业供水的边际效益次之，效益相对差异次之（0.086%）；水力发电用水边际效益最小，不确定性带来的风险集中于此，效益相对差异最大（4.432%）。
3.6.2 海河流域环首都地区水资源优化配置计算结果对比
前面已经介绍了两种对比模型在来水和需水处理方面的差异，下面就只介绍对比计算的背景和相同条件。
对比区域是海河流域环首都地区，包括海河流域的滦河及冀东沿海、海河北系和海河南系三个水资源二级区；在行政区域上，地跨北京、天津、河北、山西、内蒙古和辽宁6个省（自治区、直辖市）涉及15个地市和2个盟；按照水资源三级区套地级行政区的方法划分计算单元（辽宁省朝阳市和葫芦岛市在海河流域的面积太小合并为1个），共39个计算单元。对比区域总国土面积183395km2。以1980—2005年水资源系列计算，该区域多年平均水资源总量为170.60亿m3，其中地表水资源量为99.48亿m3，地下水资源量为111.48亿m3，重复量为40.36亿m3。区内共有总库容1亿m3以上的大型水库23座，涉及的大型跨流域调水工程主要有南水北调中线和东线工程、万家寨引黄工程、引黄济津工程以及引滦工程（跨三级区）等。配置中社会经济用水行业是按照城镇生活、农村生活、工业及三产、农业灌溉、城镇生态划分的，河道内用水及入海水量是按照断面约束和统计的。为了使两种配置模型计算结果对比简单明了，本书将各行业配置结果按照“高效益用水”“低效益用水”进行合并，并假设高效益用水单位水量的价值是低效益用水单位水量的价值的6倍（目标函数中权重关系）。前者包括城镇生活、农村生活和工业及三产，后者包括农业灌溉和城镇生态。
该水资源优化配置没考虑水力发电，属于线性规划问题。
在相关研究中，主要用年周期序贯决策模型研究了该区域不同水平年的水资源优化配置问题，还专门采用年周期序贯决策模型和确定型模型对枯水年、丰水年和长系列情况，进行了水资源优化配置对比分析。对两种模型给出的最优解信息，就长系列优化配置的多年平均情况，不同来水典型年各单元、各行业的供需平衡及缺水率差异和不同水源供水情况，不同时段需水满足情况，水库汛前蓄水和汛后蓄水情况等方面进行了深入的对比分析。由于篇幅的原因，这里仅选取2030水平年长系列优化配置的多年平均结果进行对比分析。
针对海河流域环首都地区2030年水资源优化配置，两模型给出的最优解总体结果见表3.3，不同来水情况下两模型给出的分种类供水量差异见表3.4。以高效用水缺水率为例子，两模型长系列的整个水资源系统年缺水率差异过程如图3.7所示。枯水年份，整个水资源系统的时段最大缺水率往往要比年缺水率大得多。两模型得出的整个水资源系统高效用水的长系列逐年年内最大时段缺水率差异如图3.8所示。
表3.3 海河流域环首都地区2030年两模型计算结果对比
表3.4 海河流域环首都地区2030年两模型的供水量相对差异比较
图3.7 两模型水资源系统高效益用水的年缺水率过程比较
图3.8 两模型水资源系统高效益用水年内时段最大缺水率过程比较
对比发现：
（1）年周期序贯决策模型得到的最优解的多年平均总供水量与确定型模型得到的多年平均总供水量基本相同，两者仅相差0.15%，综合缺水率仅相差0.17%。然而从多年平均的分类供水量看，确定型模型向高效益用水多供了1569万m3,以低效益用水少供4989万m3为代价。按照两类供水量的权重衡量，多供的高效益用水的价值大于少供的低效益用水的价值。理论上，确定型模型的结果略优于年周期序贯决策模型的结果。
（2）不同来水年份，两模型的结果差异有所不同，枯水越严重年份高效供水量的差异越大。这是由于年计划期的实际来水量比多年平均值偏低越多，所造成年周期序贯决策模型的配置结果越不能达到来水量完全已知的理想结果。
（3）在大多数来水年份，年周期序贯决策模型得出的配置结果，高效用水年缺水率和时段最大缺水率与确定型模型的结果几乎没有差别，这主要是因为系统有很强的容错能力（有很强大的地表水水库调节能力和地下调节能力），对通常幅度内的来水量变化可以通过系统调节，使其满足需水过程的要求，但是对比大干旱情况特别是连续多年严重干旱，系统的容错能力并不能够充分弥补，于是年周期序贯决策模型得出的高效用水年缺水率和时段最大缺水率与确定型模型的结果差异就显现出来了。1980—1984系列是连续枯水年，年周期序贯决策模型得出的两种缺水率比确定型模型的稍大一些，1997—2002系统是严重的连续枯水年段，虽然1998年的来水量多一些，也只是属于平丰水年，但是1997年、1999年、2001年、2002年都是来水量非常少的，2002年是长系列中最少的，而且是连续枯水年段的最后一年，系统的容错能力最弱（例如，之前水库存蓄的、可灵活支配的水量最小）。在此严重的连续枯水年段，缺水率差异特别明显。2002年水资源系统的时段最大缺水率差异最大，年周期序贯决策模型为8.14%，确定型模型为0.08%。实际上，我们现在根本无法预知未来1月、几月、1年、几年的来水量，从而也无法明确知道需水量，严重枯水是在一定程度上出乎人们的预料，还是不能够完全调节过来，还是会加大缺水程度。因此，确定型模型给出的几乎不缺水的配置结果，偏于理想，实际上偏于不安全。也就是说，如果完全相信确定型模型给出的1997—2002连续枯水年基本不缺水的结论，不预备应急措施或预备不足，实际上又做不到完全已知来水和需水信息并依据它们最优地安排好所有时段、所有水源和供水工程向每一个计算单元每一种需水的供水量配置，就必定会遭受较大的缺水损失，尤其是那些供水条件差的计算单元缺水损失更加严重。年周期序贯决策模型给出的缺水率，虽然不是最理想的，但是提示人们遇到最不利的来水情况下，缺水程度有多大，相应的损失能否承受。如果不能承受，则事先要预备好应急措施，例如，降低需水量规模，或者增加应急备用供水措施和供水能力，只有在这类严重情况出现时使用。这样就有利于提高实际供水系统的安全保障。