浑河流域防洪调度决策研究及系统设计

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1、大连理工大学硕士学位论文本文以辽浑太流域为工程背景，针对上述流域防洪调度决策中的三个关键问题，重点进行以下研究：基于粒子群算法的流域防洪优化调度；多目标防洪调度方案综合评价模型和基于B／S+C／S模式的防洪调度系统的设计与开发。1．2流域防洪调度概述1．2．1流域防洪调度任务按水库数目的多少，可将流域防洪调度分为单一水库调度和水库群联合调度；按调度的目标可分为兴利调度、防洪调度和综合利用水库(群)调度。防洪调度是水库(群)调度的重要组成部分，属于防洪非工程措施范畴，其主要任务是根据水库本身和(或)下游防护点设计的防洪要求(设计防洪标准、防洪特征水位、下

2、游河道允许的安全泄流量等)，根据自然地理条件、洪水特征及工程状况，利用一切有用的信息和先进的计算、通讯设备，拟定合理的调度方式和编制防洪调度规则等，在保证水库及下游防洪安全的前提下尽量多蓄水兴利川。1．2．2流域防洪调度的特点(1)防洪调度不仅需统筹考虑水库上下游的防洪矛盾，还要统筹考虑防洪与兴利的矛盾，是一个多目标、多属性、多层次、多阶段的复杂决策过程，具有复杂性、确定性、不确定性、实时性、动态性及紧迫性等多重特点【7’8】。防洪调度决策不仅要掌握洪水产生的原因背景及其发生发展的自然规律，即洪水的自然属性，同时还需把握洪水与人类社会的相互关系，包括洪

3、水对社会、经济、环境、生态的影响及以减轻其对人类造成损失为目的的活动，即洪水的社会属性。制约水库防洪调度的因素众多，这决定了防洪调度决策的复杂性。(2)在防洪形势分析与决策时，决策的产生在很大程度上受决策者的心理素质及对风险承受能力的影响。在诸多决策影响因素中，有些结构化较强，可定量描述；有些却是定性的，难以定量描述，而在防洪调度中，这些信息往往同时存在，定量与定性这两类目标都应在决策时加以考虑。(3)由于水库防洪库容和流域特性不同，在洪水量级判别条件的选择上也存在较大差别：对防洪库容较大的水库，由于调洪结果主要取决于入库洪水总量，往往以库水位作为判别

4、入库洪水量级的条件；对防洪库容较小水库，由于调洪结果主要取决于入库洪水流量，往往以入库洪峰流量作为判别条件；有些水库将峰前蓄水量作为判别条件。浑河流域防洪调度决策研究及系统设计1．3水库防洪调度决策的发展现状及其发展趋势区别于规划阶段的防洪调度，本文研究应用的是实时运行阶段的防洪调度，其关键不同点在于实时洪水调度决策只对当前时段或紧接下来的时段有效，在发生洪水时段内，由于受限于当前时段入库流量信息更新的影响，每天或每时都要进行决策，如何快速和简单地生成可行的洪水调度方案非常重要。按照调度所采用的基本理论不同，防洪调度方法可分为常规方法、优化方法和其它方

5、法。常规方法以传统的高等数学、概率论等为基础；优化方法以运筹学和系统科学为基础；其它方法是以最近几年发展起来的几门学科为基础，如神经网络、粒子群算法等。1．3．1常规防洪调度方法常规方法是一种半经验、半理论的方法，借助各水库的抗洪能力图、防洪调度图等经验性图表进行调度。在《水库控制运用》【9】及《综合利用水库调度》【10】中，较系统地介绍了常规调度方法。实际上，常规调度技术也在不断进步，早期的调度规则是不考虑洪水预报信息的，而近年来，随着洪水预报技术的日臻成熟，洪水预报信息逐渐被引入调度规则，很多水库构建了更加切合实际的组合条件的调度规则。随着科学技术

6、的发展和气象预报水平的提高，水库调度实时阶段面临的水文气象信息可利用性不断增加，基于气象预报信息的分类预报调度也开始被研究。除了采用预报结果之外，研究者们在提高预见期方面也进行了有益探索。常规方法采用的方案(如预泄、分级控制、无闸控制、人机交互的方案等)具体明确、执行简便，对预泄、错峰、补偿调度等具有一定的指导价值，但其所获得的结果一般是合理解，不是在一定约束条件下的最优解，带有一定的经验性和局限性。‘1．3．2防洪优化调度方法优化调度以运筹学为理论基础，利用现代的计算技术和最优化方法，寻求满足调度原则的最优防洪调度方式或方案。优化调度方法根据引用的理

7、论可分为：传统优化方法、模糊优化调度方法、大系统分解协调方法及其它优化调度方法等。(1)传统优化方法基于实际洪水信息的优化调度方法研究开始于20世纪50年代【61。1946年，美国学者Masse最早将优化概念引入单一水库调度。但直到50年代，系统分析、优化模型的引入及计算机技术的发展才使得水库调度问题在理论和应用研究上取得了长足的进展。1955年Little，J．D．C．【11】采用马氏过程原理建立的水库调度随机动态规划模型是水库优化调度开创性的研究成果。Howard，R．A．【12】于1960年提出了动态规划与马尔可夫过程一4一大连理工大学硕士学位论

8、文理论(如P)，使水库优化调度从理论上得到进一步完善。1972年Janison和wickson