南水北调京石段稳定调度状态分析

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1、南水北调京石段稳定调度状态分析　　南水北调工程即中华人民共和国的战略性工程。是指把长江流域水资源自其上游、中游、下游，结合中国疆土地域特点，分东、中、西三线抽调部分送至华北与淮海平原和西北地区水资源短缺地区。工程方案构想始于1952年国家主席毛泽东视察黄河时提出。自此，在历经分析比较50多种方案基础后，调水方案获得一大批富有价值的成果。工程规划区涉及人口4.38亿人，调水规模448亿立方米。工程规划的东、中、西线干线总长度达4350公里。东、中线一期工程干线总长为2899公里,沿线六省市一级配套支渠约2700公里。　　摘要：为了为南

2、水北调中线工程实现全线通水后的正常调度提供有益技术支撑和经验借鉴，本文基于2008～2013年底南水北调中线干线京石段工程已经完成的4次向北京输水任务的相关资料，通过回归分析、人工神经网络等方法确立了渠道在恒定流情况下，开度、上、下游水位与流量3者的关系，并对2种方法所得结论进行了对比。　　关键词：南水北调京石段;最小二乘法;神经网络;流量系数;稳定状态　　引言　　南水北调中线干线京石段工程起点为石家庄古运河枢纽进口，终点为北京市团城湖，渠线总长307.44km。渠线总长227.39km，其中建筑物长26.34km，渠道长201.0

3、5km，采用明渠自流输水方式;北京段从北拒马河中支南开始，途径房山区、丰台区，至总干渠终点团城湖，总长80.05km，采用管涵输水方式。为缓解首都北京水资源短缺，自2008年9月至今京石段工程已4次向北京市应急供水，累计入京水量超过15亿m3。　　其中第4次通水实测流量数据较为充足(放水河节制闸、坟庄河节制闸、北拒马河节制闸、沙河引水闸等4座水闸有实测流量资料)，故本次研究选取第4次通水上述4闸数据进行稳态调度分析研究。　　一、分析方法简介　　1.1最小二乘法　　最小二乘法(又称最小平方法)是一种较基本的回归方法。它通过最小化误差的

4、平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小[1]。　　一般的最小二乘逼近定义为：对于给定的一组数据(xi，f(xi))(i=0，1，，m)，要求在函数类={0，1，，n}中找到一个函数y=S(x)，使误差平方和：δ22=∑mi=0δ2i=∑mi=0[S(xi)-f(xi)]2取得极小值。　　为使问题的提法更具有一般性，通常把最小二乘法中δ22考虑加权平方和，即：　　δ22=∑mi=0

5、ω(xi)[S(xi)-f(xi)]2(1)　　当0(x)，1(x)，，n(x)是关于点集{xi}(i=0，1，，m)的带权正交函数组时，解为：　　ak=∑mi=0ω(xi)f(xi)k(xi)∑mi=0ω(xi)2k(xi)(k=0，1，，n)(2)　　1.2神经网络法　　神经网络近年来兴起的研究热点，其具有逼近非线性函数的能力，它是基于映射网络存在理论。在神经网络中最广泛应用的信息处理运算是数学映射，给定一个输入向量X，网络应该产生一个输出向量Y=ψ(X)，网络的基本特

6、征是从复杂的高维数据中提取和识别必要的参数。影射网络存在理论认为，只要处理单元是一个输入变量的任意连续递增函数或是几个变量的总和，则一个输入向量X可以映射成任意输出函数Y=ψ(X)[2]。　　神经网络算法基于最小均方差准则，由计算正向输出和误差反向传播组成。通过由比较网络的实际输出与期望输出来不断地调节网络权值，直至收敛为止。网络中每个节点的输入输出存在如下非线性关系　　O={1+exp[-(∑a;s、流量系数μ拟合为一个未知数m，称为拟合流量系数(即孔口淹没出流流量系数)。回归方程转化为一元问题求解。求解m后

7、，再通过查孔流淹没系数表查得每组数据对应的淹没系数σs，最终求得孔口自由出流流量系数μ。经查表可得：放水河节制闸淹没系数σs=0.65;坟庄河节制闸淹没系数σs=0.55;北拒马河节制闸淹没系数σs=0.35～0.85;沙河引水闸淹没系数σs=1。　　断面的流量资料以及与流量系数相关的开度e、闸前水头H、宽度b等均可在资料中查得。选择第4次通水沙河引水闸、坟庄河节制闸、放水河节制闸、北拒马河节制闸1个月的通水数据作为样本。　　闸孔出流流量计算公式：　　Q=&sigma

8、;sμbe2gH(4)　　式中：Q为计算流量(m3/s);σs为淹没系数;μ为流量系数;b为闸孔净宽(m);e为开度(m);H为闸前水头(m)。　　经计算可列出如下各项系数关系表，见表1。　　表1放水河节制闸开