（水利水电工程专业论文）鄱阳湖单退圩堤防洪优化调度研究.pdf

摘要 摘要 单退圩堤作为退f 日还湖工程中的一种方式，是综合防洪体系重要组成部 分，在防洪紧急关头能够发挥削减洪峰、蓄滞超额洪水，是牺牲局部，保护全 局，减轻洪水灾害损失的有效措施和防洪调度的重要手段。科学合理的开启运 用单退圩堤，可有效的降低江河、湖泊的洪峰水位，同时可减小下泻流量，保 证下游堤防的安全，减轻下游的防洪压力。因此，研究合理的单退圩堤防洪调 度方案，可以为充分发挥单退圩堤的防洪和农业生产的作用提供科学依据。 单退圩堤的防洪调度是个全局优化问题，任意改变局部，都会影响全局， 是个复杂的系统工程。可变模糊集理论能融入人的知识经验，使决策者直接参 与其中，并能够考虑多目标中各目标的重要程度，而且能够量化定性目标。本 文主要是利用可变模糊集理论与方法对鄱阳湖区单退圩堤的防洪调度方案进行 研究，来确定单退圩堤最优的防洪调度方案。 本文主要研究内容如下： ( 1 ) 应用防洪调度决策多级模糊优选理论建立单退圩堤的防洪优化调度 模糊优选模型。在该优选模型中考虑了定量目标分洪效果、经济损失和蓄洪量 作为调度方案模糊优选的影响因素，对单退圩堤的防洪调度方案进行模糊优选， 得出单退圩堤防洪调度的优选方案。 ( 2 ) 应用防洪调度半结构性决策理论建立单退圩堤防洪优化调度的模糊 优选模型。在该优选模型中不仅考虑定量目标分洪效果、经济损失和蓄洪量作 为调度方案模糊优选的影响因素，还考虑了定性目标生态环境作为模糊优选的 影响因素，对单退圩堤的防洪调度方案进行模糊优选，得出单退圩堤的防洪调 度的优选方案。 ( 3 ) 以鄱阳湖区单退圩堤防洪调度为例，在历次大洪水年中采用洪峰水 位最高的1 9 9 8 年作为典型洪水代表年，利用已建立的两种模糊优选模型，对鄱 阳湖区单退圩堤( 包括万亩以下和万亩以上) 的防洪调度进行优化计算，比较 两种模型计算的结果，得到最优的单退圩堤防洪调度方案为：当湖口水位到达 2 0 5 m 时，先开启万亩以下单退圩堤蓄洪，如水位继续上升，当湖口水位到达 2 2 0 5 m ，再开启万亩以上的单退圩堤蓄洪。在此单退圩堤防洪调度优选方案的 基础上，本文又采用半结构性决策方法对万亩以下单退圩堤的防洪调度方案进 l 摘要 行优化，得出了鄱阳湖区万亩以下单退圩堤的防洪优化调度方案，为鄱阳湖区 科学防洪提供依据。 关键词：单退圩堤；防洪；模糊优选；优化调度；鄱阳湖 i l a b s t n c a b s t r a c t s e m i r c s t o r a t i o nd i k e sa saw a yo ft h ep r o j e do fr c c o t e 硌i o fr e c l a i m e d l a n d st ow e 锄d s ，i ti s 锄i m p o n 柚tp a no fc o m p r e h e n s i v en o o dc o n t r o ls y s t e m w h i l et h ec r i t i c a lm o m e n to fr o o dc o n t m l ，t h e yc a l lb eb r o u g l l ti n t op l a yr e d u c i n g t h cf l o o dp e a l 【柚dr e n i n ge x c c s sn 0 0 d ，i m m o l a t i n gt h el o c a l 锄dp r o t e c t i n gt l l e 0 v e r a l ls i t u a t i o n ，r c d u c i n gf l o o dd i s 弱t e rl o s s c so fe h e c t i v em e 勰u r c s 锄d 如 i m p o r t a n lm e a 璐o fn o o dc o n t r o lo p e r a t i o n a9 0 0 dw a y 0 fs c i e n t i f i c 卸dr a t i o n a lu s e o fs e m i r c s t o r a t i 衄d 瞅e s ，w h i c hc a i le 岱嘣i v e l yr c d u c ct l l en o o dc r c s to fr i v e 硌卸d l a k e s ，柚d t h ed o w n w a r dn o wc a nb cf c d u c c d ，i t 啪e n s u r et h es a f c t yo f 锄b 锄k i n e n t sd o w n s 仃e 锄锄dd u c i n gd o w n s t r c a mn o o dc o n t r o lp r e s s u r c t l i l e r e f o r c ，r e s c 砌 o nt l l er c a s o n a b l en o o do 咖t f o lo p c m t i o np r o g m mf o r s e m i r c s t o r a t i d i k c so u 班tt o 百v ef l l up l a yt on o o dc o n 仃o lf o fs 锄i r e s t o r a t i o n d i k e s 柚dt h eo p c f a t i o nf o ra 铲i c l l l t u r a lp m d u c t i o nt 0p r o v i d eas c i e n t i f i cb a s i s 1 1 l cn o o do o n t m lo p e m t i 咖矗阿s e m i - r e s t o 憎t i o nd i k e si sag l o b a l0 p t i m i z a t i p 加l b l e m ，a r b i t m r yc l l a n g c si nl o c a l ，w i l la 疏dt h eo v e r a ns i t u a t i o n ，s oi ti sac o m p l e x s y s t e m se n 昱如e e 豳辱v h i a b l cf i i z z ys e tt h e o r yc a nb ei n t c 伊a t e di n t 0t h ek n o w l e d g e 锄d 懿p c r i e n c e s0 fp e 叩l e ，t h ep o l i c ym a l ( e f sl a l 【ep a ni nt h e m ，a i l dt o 咖s i d c re a c h g o a li nt h ed e 伊e eo fi n l p o n 柚c eo ft h eg o a l s ，b u ta l s ot 0q u a i l t i f yq u a l i t a v et a r g c t s n i sp a p c ri st ou s ev 缸i a b l ef u z z ys e tt h e o r y 柚dm e t h o d st os t u d y t h en o o d c o n t m lp f o 争锄sf 曲p o y 彻gl a k es e m i r c s t o m t i o nd i k e s ，柚dd e t e m l i n et h e 叩t i m a l n o o dc o n t r o lp r o 铲锄f o rs e m i - r e s t o r a t i o nd i k e s o d u s i o n sa r et h ef o l l o w i n g ： ( 1 ) a p p l ym u n i - l e v e lf 吆z yo p t i m i z a t i o nt h e o r yf o rn o o dc o n t r o l 叩e m t i o n d c c i s i o n m a k i n gl oe s t a 【b l i s ht t l ef l o o dc o n t r o lp r o 伊a mf u z z y 叩t i m i z a t i m o d e lf o r s e m i r e s t o r a t i o nd i k e s h lt l l eo p t i m i z a t i o nm o d e lc o n s i d e rt h eq u a i l t i t a t i v et 缸g e t s o ff 1 0 0 dd i v e r s i o ne f f e c t ，e n o m i cl o s s e s 卸ds t o r a g ec a p a c i t y 鹞f u z z yo p t i m i z a t i o n f a c t o 略f o r 叩e r a t i o np r o g f 锄，a i l d 叩t i m i z et h en 0 0 dc o n t r o l 叩e r a t i o np r o g r 砌s f i n a l l y ， w ew i l l a c q u i r e 孤 叩t i m a l f l o o dc o n t m l o p e m t i o np r o 伊a m f o r i i l a b s t m c t s e m i f e s i o r a t i o nd i k e s ( 2 ) a p p l ys c m i s t m d u r a ld e c i s i o n m a k i n gt h c o r yf o rn o o dc o n t r o l 叩e r a t i o nt o e s t a b l i s ht h en 0 0 dc o n t m lp m g m mf i l z z y 叩t i m i z a t i o nm o d e lf o rs e m i r c s t o r a t i o n d i k e s i nt h eo p t i m i z a t i o nm o d e ln o t0 n l y n s i d e rt h eq u a l l t i t a t i v et a r g e t so fn 0 0 d d i v e r s i o ne f l c c t ，e n o m i c1 0 s s e s 锄ds t o r a g ec a p a c i t y 勰af i i z z yo p t i m i z a t i o nf a c t o r s f o ro p e r a t i o np f o 伊锄，b u ta l s 0 n s i d e rt l l eq u a l i t a t i v et a r g c to fe n t i m n m e n ta sa f l i z z yo p t i m i z a t j o nf a c t o r ，锄d0 p t i m i z et h en o o d 由n t m l 叩c r a t i o np r o 掣a m s f i n a l l y ， w ew i i la c q u i f eao p t i m a lf l o o dc o n t f o lo p e m t i p r o g 姗f o rs e m i - r c s t o r a t i o nd i k c s ( 3 ) w i t hn o o dc o n t r o lo p e r a t i o nf o rp o y a n gl a l 【es e m i - r e s t o r a t i o nd i k c s 舔强 c x 锄p l e ，w cw i l lc h o o s et i l c1 9 9 8 鹤at ”i c a lr c p r c s e n t a t i v ey e 缸o ft h ef l o o d si n s u c c c s s i v ey e a 璐，u s i n gt h ee s t a b l i s h e df h z z yo p t i m i z a t i o nm o d e l ，柚dc o m p u t i n gt h e f 1 0 0 d n t r o lo p c f a t i o nf o rp o y 孤gl 丑k es e m i r c s t o r a t i o nd i k e s 伽c l u d i n gt h e f o l l d w i n gt e nt h o u s a i l dm u 柚dt h ea b o v ct 吼t h o u s 柚dm u ) c o m p 撕s o no f c a l c u l a t i r c s u l t so ft h et w om d d e l s ，w ew i l la c q u i r eao p t i m a lp r o 伊枷o fn o o d c o n t r o lo p e r a t i o nf o rs e m i 一陀s t o r a t i o nd i k c s t 1 i ep r o g m mi s ：w h e nt h ew a t c r l “e lo f h u k o ur e a c h c d2 0 5m c t e 璐，t l l e 觚t 叩既t h ef o l l o w i n gt 吼t i l o u s 柚dm u s e m i f e s t o r a t i d i k e s t h ew a t e rl e v e lc 咖t i n u e st 0 r i s e w h e nt 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本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得直昌盘堂或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：善珐签字日期：7 年五月彩日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手写) ：量；芝 签字日期：妒7 年，月彩日 导师签名( 手瓢f ，铃 签字开期：阳刀年，- 月名日 第一章引言 1 1 研究背景 第一章引言 鄱阳湖位于江西省北部、长江中下游南岸，承纳赣、抚、信、饶、修五河 来水，集水面积1 6 2 2 5 0 平方公里，占长江流域总面积的9 i l j 。鄱阳湖不仅承纳 五河的来水，还要承纳长江洪水的倒灌。长江中下游防洪实行蓄泄兼筹，以泄 为主的方针。进入2 0 世纪8 0 年代之后，鄂阳湖过度固垦造成的危害逐渐被人 们认识，围湖造田得到禁止。直到1 9 9 5 、1 9 9 6 、1 9 9 8 年接连出现大洪水后，国 务院提出了“封山植树、退耕还林；平垸行洪、退田还湖；以工贷赈、移民建 镇；加固干堤、疏浚河湖”的3 2 字方针。整个鄱阳湖区采取退人不退田的“单 退”和既退人又退田的“双退”两种退田还湖方式。“单退”即是“低水种养， 高水蓄洪”，遇一般洪水仍可进行农业生产，遇大洪水时分蓄洪水或行洪，所以 单退圩堤要建进洪排涝设施：“双退”即平圩清障彻底放弃耕作，还圩区为天然 湖面。 单退圩堤作为退田还湖工程中的一种方式，是综合防洪体系重要组成部 分，在防洪紧急关头能够发挥削减洪峰、蓄滞超额洪水，是牺牲局部，保护全 局，减轻洪水灾害损失的有效措施和防洪调度的重要手段。单退圩堤的调度原 则在江西省平垸行洪退田还湖移民建镇若干规定【2 】中已经做了规定，在该调 度原则中，万亩以下单退圩堤进洪水位为相应湖口水位的2 0 5 0 m ，万亩以上单 退圩堤进洪水位为相应湖口水位的2 1 6 8 m 。中国水科院防洪减灾研究所【4 5 l 曾于 2 0 0 1 年2 3 月深入鄱阳潮区各市、县进行实地调查，当地市、县水利部门的领 导与专家普遍认为目前所选用的湖口水位2 0 5 m 和2 1 6 8 m 明显偏低。所以在鄱 阳湖区目前迫切需要经过研究合理确定适合万亩以下和万亩以上单退圩堤进洪 的相应湖口水位，以期有效的降低湖区的洪峰流量，降低圩堤内的经济损失， 减小湖口的下泻流量，从而减轻了长江下游城市和堤防的防洪压力，这就是本 文研究鄱阳湖单退圩堤优化调度的目的所在。 1 2 本论文的研究意义 科学合理的丌启运用单退圩堤，可有效的降低江河、湖泊的洪峰水位，同 时可减少下泻流量，保证下游堤防的安全，减轻下游的防洪压力。根据江西 第一章引言 省平垸行洪、退田还湖工程措施总体实施方案( 修订本) 【3 l 要求，鄱阳湖退田 还湖实施单退双退相结合的方针，为了充分发挥单退圩堤的作用：一方面要保 证一定来水频率下单退圩堤能分蓄规定的洪峰流量；另一方面，又要兼顾单退 区非洪水季节的农业生产，减少经济损失。因此，从流域防洪工程体系的整体 角度出发，进行单退圩堤的开启运用调度方案的研究实践意义重大，可以在保 障防洪要求的情况下，合理的使用蓄洪区的土地资源，发展农业，减少洪灾损 失。 随着计算机、信息系统集成、g i s 等新技术和新方法的发展及运用，以往 难以实现的防洪工程联合调度的技术支撑条件日益成熟，开展优化调度模型研 究已是十分迫切的事情。本文的研究正是从防洪体系整体的角度出发，研究单 退圩堤的优化调度方案，研究的成果可为鄱阳湖区防洪优化调度提供决策支持。 1 3 国内外研究现状 目前，国内外研究较多的是对水库和蓄滞洪区的防洪优化调度，对单退圩 堤调度方案的优选研究较少。但是单退圩堤实际上也是蓄滞洪区的一种，所以 单退圩堤的防洪优化调度可以借用水库或蓄滞洪区的防洪优化调度理论进行研 究。国内外水库、蓄滞洪区和单退圩堤的优化调度理论研究现状如表1 3 1 ： 表1 3 1 国内外水库、蓄滞洪区和单退圩堤的优化调度理论研究现状 作者研究成果 1 9 7 6 年对某并联水库群建立了一个动态规划模型，以下游削 g a s c h u l t z 峰最大为目标，不需要洪水损失资料，但只适于各支流洪水同时 发生的情况【4 1 。 虞锦江等在最可能洪水概念的基础上，提出了满足洪水设防要求的洪 水调度动态规划模型，对水库群联合调度问题有所涉及嘲。 许自达以时空动态规划求解水电站水库群最优洪水调度问题，以一 般动态规划求解整体防洪措施最优运用问题1 6 】。 管家宝、 把梯级电站洪水调度问题转化为二次动态规划，应用分解一 虞锦江协调理论和极小值原理求解，但不能考虑洪水演进的变形m 。 s a w a s i m i 以二次线性离散最优控制方法进行水库系统实时预报和调 度，适合于中等洪水调度，但对于大洪水显得无力【8 1 。 2 第一章引言 吴保生、建立了一个并联水库防洪优化调度的多阶段逐次优化算法 陈惠源模型，解决了河道水流状态的滞后影响问题，也易于考虑各种约 束【9 1 。 胡振鹏，建立了一个多状态动态规划模型，目标函数取为总分洪最小 冯尚友或者所需调洪库容最小，并以预报一决策一实施所谓的前向卷动 决策方法求解【埘。 李文家、根据经过水库群拦蓄后下游超过设防标准洪水最小的准则， 许自达结合河道滞蓄作用大小，建立了黄河三门峡、陆浑、故县三库联 合调度防御下游洪水的动态规划模型【1 l l 。 对洪湖分蓄洪工程存在的问题，特大洪水条件下分洪区启用 倪晋仁等时的口门位置及其分洪区启用前后的有关问题进行探讨，提出了 相应对策【1 2 l 。 要威对多个分蓄洪区联合调度开启时机和开启方式进行了优 化【廿】。 在水资源与防洪系统可变模糊集理论与方法一书中提出 陈守煜了可变模糊优化调度理论，这一理论可以用于水库、蓄滞洪区、 单退圩堤防洪调度方案的优选l 堋。 刘云对洞庭湖蓄滞洪区洪水调度方案进行了优化，并进行了风险 分析【嘲。 南非学者1 9 7 3 年、1 9 r 7 5 年及1 9 8 1 年分别建立线性规划及混合线性规 j s w i n d s o r划模型研究水库群防洪系统的规划、设计和管理问题【。 王阙谋1 9 8 5 年为丹江口防洪系统建立了线性规划模型1 1 刀。 胡振鹏1 9 8 7 年为丹江口防洪系统建立了动态规划模型1 1 8 1 。 采用“削平头”的方法对鄱阳湖区单退圩堤进行调度，提出 付典龙了单退圩堤控制运行方案的基本框架，没有得出单退圩堤具体的 运行调度方案1 1 9 1 。 3 第一章引言 1 4 本文研究内容与技术路线 1 4 1 研究内容 单退圩堤的防洪调度是个全局优化问题，任意改变局部，都会影响全局， 想要选择一种优化调度方法，其复杂程度可想而知。本文采用的可变模糊集理 论能融入人的知识经验，使决策者直接参与其中，并能够考虑多目标中各目标 的重要程度，而且能够量化定性目标，使定性目标与定量目标一起参与决策， 使决策更科学。所以利用这种理论建立单退圩堤防洪调度方案模糊优选模型， 应该能得到较为理想的单退圩堤防洪调度方案。本文主要内容框架如下： 第一章叙述了本论文的研究背景，介绍了进行单退圩堤防洪优化调度研究 意义和国内外研究现状，并论述了本论文的主要内容。 第二章详细介绍了可变模糊集理论与方法，主要介绍了该理论中的防洪调 度多级模糊优选理论和防洪调度半结构性决策理论。 第三章分别应用防洪调度多级模糊优选方法和防洪调度半结构性决策方法 建立单退圩堤的防洪优化调度模糊优选模型，在多级模糊优选方法中没有考虑 定性目标参与决策，而半结构性决策方法中考虑了定性目标参与决策。在本章 还详细介绍了运用这两种方法进行单退圩堤调度方案模糊优选模型的建立及计 算步骤。 第四章以鄱阳湖区单退圩堤防洪调度为例，在历次大洪水年中采用洪峰水 位最高的1 9 9 8 年作为典型洪水代表年，利用第三章建立的模糊优选模型，对鄱 阳湖区所有万亩以上和万亩以下的单退圩堤的防洪调度进行优化计算，最后得 到较优的单退圩堤防洪调度方案。在此单退圩堤防洪调度优选方案的基础上， 对万亩以下单退圩堤的防洪调度方案采用半结构性决策方法进行优化，得出了 鄱阳湖区万亩以下单退圩堤的防洪优化调度方案。 第五章进行全文的总结。 1 4 2 研究技术路线 本论文是对鄱阳湖区单退圩堤防洪调度的研究，目的是为了得到优化的防 洪调度方案。在建立防洪优化调度模型之前，首先是要进行研究前的准备工作， 一是通过查阅书籍和文献的方式来归纳优化调度模型的理论分析方法，二是通 过实地调研的方式获得鄱阳湖区的相关数据资料；然后建立单退圩堤防洪调度 4 第一章 引言 的模糊优选模型，再利用建立的模糊优选模型求解出鄱阳湖区单退圩堤防洪优 化调度方案。研究技术路线见图1 4 1 。 鄱阳湖区单退圩堤防 洪优化调度研究框架 构建单退圩堤 防洪优化调度模犁 求解已构建的模型 得出鄱阳湖区单退圩 堤防洪优化调度方案 归纳单退圩堤防洪优 化调度的理论和方法 查阅相关 书籍和文献 获得研究区相关资料| i实地调研 可变模糊集 理论和方法 水文学的方法 图1 4 一l 研究技术路线 5 第二章防洪优化调度的相关理论方法概述 第二章防洪优化调度的相关理论方法概述 2 1 防洪调度决策多级模糊优选理论与模型【分2 4 1 防洪调度决策的优劣，在优选识别过程中并不存在绝对分明的界限，具有 中介过渡性，属于模糊概念。 设防洪调度决策系统有满足约束条件可供优选决策的n 个调度方案，方案 的优劣根据m 个防洪目标特征值进行识别，则有n 个方案、m 个目标的防洪调度 决策特征值矩阵： x = l z 2 1 1 五2 x 2 2 k 2 工2 n x w = 嘞) ( 2 1 一d 式中：表示方案j 目标i 的特征值；i _ 1 ，2 ，m ；j = 1 ，2 ，n 。 方案的优劣程度依据m 个目标特征值，按从优级到劣级的c 个级别进行识 别。显然，对于任一目标，就模糊概念优而言，可以规定优级( 1 级) 对优的相 对隶属度( 简称相对优属度) 为1 ，劣级( c 级) 的相对优属度为o 。由于模糊 概念优在中介过渡阶段呈现的渐变性，可以认为1 级至c 级的相对优属度从1 至0 呈线性递减，则前后两个级别的相对优属度递减差值： 1 l c 一1 对于任一目标，从1 级到c 级各个级别的相对优属度标准值向量为： s 3 ( - 署鲁。一 c 2 一s ，i c 一1c 一1j 7 一 j i l 一1 ，2 ，c 防洪调度决策的目标通常分为特征值越大越优、越小越优与中间型三类。 越大越优、越小越优与中间型的目标相对优属度公式可分别采用： 6 第二章 防洪优化调度的相关理论方法概述 越大越优： 勺2 越小越优： 勺2 h 一号n 嘞 峄一呼n 嘞 叩x 日叫4 m a x y m i ny w ( 2 1 5 ) 甲而一丐n 嘞w “一 ，：；= 1 一 中间型： 9 ( 2 1 6 ) 式中：岛表示方案j 目标i 的相对优属度；n 嘞表示方案集目标的最大特征 值；呼n 表示方案集目标i 的最小特征值；i 表示方案集目标i 的中粤最优值。 用公式( 2 1 4 ) 、( 2 1 5 ) 、( 2 1 6 ) 把目标特征值矩阵( 2 1 1 ) 变换为目标相对优属度矩阵： 尺= l2 ，2 1 饧 乞12 r 2 。 ，舢 = ( 勺) 将方案j 的m 个目标相对优属度，r 2 ，分别与向量式( 2 1 3 ) s 逐一地进行比较后，得到方案j 的m 个目标相对优属度分别介于相邻级别区间 口t ，】， a 呵，】。则得方案j 的级别上限值屯，与级别下限值口，： 7 ( 2 1 7 ) 一u v 口 6 n x a f m m = = 口 6 ，、l 第二章防洪优化调度的相关理论方法概述 设方案集归属于各个级别的相对隶属度矩阵为 u = “l l “2 1 “m l “1 2 “2 2 “州2 “h 2 ，i “m 2 ) ( 2 一卜8 ) 式中：“是方案j 对级别h 的相对隶属度；j = 1 ，2 n ；h = 1 ，2 ，c 。 由于方案j 在级别区间卜，6 范围内，故矩阵u 应满足归一化条件 因方案集中每个方案的级别区间范围不尽相同， 整体考虑，矩阵u 也应满足归一化约束条件- 著驴1 ( 2 1 9 ) 从n 个方案、c 个级别的 ( 2 1 1 0 ) 因为口七1 ，qs c ，要求同时满足归一化约束条件( 2 一l 一9 ) 、( 2 一l 一1 0 ) ， 应有 “哪2 0 ，h 屯 方案集目标具有不同的权重，设方案集目标权向量为 w i ( q 吡) ，善q 。1 方案j 的m 个目标相对优属度用向量表示为 0 “r 2 ，) 根据公式( 2 1 3 ) ，级别h 的m 个目标标准相对优属度为 ( 2 1 1 2 ) ( 2 一l 一1 3 ) 一等h = 1 2 ，- ，c v f ( 2 1 _ 1 4 ) 8 l 暑 町 配 坼y 每 第二章防洪优化调度的相关理论方法概述 方案j 与级别h 之间的差异，用广义欧氏权距离表示为 公式( 2 1 1 5 ) 表示了考虑目标权重后，方案j 与级别h 之间的差异。 为了更完善地描述方案j 与级别h 之间地差异，可用加权广义欧氏权距离表示如 下： 。“阿d 彬- “坷 薹 q ( 勺一) 】2 ) 2 c z 一- 一，s ， d i 不仅考虑了目标权重，而且计入以方案j 归属于级别h 的相对隶属度“ 为权重。 为了求解方案j 归属于级别h 的最优相对隶属度，建立如下目标函数： m 妯 f ( 甜埘) 2 耋p j c 2 一一7 ， 根据目标函数( 2 1 1 7 ) 与约束条件( 2 1 9 ) 构造拉格朗日函数， 将等式约束求极值变为无条件极值问题。设a ；为拉格朗日乘数，则相应的拉格 朗日函数为 兰坠：型：o a 兰虹：型o a 九t 9 ( 2 一l 一1 8 ) ( 2 1 1 9 ) ( 2 1 2 0 ) ) 一1 2 ( 一 2 嵋 一 勺 ，f_ q -l 。v 臼 ，f-l l d 、lll， l 一 “ - v 每 ，_i、 丑一 2 町 d 2 酊 “ b y 毹 = t i - ，l 町 “l 解求 第二章防洪优化调度的相关理论方法概述 解得 “ ，。一 “ y 白 1 h ( 白一) 】2 q 心一& ) 】2 模型( 2 1 2 1 ) 称为多级模糊优选模型，当一o ，即 ! 薹【q ( 一 ) 】2 ) 2 _ 0 ，。1 为一特例。它相当于白。，f t l 2 ，m 。根据 物理概念分析，此时方案j 百分之百地归属于级别h ，一1 。通过以上的分析 建立的多级模糊优选模型的完整形式如下： “町， 矩阵： o ；j l l ； ( 2 ) 若，有；卜 ( 2 2 4 ) ( 3 ) 若一一o 5 ，有一- o 5j 式中：h = 1 ，2 ，m 。 定理2 1 是重要性概念模糊量化理论的基础，根据它可得到给出或检验矩 阵e 为排序一致性标度矩阵的4 条简单规则： 若，则一0 ； 若，则- 1 ； 若一- 0 5 ，则一o 5 ； 由定理2 1 ，无论t 一l ，或者是一一o ，= 1 、0 5 或o 。 推论2 1 排序一致性标度矩阵各行和数由大到小的排列，给出目标集在 满足排序一致性条件下关于重要性的排序。 定义2 3 设目标集就重要性按推论2 1 所给的排序作二元比较，若二元比 较矩阵 声一 展，磊： 岛。如 e 。p m 2 氏 勉 o s 岛s 】，f i 岛+ 以= 1 岛= o 5 ，f = _ l t ( 岛) ( 2 2 5 ) ( 2 2 6 ) 则称矩阵卢为关于重要性的有序二元比较矩阵：式中：岛为目标f 对，关于重要 性作二元比较时，目标f 对于，的重要性模糊标度：以为目标j 对于f 的重要性 1 3 第二章防洪优化调度的相关理论方法概述 模糊标度；f 、，为排序下标。序号按推论2 1 矩阵e 各行和数由大到小的次序 排列。 根据有序二元比较矩阵口构造相及矩阵 西- 1 e n | n 8 。| 6 。 p n 治n 1 _ b h 旧m 2 8 。| p 。9 。 p 2 。 1 n 当以 ，；。 1 ( 2 ) 苞 _ 1 1 3 l k 将式( 2 2 2 7 ) 代入式( 2 2 1 9 ) 得到 ，。( 等等等) 上式等同于 。j l 1 1 1 p ( 2 2 2 8 ) ( 2 2 2 9 ) 对于越小越优目标，就目标f 而言，n 个决策对优的排序为目标f 的定量特 征值由小到大的排序，若从小到大排列的序号为，2 1 ，2 ，n ，则有 m 如暑五1 薯2 】0 ( 2 2 3 0 ) 矗而 第二章 防洪优化调度的相关理论方法概述 构造满足条件式( 2 2 1 8 ) 的有序二元比较优越性矩阵( 2 2 1 7 ) 的 第行元素一：，l l ，。对于有定量特征值目标f 而言，显然应有 一2 。玉l ，一3 i l ，如。三l ( 2 2 3 1 ) 砀+ t 2勤+ 矗+ 屯 根据不等式( 2 2 3 0 ) ，满足 0 5 一2 如 3 1 0 01 0 01 0 01 0 02 01 0 05 05 08 01 0 01 0 0 第三章单退圩堤调度方案的模糊优选模型及方法 表3 一l 一7 农户财产洪灾损失率单位： 淹没水深生产交通工具粮草肥役畜 3 i 损失率( ) 1 53 04 05 0 ( 3 ) 依据表3 1 4 、3 1 5 、3 1 6 、3 1 7 、3 1 8 ，通过采用洪水 评估模型模拟，应用式( 3 一l 一1 ) ，得到1 9 9 8 年洪水直接经济损失情况表如下： 表3 1 9 直接经济损失情况表 损失项目房屋生产工具农产品林果养殖业渔业 损失评估值 1 5 1 9 7 7 7 51 3 8 3 7 2 31 4 8 2 0 9 71 1 6 0 6 1 14 9 8 5 1 7 86 4 4 2 5 2 4 损失项目农村损失 流动资产固定资产第二产业第三产业合计 损失评估值 2 8 1 3 3 0 22 4 7 7 2 8 41 5 6 0 9 8 57 3 5 8 2 3 73 9 0 1 0 2 41 8 0 1 1 0 8 3 1 7 由于在鄱阳湖区单退圩堤内2 3 m 高程以下区域没有人员居住，也没有工业 产业，就只有农民种植农作物和进行水产养殖，所以单退圩堤内只有农产品、 林果、农村损失和养殖业的直接经济损失。从表3 1 9 中可以得出鄱阳湖区 农产品、林果、农村损失和养殖业这四项总的直接经济损失为3 4 6 1 1 9 万元。鄱 阳湖区单退圩堤的直接经济损失可采用折算的方法进行估计，折算系数为单退 圩堤在不同蓄洪水位情况下时单退圩堤的淹没面积与该水位高程对应的圩区总 面积的比值。圩区总面积可通过查表3 1 2 得到。应用式( 3 1 2 ) 可得到 单退圩堤在不同蓄洪水位情况下的经济损失情况。 第三章单退圩堤调度方案的模糊优选模氆及方法 单退圩堤经济损失= 当萼警型2 量丝盟圩区总经济损失( 3 一l 一2 ) o 圩区总面积 3 1 3 单退圩堤分洪效果【4 卜4 6 1 本文衡量单退圩堤分洪效果的指标为最高水位的降低值( 也称为最高水位 的效应值) ，以洪峰水位最高的1 9 9 8 年为典型洪水代表年，建立计算模型。在 1 9 9 8 年洪水后，由于进行了退田还湖工程，所有的双退圩堤都还原成湖水面， 在1 9 9 8 年前，由于湖区大面积围垦，没有实施退田还湖之前，进行单退圩堤调 度的时候，要考虑双退圩堤的影响。对于湖泊，由于边界条件极为复杂，利用 水动力学方法计算湖泊洪水，非常困难。因此，湖泊洪水计算，一般采用水量 平衡法。 对于湖泊洪水位的还原计算，可采用以下简化的水量平衡方程： 砭= k + ( q 日) 出 ( 3 1 3 ) 式中：k 一时段初湖盆蓄水量k 一时段末湖贫蓄水量 q 一入湖平均流量口一出湖平均流量 址一计算时段长度 式( 3 1 3 ) 应用在退田还湖水位过程的计算中，必须考虑五河尾间双、 单退圩堤减少的入湖流量；湖泊周围双、单退圩堤加大的湖盆容积；入湖流量 的减少与湖盆容积的加大必然使湖水位下降，则出湖流量必定随之而减小。令 五河尾闯双、单退圩堤减少的入湖流量分别为q 】和a q 2 ，湖泊周围双、单退圩 堤加大的湖瓮容积分别为k 和，湖水位降低引起的流量减小值为g ，则退 田还湖后的水位过程计算公式为： k = 巧一k 一k + ( q 一q l 一q j q + 鼋) 出 ( 3 1 4 ) 其中的q 1 、q 2 、嵋、可根据各双、单退圩堤的高程一容积关系和退田 还湖规则共同确定；k 、k 与玩、h ：的关系h i ，( 日为水位) ，采用1 9 8 3 年 江西省测绘局量测的鄱阳湖通江湖体高程一容积关系，减去1 9 9 1 年冬血防围垦 圩区相应高程的容积而得到( 1 9 8 3 1 9 9 0 年和1 9 9 2 1 9 9 8 年期间无其他围垦) ； 幻是入湖流量和湖泊容积及湖水位的改变而造成的，而湖泊容积的变化可通过 湖水位的变化反映出来，因此，却取决于q 和日，它们之间的关系用以下函 数式表示： 2 7 第三章单退圩堤调度方案的模糊优选模型及方法 g = ，( q ，日) ( 3 一l 一5 ) 式中：h 湖水位降低量 在式( 3 1 5 ) 中待定参数可依据实测洪水资料，通过相关分析决定。 利用1 9 9 2 年、1 9 9 3 年、1 9 9 5 年、1 9 9 6 年、1 9 9 8 年、1 9 9 9 年6 个近期大水年鄱 阳湖出湖流量和入湖流量与湖水位关系进行相关模拟，求得出湖流量减少量与 入湖流量减少量、湖水位降低量三者之间的经验关系为： q = 0 2 3 2 ( q 1 + q 2 ) + 9 6 7 6 a h ( 3 1 6 ) 式中：幻出湖流量减少量 q l + q 2 入湖流量减少量 h 湖水位降低量 由式( 3 1 4 ) 、( 3 1 6 ) 中均含有时段末的湖水位乩，故双、单退圩 堤运用后的湖水位计算过程即为联解由式( 3 1 4 ) 和( 3 1 6 ) 组成的方 程组的过程，而且每个时段均需要假设一系列的h ，进行试算。计算中以1 9 9 8 年洪水作为样本，由于都昌水位站处于鄱阳湖南北方向的中间，所以以都昌水 位站为代表，取计算时段长f = 6 h 。鄱阳湖1 9 9 8 年实测水位过程，是在湖区有 大量圩堤溃决的情况下测得的，而现在湖区已实行退田还湖的双、单退圩堤， 大多数曾在1 9 9 8 年溃决，为能真实的反映出退田还湖的洪水位效应，宜先利用 决口圩堤调查资料( 决口时间、淹没深度、蓄进水量、蓄满时间等) ，将1 9 9 8 年逐日实测水位进行圩堤决口还原，以决口还原后的水位过程与本文由式( 3 1 4 ) 计算出的退田还湖后的水位过程的差，作为退田还湖的洪水位效应值， 也叫做运用双、单退圩堤后的洪水位效应( 降低) 值。 由式( 3 1 4 ) 可知，么和k 均与退田还湖圩区的有效容积有关，故 由单退圩堤还湖前夕圩区内涝情况决定，但在本文中是要得出运用双、单退圩 堤后的洪水效应的最大值，所以本文假定在单退圩堤还湖蓄洪前夕圩区内没有 内涝，即内涝水深为零，这时才能蓄滞最大的洪水，有效的降低洪水位。 3 2 单退圩堤调度方案的定性目标分析 单退圩堤调度方案的定性目标主要考虑蓄洪后对生态环境产生的影响。由 于在鄱阳湖单退圩堤内2 3 m 高程以下区域是没有人员居住，所以也没有房屋， 一旦蓄洪，不需要进行人员转移，房屋也不会有倒塌。在单退圩堤内主要有农 民种植作物，有农民进行水产养殖，还有一些水工设施和供电设施。所以单退 2 8 第三章单退圩堤调度方案的模糊优选模型及方法 圩堤洪水调度对环境的主要不利影响为：农田淹没、水产养殖产业的破坏、水 利工程设施被冲毁、供电设施的中断等。 由于单退圩堤洪水调度涉及的