（水文学及水资源专业论文）鄞江上游串联水库防洪优化调度研究.pdf

ar e s e a r c ho f o p t i m i z e ds c h e d u l i l l go fn o o dc o n t r 0 1 i n u p s t r e a ms e r i e sr e s e r v o i ro fy i nr i v e r m 旬o r ：h y d r o l o g ya n dw a t e rr e s o u r c e s d i r e c t i o no fs t l l d y ：w a t e rr e s o u r c e sp l a m l i n g a n dm a n a g e m e n t p o s t g r a d u a t es t u d e n t ： g u l i a n g s u p e i s o r ： p r o fc h u n q i n gg u o s 印t e m b e r ，2 0 0 8t oa p r i l ，2 01o 58 舢6舢7m 1m 7 舢1舢y 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的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，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字同期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 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印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借 阅。本人授权( 学校) 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： 签字同期：刎护年 导师签字：多中 i 签字同期：m l ，年6 月f 孑日 摘要 中国不仅是世界上水资源极为短缺的国家，也是洪涝灾害频发、洪灾损失严 重的国家。由于水资源的进一步丌发，已经对洪水的时间、空间分布造成了巨大 的变化，原有的防洪体系已经不能有效得应对新形势下的洪水情况。同时又由于 中国城市化进程的加速，在尽量减少工程措施的基础上，对流域防洪也提出了更 高的要求。因此，如何有效提高流域防洪能力，特别是如何充分发挥非工程措施 作用，对解决中国长期洪涝灾害频发问题具有十分重要的意义。 水库防洪优化调度主要是研究水库在洪水期调度决策的优化技术。随着数学 规划理论的同渐完善，计算机软硬件技术和决策支持系统的发展，使复杂的计算 成为可能，模型的近似程度明显提高，优化模型更接近于实际情况。遥测遥感、 水文模拟技术的应用使得水文预报在短期及中长期预报上都有了长足的进步。所 有这些，均为水库防洪优化调度提供了一个良好的先决条件。 在广泛阅读、分析前人关于水库防洪优化调度研究成果的基础上，本次研究 建立了鄞江上游串联水库优化调度模型，给出了2 0 年一遇情况下串联水库的防 洪调度方案，为从非工程措施上提高流域防洪能力提供了依据。 1 详细分析了鄞江流域以及奉化江流域的水利工程状况和防洪能力现状，为 了提高计算精度，将水文计算扩展到了整个奉化江流域。对奉化江流域进行了暴 雨分区和产流分区，计算得出了流域内3 8 个山区分区各频率下的洪峰流量，并 经过汇流计算将其作为进入平原河网的节点流量。 2 通过2 0 0 0 年桑美台风对海河平原河网水利模型进行验证和校核，利用该 水利模型模拟了2 0 年一遇下的平原水位变化状况，求得了平原各节点在洪水期 的最高水位，并选取其中的2 6 个特征点绘制奉化江流域平原等水位线图，同时 也根据模型计算结果绘制了洪水灾害分区图。 3 系统论述了水库防洪优化调度模型的基本理论，并对防洪优化方法进行了 探讨，以减小下游防洪点最大洪峰流量为目标，建立了鄞江上游串联水库优化调 度模型。讨论、阐述了选择逆序的动态规划方法的合理性和计算步骤，并调用 m a t l a b 软件进行编程求解，得到了上游串联水库优化调度方案，并对优化成果 进行分析，为洪水期水库防洪调度提供了依据。 4 从自然因素角度，分析了研究区影响洪水形成的主要因子为降阿因子、地 形因子和河网因子。根据各因子的实际情况，确定了影响度的划分标准，最后将 三个因子的影响度进行叠加，得出了研究区洪水危险性评价图，对研究区的防洪 工作安排具有一定的指导作用。 关键词：鄞江流域串联水库防洪优化调度逆序动态法危险性评价 a b s t r a c t c h i n ai sn o to n l ys h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e si nt h ew o r l d ，a l s on o o d i n gv e 叫 f e q u e n t ，a n dw e r es e v e r e l yd a m a g e di nt h en o o d d u et ot h e 如r t h e rd e v e l o p m 肌to f t h ew a t e rr e s o u r c e s ，t h et i m ea n ds p a c ed i s t m u t i o no fn o o da r ec a u s e db y 笋e a t c h a n g e s ， t h eo r i 百n a ln o o dc o n t r o ls y s t e m sc a n t e a e c t i v e l yd e a l w i t ht h en e w s i t u a t i o no ft h en o o d a l s ob e c a u s eo fc h i n a su r _ b a n j z a t i o nr a t e o nt h eb a s i so f r e d u c i n ge n 百n e e r i n gm e a s u r e s ，i tp u t sf o n v a r dh i 曲e rr e q u e s tf o rb a s i nf l o o dc o n t r 0 1 t h e r e f o r e ，h o wt oe 行e c t i v e l yi m p r o v et h en o o dc o n t r o la _ b i l i t 弘e s p e c i a l l yh o wt o 西v e 如l lp l a yo fn o n s t r u c t l l r a lm e a s u r e st os o l v ef k q u 饥tf l o o d i n gp r o b l 锄i nl o n g t 锄 h a se x t r e m e l yv i t a ls i g n i f i c a n c e r e s e r v o i r s o p t i m a l n o o d d i s p a t c h i n g i s m a i n l y s t u d i e dt h e o p t i m i z a t i o n s c h e d u l i n go fr e s e r v o i r w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm a t h 锄a t i c a lp r o 黟a i i i n l i n gt h e o c o m p u t e rs o 椭，a r ea n dh 莉w a r et e c l u l 0 1 0 9 ya n dd e c i s i o ns u p p o r ts y s t 锄，i tm a l ( em e c o m p l e xc a l c u l a t i o np o s s i b l e ，t h ea p p r o x i m a t i o nm o d e lo b v i o u s l yi m p r o v e da n dm e o p t i m i z a t i o nm o d e l i sm o r ec l o s et oa c t u a lc i r c u m s t a n c e s t h ea p p l i c a t i o no fr e l l l o t e s e n s i n g ，h y d m l o 百c a ls i m u l a t i o nt e c h n o l o g ym a k es h o r t t e 肌a n dm e d i u m t e n i l h y d r o l o 沓c a lf o r e c a s t i n gc o n s i d e r a b l ep r o g r e s s a l lo ft h e s em e t h o d sp r o v i d eag o o d p r e r e q u i s i t e sf o ro p t i m a ln o o dd i s p a t c h i n go fr e s e r v o i r o nt h eb a s i so fe x t e l l s i v er e a d i n ga n da n a l y z i n gp r e v i o u sr e s e a r c ha c h i e v e m e n t s i b o u to p t i m a lf l o o dd i s p a t c h i n go fs e r i e sr e s e r v o i r ，t h i sp a p e re s t a b l i s h so p t i m i z e d s c h e d u l i n gm o d e lo fs 谢e sr e s e r v o i r i nu p s t r e a mo fy i nr i v e r a l s o 酉v es 甜e s r e s e r v o i rn o o dd i s p a t c h i n gp l a no f2 0y e a r sam e e t ，a n dp r o v i d e sb a s i sf o ri m p r o v i n g t h ea b i l i t yn o o dc o n t m lo fn o n - s t r u c t l l r a lm e a s u r e s 1 d e t a i l e da n a l y s i sw a t e rc o n s e r v a n c yp r o j e c ts t a t u sa n df l o o dc o n t r o la b i l i t yo f y i nr i v e ra n df e n g h u a 订v e rb a s i n i no r d e rt oi m p r o v et h ec a l c u l a t i o na c c u r a c y ， h y d r o l o g i cc a l c u l a t i o na r ee x p a n d e dt h ew h o l ef e n g h u ar i v e rb a s i n d or a i n s t o 珊 d i v i s i o na n d1 1 j n o f fy i e l dd i v i s i o no ff e n g h u ar i v e rb a s i n ，a n do b t a i nn o o d p e a kf l o w o f3 8p a r t i t i o n su n d e ri t so w n f k q u e n c y ： 2 t e s ta n dv e r i f yh y d r a u l i cm o d e l t h r o u 曲2 0 0 0s a n g m e it y p h o o n ，a n du s et h e h y d r a u l i cm o d e l t os i m u l a t et h e2 0y e a r so n em e e tp l a i nw a t e rc h a n g e s ，a n do b t a i nt h e h i 曲e s tf l o o dl e v e lo fe v e 巧n o d e ，a j l ds e l e c t2 6f e a t u r ep o i n t so ff e n 曲u ar i v e rb a s i n t od r a ww a t e rl e v e lc o n t o u rm a p ，a l s od r a wt h en o o dd i s a s t e rz o n i n gm a p a c c o r d i n g t o t h ec h a r tm o d e l 3 s y s t e m a t i c a l l yd i s c u s st h ec o n c 印to fo fr e s e r v o i r so p t i m a ln o o dd i s p a t c h i n g a l s op r o b e si n t ot h eo p t i m i z a t i o nm e t h o do ff l o o dc o n t r 0 1m e t h o di no r d e rt od e c r e a s e f l o o dp e a kn o wo fd o w n s t r e a m ，a i l de s t a b l i s ho p t i m i z i n gd i s p a t c h i n gm o d e li nm e u p s t r e a mo fy i n f e n gr i v e d i s c u s st h er a t i o n a l i t yo ft h ed y n 锄i cp r o 伊a n 姗i n gm e t h o d ， a n do b t a i nt h eo p t i m i z a t i o n d i s p a t c h i n go nm a t l a bs o 小v a r ep r o 殍a m m i n g t h e o p t i m i z a t e dr e s u l t sp r o v i d et h eb a s i sf o rr e s e o i rn o o do p e r a t i o n si nf l o o ds e a s o n 4 f r o mt h ea n 9 1 eo fn a t u r a lf a c t o r s ，t h ei n n u e n c ef a c t o ro fm es t l l d ya r e ai s m a i n l yr a i n ，t e m i na n dr i v 既a c c o r d i n gt ot h ea c t l l a ls i t u a t i o no fe a c hf a c t o r t h e e 仃e c to ft h ed i v i s i o ns t a n d a r da r ed e f i n i t e d f i n a l l y m e 缸e ef a c t o r sa r eo v e r l v e d t o g e t h e ri nt h es t u d ya r e a ，a n do b t a i nt h ed i a g r 锄o fn o o d s ke v a l u a t i o n t h e d i a 黟a mc a np r o v i d eg u i d a n c eo f n o o dc o n t r 0 1a r r a i l g 锄e n t si nt l l er e s e a r c ha r e a k e yw o r d s ：nr i v e rb a s i n ；s 嘶e sr e s e r v o i r s ；o p t i m a ld i s p a t c h i n gn o o dc o n t m l ； i n v e r s et e m p o r a ld y n a m i cm e t h o d ；r i s ka s s e s s m e n t 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i v 第1 章引言1 1 1 研究背景l 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 国外研究状况2 1 2 2 国内研究状况4 1 3 研究内容方法与技术路线6 1 3 1 研究内容与拟解决的关键问题6 1 3 2 技术路线7 1 4 主要创新点7 1 5 本章小结8 第2 章流域概况9 2 1 自然地理经济概况9 2 2 气象与水文1 0 2 2 1 气象条件1o 2 2 2 河流水系10 2 3 水利现状及存在问题：1 2 2 3 1 水利建设现状一12 2 3 2 现状防洪能力。1 3 2 3 3 防洪存在的主要问题1 4 2 4 本章小结1 4 第3 章水文分析计算16 3 1 水文基础资料1 6 3 2 设计暴雨1 7 3 2 1 流域设计面暴雨17 3 2 2 研究区设计暴雨18 3 2 3 成果合理性分析19 3 2 4 设计暴雨时空分配2 0 3 3 设计洪水2 3 3 3 1 产流分区2 3 3 3 2 产流计算2 5 3 3 3 汇流计算2 6 3 4 本章小结3 0 第4 章防洪计算3 2 4 1防洪水利计算3 2 4 1 1 水利计算原理3 2 4 1 2 模型参数分析与率定3 4 4 1 3 模型边界条件3 5 4 1 4 计算分区及河网概化3 5 4 1 5 模型验证3 5 4 2 流域等水位图3 7 4 2 1绘制平原等水位图3 7 4 2 2 洪水灾害分区3 9 4 3 本章小结4 0 第5 章串联水库防洪调度4 2 5 1 单一水库防洪优化调度模型4 2 5 1 1 目标函数4 2 5 1 2 约束条件4 2 5 2 串联水库防洪优化调度模型一4 3 5 2 1 模型的建立4 3 5 2 2 优化模型求解4 7 5 3 优化配置结果及其分析4 9 5 3 1 优化配置结果4 9 5 3 2 成果分析5 2 5 4 本章小结5 4 第6 章洪水灾害危险性评价5 5 6 1 洪水灾害危险性评价技术路线5 5 6 2 评价指标的选择5 5 6 3 影响度的划分标准5 6 6 3 1 降雨的空间分布特征及对洪水危险程度的影响5 6 6 3 2 地形特征及其对洪水危险性的影响5 6 6 3 3 河网分布及其对洪水危险程度的影响5 7 6 4 洪水灾害危险性评价图5 7 6 5 本章小结6 0 第7 章结论与展望61 7 1 主要结论6 1 7 2 展望6 2 致谢6 3 参考文献6 4 个人简历6 8 梓林理。i ：人学硕十学伊论文 1 1 研究背景 伴随社会的进步，人类利用和改变自然能力的进一步加强，水资源被大幅度 开发利用，原有的生态环境破坏程度加剧，导致了流域内洪水肆虐。洪水是湖河 在短时间内发生的流量急剧增加、水位明显上升的水流现象【l 】，正日益威胁着人 民的生命财产安全。 1 9 9 8 年长江就发生了仅次于1 9 5 4 年和1 9 3 1 年的流域型大洪水，7 月初至8 月底，长江上游先后出现8 次洪峰，与下游洪水相遇，形成了全流域性大洪水， 宜昌站最高洪峰流量达到了6 3 3 0 0 m 3 s ；8 月中旬干流中下游沙市达到最高水位 4 5 2 2 m 。据流域内各省统计，农f f i 受灾面积2 2 2 9 万公顷( 3 3 4 亿亩) ，成灾面积 1 3 7 8 万公顷( 2 0 7 亿亩) ，死亡4 1 5 0 人，倒塌房屋6 8 5 万间，直接经济损失2 5 5 1 亿元【2 】【3 】。 在一次次洪灾之后，人们的防洪策略和治水观念也正发生着改变【4 1 。中华人 民共和国成立以来，进行了一系列大规模的防洪工程建设，目前各主要河流基本 上形成了以水库、堤防、蓄滞洪区或分洪河道为主体的拦、排、滞、分相结合的 防洪工程体系，于此同时防洪非工程措施也得到了重视和加强【5 】： ( 1 ) 堤防的加修加固。全国江河堤防总长度由解放前的4 2 万k m 增加到2 1 6 万k m ，增加了1 7 4 万k m ，保护耕地面积为3 2 2 0 o 万k m 2 ，保护人口3 2 2 亿。 ( 2 ) 水库工程的修建。建国以来总共修建了大中小型水库8 6 0 0 0 多座，总库 容约为4 5 0 0 亿m 3 ，其中包括大型水库3 5 8 座，总库容3 3 5 7 亿m 3 。这些水库正 在防洪工作中发挥着越来越重要的作用。 ( 3 ) 分洪区的开辟。在主要江河上总共丌辟了1 0 0 多处分洪区。其中，长江、 黄河、淮河、海河四大流域共有9 8 处蓄滞洪区，其总蓄洪量达到了9 7 0 多亿m 3 。 ( 4 ) 河道的疏浚整治以及排洪入海出路的丌辟。如海河流域扩建、丌辟子牙 新河、涤阳新河、永定新河、漳卫新河等，丌挖疏浚了各河入海的河道，改变了 各河洪水汇集于天津入海的局面。淮河流域扩大了入江水道，丌挖了苏北灌溉总 渠等，增大了排水入海的能力。 ( 5 ) 水土保持工作的开展，其中初步治理了水土流失面积约5 0 万k m 2 。 ( 6 ) 防洪非工程措施的逐步建立和完善。如重点河段和水库建立水文自动测 报系统，在大流域蓄滞洪区建立报警系统，建立健全流域机构及重点省、市防汛 指挥中心，加强全国通讯干线，开展洪水预报，研究制定和完善洪水调度方案等。 从发展趋势上来看，工程措施一般投资很大，要占用大片土地；然而非工程 村林理丁大学硕十学竹论文 措施则可用较少投资，减轻洪灾损失，同时不改变当地生态环境，因此非工程措 施，特别是水库防洪优化调度已经越来越引起人们的重视，成为防洪减灾体系的 重要组成部分。但是目前由于缺乏统一、科学的规划，新的问题也就接踵而至。 主要是由于中国绝大多数水库都处于梯级水库群之中，而并非单独存在。如果在 任何一个水库修建一个新工程或改变一项防洪措施，就可能牵一发而动全身，势 必会对全流域系统产生或大或小的影响 6 】。梯级水库建成之后，特别是当水库具 有一定调洪能力时，河流洪水的产流区域、行洪时间等特性都将发生巨大的变化。 因此，梯级水库洪水调度的计算理论与方法更值得研究。但由于其考虑的影响因 素远比单一水库要多，那么如何在梯级水库洪水调度中结合各个因素，得出行之 有效的防洪调度方案也就成为了目前急需研究的一个重要课题。 1 2 国内外研究现状 水库防洪优化调度就是指对流域内一组相互间具有水文、水力、水利联系的 水库以及相关工程设施进行统一的协调调度，达到既保证水利设施自身的安全、 又保证下游防洪区安全的目的，从而使整个流域的洪灾损失达到最小【7 】【8 1 。 1 2 1 国外研究状况 ( 1 ) 线性规划方法( l p ) 线性规划是目前优化理论最完整、技术最成熟的优化方法。由于其实现简便， 在满足线性和连续性等条件的规划问题中，具有广泛的应用价值。经过不断发展， 线性规划的解法不断成熟并且趋于完善。目前大型线性规划经过进一步发展，已 经可以求解数十个、甚至数百个变量，同时一些非线性规划也要常常转化为线性 规划来进行处理。 最早g b d a n t z i g ( 1 9 4 7 ) 提出了一般线性规划问题的求解方法一单纯形 法p j ，线性规划理论在水库优化中的应用逐渐展丌。2 0 世纪6 0 年代，p 撕l ( 1 l ( 1 9 6 6 ) 将线性规划方法应用于水资源领域，提出了在空间分解概念基础上，利用l p 方 法对不同时段防洪子系统的出流进行空问分配【i o 】。h a l l 和s h e p h a r d ( 1 9 6 7 ) 就 水库优化问题建立的线性规划模型，将水库群系统的优化问题分解成一个主问题 和一系列子问题进行求解【。w i n d s o r ( 1 9 7 3 ) 以下游防洪点灾害损失的最小化 为目标函数建立了库群防洪调度的数学模型后，利用递归线性规划方法分析了复 杂水库群防洪系统的优化调度问题，但是在目标函数和影响因素上却未能具体说 明i j 川。h o u c k ( 1 9 7 9 ) 提出了一个有关联约束的线性规划模型，这是一个包含与 未来径流预报有关的风险模型，该模型以预报可靠性作为输入【1 3 】。 2 梓林理t 大学硕十0 叫市论文 ( 2 ) 动态规划方法 动态规划方法具有数学模型和求解方法比较灵活的优点，无论系统是连续的 或离散的、线性或非线性的、确定性的或随机性的，只要能构成多阶段决策过程， 便可用此方法求解。因此在防洪系统优化调度中得到了广泛的应用。 美国的j d c l i t t l e ( 1 9 5 5 ) 提出了径流为随机的水库优化调度随机模型，最 早将动态模型应用于水库优化调度【1 4 】。2 0 世纪5 0 年代美国数学家b e l l m a n ( 1 9 5 7 ) 为了研究多级决策问题而提出来的动态规划方法，是一种决策过程优化方法，创 立了一套由后向前的“逆向递推”算法将一个多级决策问题转化为多个一级决策 问剐”】【1 6 】。t u 玛e o n ( 1 9 8 1 ) 提出了一种水库短期优化调度的方法，首先对系统进 行主成分分析，寻求一个降维模型，然后使用随机动态规划对降维模型求解【1 7 】。 ( 3 ) 多目标分析方法。 由于大多数综合利用水库除防洪之外，还存在着灌溉、发电、养殖和航运等 其他问题，在数学建模中就要确定多个不同的目标函数，但是各目标之间又常常 相互矛盾。因此，必须在水库综合调度中引入多目标分析方法。 f 啪i o ( 1 9 8 1 ) 等研究了在洪水期问的水库最优运行问题，以发电等效益作 为目标，防洪等作为约束，模型考虑了多库洪水演算的祸合约束【1 8 】。g l b e c k e r ( 1 9 9 2 ) 用约束扰动法研究了多目标水库群系统的优化决策问题，在得到非劣解 后由决策者根据其主观原因确定一个满意结果【1 9 】。 ( 4 ) 大系统分解协调方法。 大系统理论所要研究的就是按照整个系统的最优指标与各子系统之间的关 系，最优地分配各子系统的指标，并以此来控制各个子系统，使整个系统最终达 到最优化。“分解一协调”算法是大系统设计和优化中一种很自然也是很有效的 方法。其中最常用的是两级结构：第一级是下级子系统，解决各子问题的优化： 第二级是上级协调器，解决各子系统的相互耦合，实现大系统的优化【2 0 】。 大系统理论在水资源领域中应用的研究工作开始与2 0 世纪6 0 年代，在处理 大型线性规划问题时d a n t z i g 和w - o l f e ( 1 9 6 0 ) 提出了大系统分解协调的概念。 m e s a r o v i c ( 1 9 7 1 ) 提出了大系统递阶控制理论，其基本思想是将复杂的大系统分解 为若干个简单的子系统，以实现系统局部最优化【2 1 1 。 ( 5 ) 神经智能信息处理方法 以模糊系统、进化算法和神经网络的相结合为主的神经智能处理方法，是一 个由多学科相互渗透、相互交叉形成的新型智能处理方法。 b a nk o s k o ( 1 9 9 2 ) 作为模糊联想记忆网络系代表，将神经网络和模糊系统 相结合。该系统的处理方式和处理思想代表了模糊规则获取和利用的一个主要发 展趋判2 2 j 。p c o u l i b a l y a ( 2 0 0 0 ) 等将一种基于s t a 法的多层前馈神经网络应用 3 托林理 ：大学硕十学位论文 到水库的实时预报中，避免了神经网络的过拟创2 3 】【2 4 】。k i m ( 2 0 0 1 ) 等通过建立 反映天气系统、产流和汇流之间关系的神经网络进行洪水预报【2 5 1 。r b a r a t t i 针 对水库管理不同时段的要求，运用神经网络模型预测不同时段内的降雨，为库群 的多目标调度服务【2 6 】。m v h l e n c a 等为了合理使用水电能和非水电能以及分配各 个电厂的负荷，用神经网络和p a r m a 模型预测每月的平均入流，结果表明前者 的精度优于后者【2 7 】。 ( 6 ) 其他优化方法 在水库调度领域中，如网络流规划、非线性规划等也有所应用。此外，如对 策论、存贮论、排队论、灰色系统等一批新的优化方法的产生和发展，它们也极 大地丰富了水库群防洪系统调度的研究方法。 1 2 2 国内研究状况 ( 1 ) 线性规划方法 王厥谋( 1 9 9 0 ) 考虑到了河道洪水变形和区间补偿等因素，为丹江口水库建 立了一个线性规划模型。许自达( 1 9 9 4 ) 等提出了水库群洪水优化调度的判别式 法，并将优化技术应用于水库群防洪调度中【2 引。都金康( 1 9 9 6 ) 等基于水库群系 统防洪调度的基本原理构造了线性规划模型2 9 1 。王栋等人为了解决了混联水库防 洪调度优化问题，把仿射变换法应用于水库防洪调度线性规划模型中，取得了较 好的效果1 3 0 j 。 ( 2 ) 动态规划方法 谭维炎、黄守信( 1 9 6 3 ) 等根据动态规划与m a f k o v 过程理论，建立了个长 期调节水电站水库的优化调度模型，并在猡币子滩水电站的优化调度中得到应用 p 。鲁子林( 1 9 8 3 ) 等应用增量动态规划，并结合短期洪水预报模型，实现了富春 江水电站的优化调度，获得了平均每年增发电能2 4 7 0 万k 、的效益【3 2 】。李寿声、 彭世彰( 1 9 8 6 ) 等结合一些地区水库调度实际问题拟订了一个非线性规划模型和 多维动态规划模型，用于解决满足多种水源分配的水库最优引水量问题【3 3 】。许自 达( 1 9 9 0 ) 将水库群系统防洪联合调度的注意力转移到了下游河道的洪水演进上， 应用动态规划法对水库群整体防洪优化调度进行研究，在不同的洪水预报条件 下，分别求解水电站水库群最优洪水调度和整体防洪措施的最优运用问题，将空 间阶段变量作为时问阶段变量的一个子系统建立递推【3 4 】。贺北方、涂龙( 1 9 9 5 ) 将径流过程的随机描述与模糊动态规划相结合，建立了水库优化调度的随机系统 模糊动态规划模型( s f d p m ) ”】。徐慧( 2 0 0 0 ) 等人应用每秒运算2 5 亿次的国产 曙光1 0 0 0 巨型计算采用动态规划模型对淮河正阳关以上流域的9 个大型水库进 行联合优化调度研究，同时给出了淮河流域9 个大型水库联合优化调度模型f 3 6 】。 4 梓林理i ：人硕十。学何论文 ( 3 ) 多目标分析方法 张玉新、冯尚友( 1 9 8 6 ) 建立了一个多维决策的多目标动态规划模型【了7 1 ，以 多目标为基本目标，而将其它非基本目标作为状态变量处理，求解方法仍基于一 般的动态规划原理，该法实质上是单目标动态规划法在多目标问题中的应用，但 是随着维数的增加，计算工作量必然增加较多。为克服这一问题，张玉新、冯尚 友( 1 9 8 8 ) 又提出了一个称之为多目标动态规划迭代法的求解方法，该法的核心 是构造一个三阶段函数，计算效益有所提高【3 8 】。在研究以发电量和淤积量为目标 的水沙联合优化调度中，用该法求出非劣解集后再用均衡规划法选出满意的调度 方案。樊尔兰、李怀恩( 1 9 9 6 ) 等建立了综合利用水库优化调度的动态确定性多 目标非线性数学模型，并利用逐次逼近( t h ep r o g r e s s i v ea p p r o a c ha l g o 订t h m ， p a a ) 的逐步优化法( t h ep r o g e s s i v eo p t i m a l i t ya l g o r i t h m ，p o a ) ，即p a p o a 法求 解模型的最优解集【3 9 】。多目标分析法中考虑了不可公度目标的组合及其影响因 素，但各目标权衡系数的确定目前还没有可行的方法，这方面尚有待迸一步研究。 ( 4 ) 大系统分解协调方法 张勇川( 1 9 8 1 ) 利用大系统分解协调的观点，对水库群调度进行了研究，提 出了有时段径流预报的m d p 模型【4 0 】。董增川( 1 9 8 6 ) 研究了大系统分解原理在 水库群优化调度中的应用【4 1 1 。胡振鹏、冯尚友( 1 9 8 8 ) 提出了动态大系统多目 标递阶分析的分解聚合方法，将水库群多年运行的整体优化问题分解为按时间 划分的一系列运行子系统，在各个子系统优化的基础上，将各水库提供的年运行 策略集合到上一系统，并由聚合模型描述和确定水库群的多年运行过程和策略， 该方法为解决跨流域供水水库群联合运行中多水库、多目标、多层次、调节周期 长和计算时段多等复杂的问题提供了有效方法，在解决月江口水库防洪与兴利两 个目标的优化调度时得到了应用【4 2 1 。黄志中、周之豪( 1 9 9 4 ) 对澄水流域提出了 水库群实时防洪调度的多目标决策模型，以分解协调方法克服“维数灾 【4 3 】。解 建仓、田峰巍( 1 9 9 8 ) 等结合黄河干流水库群( 包括水电站) 实例，建立了优化调 度模型，采用大系统分解协调原理推导了模型的求解算法【州。 ( 5 ) 其他优化方法 胡铁松( 1 9 9 5 ) 等研究了一种求解线性规划的神经网络方法，并将人工神经 网络应用于水文水资源问题中，尤其是应用于水库群的优化调度函数问题，随后 研究提出了多目标线性规划以及多目标动态规划的神经网络方法【4 5 1 。该方法具有 快速收敛于状态空间中一稳定平衡点的优点。 王黎( 1 9 9 7 ) 等人利用二进制遗传算法对水电站水库优化调度进行了研究， 得到了较好的计算效果【4 6 1 。畅建霞( 2 0 0 1 ) 等人在遗传算法中为避免采用二迸制 编码时存在的编码冗余问题，提出一种基于十进制整数编码的改进遗传算法，并 5 梓林理t 大0 ：硕十学何论文 进行水电站水库优化调度研究【47 1 。郭纯一( 2 0 0 3 ) 以辽宁省省级防洪调度决策支 持系统建设为背景，提出基于遗传算法的水库防洪调度决策支持系统，使该系统 具有较强的科学性、灵活性和实用性【4 8 】。 徐刚( 2 0 0 5 ) 等将离散蚁群算法应用到梯级水电厂短期优化调度以及梯级水 电厂同竞价优化调度问题 4 9 - 5 1 1 。李崇浩等将微粒群算法应用于梯级水电厂短期优 化调度以及梯级水电站厂内经济运行中的应用研究【5 2 。5 4 】。邱林( 2 0 0 5 ) 等基于水 库优化调度常用优化方法存在的不足，将混沌优化算法运用到水库优化调度中， 并与常规方法相比，表明具有一定的优越性【5 5 1 。 1 3 研究内容方法与技术路线 1 3 1 研究内容与拟解决的关键问题 本文是在研究区防洪能力较差，且不能单一依靠工程措施来提高防洪能力的 情况下，以奉化江流域中的鄞江流域作为研究对象，对其上游串联水库防洪调度 进行研究，为该流域如何应对洪水、提高其防洪能力提供有力依据。同时在计算 过程中为了提高计算结果的准确度和可信度，将水文计算范围扩展到整个奉化江 流域。 本文研究内容归纳起来主要有以下几个方面： 1 根据已有奉化江流域雨量资料，分析了流域暴雨、产流现状，以及典型 暴雨的选择问题；并划分暴雨分区、产流分区，在进行合理性分析的基础上，得 出了进入平原河网的节点流量。 2 根据产汇流计算得出的平原河网节点流量，借助河海大学的海河平原河 网水利模型，计算研究区内的平原洪水期最高水位，并绘制奉化江流域以及鄞江 流域等水位图，根据各区域的防洪危险程度进行防洪分区。 3 探讨鄞江上游串联水库在水库防洪调度中的构成要素，并对鄞江防洪调 度进行了概化。根据鄞江下游防洪点洪峰流量最低的目标与原则，构建鄞江上游 串联水库防洪调度模型，利用逆序动态规划方法结合马斯京根流量演算法，在 m a t l a b 内进行编程求解。 4 根据串联水库防洪优化调度模型的计算结果，针对研究区内地防洪问题， 提出了上游串联水库联合调度方案，给出了防洪调度后研究区内的等水位线图。 5 结合鄞江流域内的降雨量、降雨强度、地形及河网、水库的分布等影响 性因素对研究区内洪水危险性进行评估，并绘制研究区洪水危险性评价结果图。 拟解决关键问题： 1 平原等水位图。充分利用现有各类资料开展整个奉化江流域的洪水计算， 6 杆林理t 人学硕 ：学伶论文 利用海河平原河网水利模型求解流域特征点水位，绘制奉化江流域和鄞江流域 2 0 年一遇时的平原等水位图。 2 水库防洪联合调度方案。运用规划理论分析防洪优化调度问题，确定鄞 江上游串联水库防洪优化调度模型，运用m a t l a b 对模型进行编程求解，并由优 化结果推出串联水库防洪联合调度方案。 3 洪水灾害危险性评价图。通过对研究区内各洪水影响因素的量化、叠加， 运用s u 衙软件绘制洪水危险性评价结果图。 1 3 2 技术路线 根据鄞流域经济发展和防洪现状，本此研究主要通过对鄞江上游串联水库的 防洪优化调度，提高研究区下游的防洪能力。研究的技术路线如图1 1 所示。 1 4 主要创新点 图卜1 研究的技术路线图 1 本文首先评价了鄞江流域防洪现状，进行了洪水期的水文模拟计算，以 此为基础，构建了考虑上游来水，区间来水，下游流量控制等多条件的鄞江上游 串联水库防洪优化调度模型。 2 在选择求解模型方法上，与传统的单一水库防洪优化建模及求解方法有 7 梓林理t 人7 ：硕 ：0 叫市论文 所不同，本文主要通过马斯京根法计算下游水库入流量，建立两个水库的水力联 系，运用逆序动态规划法在m a t l a b 中进行编程求解，得出最优化的防洪调度方 案。 3 考虑了研究区中内降雨因子、地形因子和河网因子对于洪水灾害形成的 作用，对于制灾因子进行影响度划分，利用s u r f e r 软件，