流域水資源實時調(diào)控理論方法和系統(tǒng)實現(xiàn)研究.pdf

1、近年來黃河持續(xù)枯水，下游河段面臨斷流，國民經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境供水嚴重不足，在這種情況下，研究缺水地區(qū)枯水年份水資源實時調(diào)配的技術(shù)方法、模型和系統(tǒng)開發(fā)成為黃河流域治理開發(fā)和管理中的關(guān)鍵和緊迫問題。為此，本論文的研究內(nèi)容是，以黃河流域下游為例，進行流域水資源實時調(diào)控理論方法和系統(tǒng)實現(xiàn)研究。取得的主要成果包括：(1)枯水流量傳播時間和水量損失綜合分析研究研究黃河小浪底以下河段基本情況，進行了河段節(jié)點劃分、枯水流量分級等有關(guān)問題的概化處理，重點針對

2、枯水流量傳播時間和河道水量損失這兩個水量傳播規(guī)律的重要參數(shù)，采用原型試驗和歷史資料分析兩種方法進行研究，并進行綜合分析提出可具操作性的成果。經(jīng)分析比較，原型試驗與歷史資料分析計算的流量傳播時間和水量損失均比較吻合。鑒于原型試驗與歷史統(tǒng)計成果可以相互印證，說明了上述成果可信，精度可靠。 (2)復(fù)雜河道長距離短歷時枯水流量演進方法研究針對復(fù)雜河道長距離短歷時枯水流量演進，重點研究了多因子線性演進方法、一維非恒定流流量演進方法和人工神

3、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，建立了相應(yīng)的模型，并進行了各種方法的比較。多因子線性演進方法，基本概念清楚，計算過程簡單透明，通過優(yōu)化方法可以獲取精度較高的演進方程參數(shù)，方法穩(wěn)定性高，而且便于進行演進計算和反饋控制計算，實際應(yīng)用表明，對黃河下游枯水演進具有一定的適用性，精度較高。經(jīng)比較，本文推薦采用多因子線性演進方法進行調(diào)度模型的開發(fā)。 (3)多時間步長嵌套和滾動修正的流域水資源實時多維臨界調(diào)控方法和模型研究從當前水資源管理和調(diào)度的情況出發(fā)，提出了

4、流域水資源實時多維臨界調(diào)配問題，應(yīng)用控制論和臨界調(diào)控理論，提出了流域水資源實時多維臨界調(diào)配的概念、特點和調(diào)控過程，分析了流域水資源實時多維臨界調(diào)控的特征。認為流域水資源實時多維臨界調(diào)控具有水庫調(diào)度、河段配水和流量預(yù)警控制相結(jié)合的三元調(diào)控結(jié)構(gòu)、不同時間步長嵌套的時間調(diào)控結(jié)構(gòu)、供需自適應(yīng)的動態(tài)平衡調(diào)控結(jié)構(gòu)、基于實時信息的動態(tài)反饋調(diào)整結(jié)構(gòu)等特征。 以黃河小浪底以下河段為例，構(gòu)建了多時間步長嵌套和滾動修正的流域水資源實時多維臨界調(diào)控模型

5、?？紤]小浪底水庫調(diào)度運用和來水、用水、區(qū)間加水、枯水流量演進等因素，提出了月、旬、日三種時間步長的模型嵌套和實時調(diào)度滾動決策方式，以利津斷面防斷流為控制條件，建立了黃河小浪底以下河段枯水月調(diào)配模型、旬調(diào)配模型、日調(diào)配模型、防斷流防凌預(yù)警和用水控制模型，并提出了求解方法。 (4)流域水資源實時多維臨界調(diào)控決策支持系統(tǒng)的研究和開發(fā)以黃河小浪底以下河段枯水調(diào)度決策支持系統(tǒng)開發(fā)為例，說明流域水資源實時多維臨界調(diào)控決策支持系統(tǒng)的研究和開發(fā)

6、。重點說明了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫建立和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、基于GIS的空間分析子系統(tǒng)、調(diào)度流程開發(fā)等方面。 調(diào)度流程的開發(fā)是此次決策支持系統(tǒng)開發(fā)的一個創(chuàng)新，針對不同季節(jié)水量調(diào)度特點，調(diào)度流程耦合了不同調(diào)度季節(jié)所需的數(shù)據(jù)庫、模型庫，開發(fā)春季、夏季、秋季和冬季水量調(diào)度控制流程，由系統(tǒng)總控界面進行管理，使用戶方便地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)和模型的控制，提高了調(diào)度決策效率和便捷性。還進行了基于3D-GIS的人機交互式視景子系統(tǒng)的探索和初步應(yīng)用。