熵與模糊集理論在洪水預(yù)報及水庫調(diào)度中的應(yīng)用研究.pdf

1、我國洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，每年防汛任務(wù)十分艱巨，但同時又面臨著日趨嚴重的水資源短缺問題。在保證防洪安全前提下，開發(fā)利用洪水資源，實現(xiàn)防洪與興利并舉，是近年來水文學(xué)科重點研究的問題之一。本文從洪水預(yù)報和汛限水位動態(tài)控制兩個研究方向著手，以汛限水位動態(tài)控制研究專題的試點水庫為工程背景，運用模糊優(yōu)選理論、極大熵理論、熵權(quán)多目標(biāo)決策法、遺傳算法等理論，研究了蒸散發(fā)計算和流域蓄水容量的模糊描述、洪水預(yù)報模型參數(shù)的模糊相似校正方法、流域非線性匯流模型、

2、誤差分布的極大熵模型以及考慮洪水預(yù)報和降雨預(yù)報動態(tài)控制水庫汛限水位的風(fēng)險計算方法。主要研究內(nèi)容和成果如下： (1)對產(chǎn)流模型中采用分級簡化計算蒸發(fā)和流域蓄水容量描述存在的問題，以大伙房模型為例，首先利用隸屬度函數(shù)對蒸發(fā)和蓄水容量進行模糊描述，解決了原分級計算導(dǎo)致蒸發(fā)參數(shù)敏感，蒸發(fā)量計算不合理的問題。并通過分析流域下墊面和徑流特點，考慮了土壤蓄水容量的變化，進一步認識流域水文循環(huán)變化規(guī)律，提高了洪水預(yù)報精度。在此基礎(chǔ)上，利用場次洪

3、水降雨前期因素之間的相似性，從誤差形成的物理機制出發(fā)，利用場次洪水降雨前期因素之間的相似性，建立了洪水預(yù)報模型參數(shù)的模糊相似校正方法。通過修正模型參數(shù)，達到校正產(chǎn)流預(yù)報結(jié)果的目的。 (2)對瞬時單位線流域匯流模型的非線性處理問題，通過考慮時段雨強和空間分布不均的非線性影響因素，提出了時變瞬時單位線非線性匯流模型。并針對規(guī)范中要求洪峰流量、峰現(xiàn)時間和確定性系數(shù)同時滿足精度要求的多指標(biāo)評價問題，提出兩種目標(biāo)評價函數(shù)——模糊綜合目標(biāo)函

4、數(shù)和熵權(quán)多目標(biāo)決策法來確定模型參數(shù)。在觀音閣一蒞窩水庫的應(yīng)用結(jié)果表明，對反推梯級水庫區(qū)間匯流過程存在的負值、鋸齒狀和誤差等問題，可采用區(qū)間洪水匯流和河道演進模型參數(shù)統(tǒng)一率定的方法解決。 (3)針對目前采用正態(tài)、對數(shù)正態(tài)等常用分布描述洪水預(yù)報誤差存在的問題，根據(jù)實際洪水預(yù)報誤差出現(xiàn)在有限區(qū)域的特點，建立了洪水總量預(yù)報誤差分布的極大熵模型，計算了不同預(yù)報方案的極限誤差，與常用分布進行了對比分析。對模型中的誤差上限確定問題，從防洪安全

5、的角度給出了初步確定方法。最后利用模型計算得到的誤差分布，對預(yù)報誤差的不確定性進行了估計。 (4)在桓仁水庫和丹江口水庫洪水預(yù)報與降雨預(yù)報精度分析的基礎(chǔ)上，利用防洪預(yù)報調(diào)度方式和改進的預(yù)泄能力約束法，確定了桓仁水庫與丹江口水庫汛限水位動態(tài)控制域。在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合降雨預(yù)報和洪水預(yù)報確定了桓仁水庫動態(tài)控制汛限水位的上限。通過分析，在保證水庫供水和發(fā)電效益的前提下，單獨利用洪水預(yù)報、降雨預(yù)報信息以及兩種預(yù)報信息聯(lián)合應(yīng)用，桓仁水庫汛期最

6、多分別可減少棄水 30.21×10<'6>m<'3>、60.42×10<'6>m<'3>和90.63×10M<'6>m<'3>；單獨利用降雨預(yù)報信息，丹江口水庫汛期最多可減少棄水 4.1×10<'8>m<'3>。 (5)研究分析了利用洪水預(yù)報和降雨預(yù)報信息動態(tài)控制汛限水位對水庫的防洪風(fēng)險。在王本德教授對汛限水位動態(tài)控制風(fēng)險率定義的基礎(chǔ)上，結(jié)合預(yù)報誤差分布的極大熵模型，通過分析年頻率與次頻率的轉(zhuǎn)換關(guān)系，建立了利用洪水預(yù)報以及洪水預(yù)