【摘要】： 我國不僅洪澇災(zāi)害頻繁,而且水資源短缺和水環(huán)境、水生態(tài)惡化問題突出。依賴科技進(jìn)步,充分發(fā)揮水利工程尤其是水庫的作用,在確保防洪安全的前提下,充分發(fā)揮水資源的社會、經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境綜合效益,是緩解我國水資源危機的重要措施。 水庫預(yù)報調(diào)度作為水庫控制運用的重要非工程措施之一,在確保防洪安全,提高洪水資源利用率,充分發(fā)揮水庫防洪與興利綜合效益等方面發(fā)揮了重要的作用。但目前水庫的調(diào)度方式多數(shù)只重視了水庫的防洪與興利效益,往往忽略了水庫下游河道生態(tài)環(huán)境需水的現(xiàn)狀。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,生態(tài)環(huán)境問題越來越受到人們的關(guān)注,興利用水與生態(tài)環(huán)境用水的矛盾將成為水資源開發(fā)利用的主要矛盾之一。在現(xiàn)有水利工程狀況下,如何通過調(diào)整水庫調(diào)度方式來改善下游河道的生態(tài)環(huán)境,維持河流系統(tǒng)的健康、可持續(xù)發(fā)展,是當(dāng)前急需解決的重要課題。因此,充分利用預(yù)報信息及先進(jìn)的調(diào)度決策方法,進(jìn)行考慮生態(tài)環(huán)境目標(biāo)的水庫調(diào)度方式研究是水庫調(diào)度理論發(fā)展的必然趨勢。 本文結(jié)合“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“東北地區(qū)水資源全要素優(yōu)化配置與安全保障技術(shù)體系研究”,針對目前多數(shù)水庫調(diào)度方式中只注重防洪與興利目標(biāo)而忽略生態(tài)環(huán)境目標(biāo)的現(xiàn)狀,研究將生態(tài)環(huán)境目標(biāo)納入水庫調(diào)度綜合目標(biāo)之中,充分利用徑流預(yù)報信息,改善水庫現(xiàn)行的調(diào)度方式,在不影響或較小影響水庫原社會經(jīng)濟效益的前提下,發(fā)揮水庫的生態(tài)環(huán)境功能,增加水庫的綜合利用效益。為此,首先研究徑流中長期分級預(yù)報及定量預(yù)報方法,以提高預(yù)報精度;然后研究水庫調(diào)度多目標(biāo)模糊優(yōu)選決策方法中規(guī)格化公式及優(yōu)劣方案的選取;最后,基于預(yù)報信息及多目標(biāo)調(diào)度決策方法,進(jìn)行考慮生態(tài)環(huán)境目標(biāo)的水庫興利預(yù)報調(diào)度方式研究。主要內(nèi)容及成果如下: (1)水文、氣象預(yù)報信息利用的可行性分析。在分析我國水資源利用現(xiàn)狀和目前水資源供需矛盾的基礎(chǔ)上,對水文、氣象預(yù)報信息利用的必要性和可行性進(jìn)行分析,重點研究洪水預(yù)報和短中期降雨預(yù)報信息應(yīng)用于水庫調(diào)度中的可行性。 (2)基于粗集—模糊推理的徑流多因素分級預(yù)報方法研究與應(yīng)用。針對多因素中長期分級預(yù)報中因子選擇的難題,建立粗集—模糊推理徑流多因素分級預(yù)報模型。通過屬性重要性及相對分類精度概念有效地篩選因子并確定因子分級,采用粗集理論的約簡算法生成最小決策規(guī)則集,利用特征展開近似模糊推理法進(jìn)行推理預(yù)報,為解決徑流分級預(yù)報中因子選擇的難題進(jìn)行了有益的探討,并提高了徑流分級預(yù)報精度。 (3)基于多因子小波網(wǎng)絡(luò)的徑流預(yù)測方法研究。為提高小波網(wǎng)絡(luò)徑流中長期預(yù)測精度,以徑流趨勢和徑流量分開預(yù)測的思想為指導(dǎo),提出了基于多因子小波網(wǎng)絡(luò)的徑流預(yù)測模型。將原始徑流序列及初選影響因子作小波多尺度分解,在小波多尺度空間,量化多個相關(guān)因子對徑流的影響,使用多因子相關(guān)系數(shù)修正局部相似延拓方式,實現(xiàn)徑流趨勢的預(yù)測;用模糊增強算法解決小波網(wǎng)絡(luò)預(yù)測中徑流突變點處偏差較大的問題,實現(xiàn)徑流量的預(yù)測。最后,經(jīng)小波網(wǎng)絡(luò)確定模型參數(shù),以多次迭代后的輸出作為最終的預(yù)測結(jié)果。大伙房水庫年、月徑流預(yù)測實例應(yīng)用表明,該模型能同時達(dá)到較好的模擬精度和預(yù)測精度。 (4)多目標(biāo)模糊優(yōu)選模型的規(guī)格化公式及優(yōu)劣方案的選取研究。綜合利用水庫調(diào)度決策,屬于復(fù)雜的水資源系統(tǒng)多目標(biāo)模糊決策問題,應(yīng)綜合考慮社會、經(jīng)濟、生態(tài)、環(huán)境等因素,構(gòu)建指標(biāo)評價體系,應(yīng)用多目標(biāo)模糊優(yōu)選模型評價調(diào)度決策方案。重點研究模糊優(yōu)選多目標(biāo)評價模型中的規(guī)格化公式及優(yōu)劣方案的選取兩個關(guān)鍵問題,解決模糊優(yōu)選評價結(jié)果的不穩(wěn)定性問題,以優(yōu)選滿意調(diào)度決策方案。 (5)針對目前水庫調(diào)度方式中多數(shù)忽略生態(tài)目標(biāo)的現(xiàn)狀,以大伙房水庫為例,研究了基于徑流分級預(yù)報信息并考慮生態(tài)環(huán)境目標(biāo)的水庫興利預(yù)報調(diào)度方式。全面分析水庫下游河道生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及生態(tài)環(huán)境需水特點,確定最小和適宜生態(tài)環(huán)境需水量。在最小和適宜生態(tài)環(huán)境需水量的基礎(chǔ)上,以徑流分級預(yù)報信息確定水庫的生態(tài)供水量;利用徑流分級預(yù)報信息,制定水庫的預(yù)報調(diào)度決策;應(yīng)用多目標(biāo)模糊優(yōu)選模型,確定基于徑流分級預(yù)報生態(tài)用水的水庫興利預(yù)報調(diào)度方式,并分析預(yù)報誤差對水庫興利調(diào)度的影響以及預(yù)報誤差的修正方法。結(jié)果表明,利用徑流分級預(yù)報信息進(jìn)行考慮生態(tài)環(huán)境目標(biāo)的大伙房水庫興利預(yù)報調(diào)度,可減小考慮生態(tài)環(huán)境目標(biāo)對水庫其他興利部門用水的影響,充分發(fā)揮水庫的綜合效益。 最后對全文作以總結(jié),并對有待進(jìn)一步研究的問題進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】：中長期預(yù)報 粗集—模糊推理 小波網(wǎng)絡(luò) 多目標(biāo)決策 生態(tài)環(huán)境 水庫興利預(yù)報調(diào)度 
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TV124