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跨流域调水预报优化调度方法及应用研究

作　者: 习树峰
导　师: 王本德
学　校: 大连理工大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 数值降雨预报水文中长期预报跨流域调水预报优化调度风险效益分析
分类号: TV213.4
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国人口的增长和经济的发展,水资源问题已经成为制约人类生存与可持续发展的瓶颈因素,水资源分布不均匀性与社会需水不均衡性的客观存在使得跨流域调水成为必然。目前,对跨流域调水调度的研究大多是针对调水系统的规划设计阶段,由于所涉及问题的综合多样性,跨流域调水实际运行的复杂性、规划的调水调度方式已不适应跨流域调水的实际情况。随着很多大型跨流域调水工程的投入运行,如何根据现有的信息资料进行跨流域调水实时预报调度是现阶段亟待解决的主要问题。为此,本文将跨流域调水系统作为研究对象,以建立先进可行的跨流域调水实时预报调度模型为目标展开研究,着重解决预报信息的可利用性、实时预报调度规则的选择等问题。文中首先对GFS降雨预报信息的分级利用方法及其精度进行分析,然后利用降雨预报信息和水文预报信息建立跨流域调水实时预报优化调度模型,最后对跨流域调水调度的风险和效益进行了识别和估算。主要研究成果有：(1)对短期和中期的GFS降雨预报信息进行分级利用和精度检验。文中采用降雨概率分级法,提出一种基于有限样本资料,考虑抽样误差的中期降雨分级预报精度评定新方法,进而给出不同阶段、不同预见期、不同等级的降雨预报信息可利用性标准--FAS评分值及可信度等级。研究成果可为GFS信息使用者提供不同阶段、不同预报量级可能发生的值域及其相应概率信息。可为决策者提供较为直观的和重要参考价值的决策依据。(2)建立基于GFS预报信息的旬径流BP预报模型。该模型参照流域降雨径流相关的规律,以实际的旬初土壤蓄水、GFS预报降雨量为输入条件,以实际的旬入库径流量为输出条件,进行旬径流定量预报和分级预报。模型分析了利用前期流域土壤概化信息、流域降雨预报信息,进行旬径流预报的可利用性和可操作性。(3)构建梯级水库跨流域供水、发电预报优化调度模型。该模型将旬径流预报信息作为输入,以最大供水能力和最大发电量为主要目标,选择逐步优化算法对调度系统进行优化调度。模型以H江流域梯级水库为主要研究对象建立模型,并与采用常规调度方式的水库调度过程相比较,结果表明,采用预报优化调度模型进行跨流域供水和梯级水库发电调度,能够明显的提高水资源的利用效率。(4)建立跨流域调水实时预报调度规则。本文将GFS数值降雨预报分级信息和下垫面蓄水状态信息作为水量调入区本地未来来水量的表征因子,引入到水库跨流域调水决策过程中,选择决策树法获取预报调度规则,根据当前水库状态和受水区的来水情况来确定跨流域调水量,对水资源进行合理分配。通过WE跨流域调水工程的调度实践证明,应用新的调水规则进行跨流域调水调度减少了跨流域调水量和弃水量,并有效的提高了水资源的利用效率,比水库常规调度和优化调度具有一定的优越性。(5)提出跨流域调水调度风险效益综合分析方法。文中通过对跨流域调水调度过程中各风险要素和效益要素的识别的分析；建立风险评估和效益评估指标体系；采用最优组合权重分析方法进行主、客观权重集成,得到风险指标和效益指标的综合权重；最后通过对不同调度方案的调度结果分析,利用风险指标和效益指标对不同跨流域调水调度方案进行综合评价,从而为管理者提供较为直观的决策依据。最后对全文做了总结,并对有待于进一步研究的问题进行了展望。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-26
  1.1 跨流域调水系统概述  12-14
    1.1.1 跨流域调水系统的定义与分类  12
    1.1.2 跨流域调水调度系统的特点  12-14
  1.2 国内外研究现状与发展趋势  14-20
    1.2.1 数值降雨预报信息发展与应用现状  14-15
    1.2.2 跨流域调水调度方法研究现状  15-19
    1.2.3 跨流域调水调度运行风险研究现状  19-20
  1.3 本文研究的工程背景  20-23
    1.3.1 WE工程背景  20-21
    1.3.2 受水区D水库引水后的用供水分配概况  21-22
    1.3.3 供水区H江流域水库水电站系统概况  22-23
  1.4 论文选题背景及主要研究内容  23-26
    1.4.1 选题背景  23
    1.4.2 论文主要研究内容  23-25
    1.4.3 论文结构图  25-26
2 GFS降雨预报信息分级方法及其精度分析  26-47
  2.1 引言  26
  2.2 美国全球预报系统  26-29
    2.2.1 美国全球预报系统介绍  26-27
    2.2.2 GFS降雨预报信息的获取  27-29
  2.3 GFS降雨预报信息分级方法及精度分析  29-35
    2.3.1 GFS降雨预报信息分级  29-31
    2.3.2 分级降雨预报误差统计特征值计算  31-32
    2.3.3 降雨量级预报条件下的实际发生降雨量值概率分析  32-33
    2.3.4 考虑样本抽样误差的中期降雨分级预报精度评定方法  33-35
  2.4 GFS未来24小时降雨预报信息精度分析  35-40
    2.4.1 研究流域及样本资料选择  35-36
    2.4.2 GFS未来24h分级降雨预报误差检验  36-38
    2.4.3 预报降雨量级条件下实际发生降雨概率分析  38-40
  2.5 GFS中期降雨预报信息分级及其精度评定  40-45
    2.5.1 研究流域及样本资料选择  40
    2.5.2 GFS未来3-15d降雨预报信息分级标准  40-41
    2.5.3 GFS未来3-15d降雨预报信息分级精度评定  41-45
  2.6 小结  45-47
3 基于GFS降雨预报信息的旬降雨径流相关预报模型  47-55
  3.1 引言  47
  3.2 BP神经网络旬降雨径流相关预报模型建立  47-49
    3.2.1 模型建立理论基础  47-48
    3.2.2 BP神经网络算法  48
    3.2.3 BP神经网络旬径流预报模型结构  48-49
  3.3 基于GFS降雨预报信息的旬径流预报  49-54
    3.3.1 方法应用  49-50
    3.3.2 旬径流定量预报  50-52
    3.3.3 旬径流分级预报  52-54
  3.4 小结  54-55
4 梯级水库供水区跨流域可调水量研究  55-72
  4.1 引言  55-56
  4.2 影响跨流域调水系统可调水量因素分析  56-59
    4.2.1 调水工程规模  56
    4.2.2 引水坝址径流量  56-57
    4.2.3 水量调出区用水需求  57-59
    4.2.4 弃水可调水量  59
  4.3 梯级水库跨流域供水、发电预报优化调度模型  59-64
    4.3.1 梯级水库调水、发电调度特性  59-60
    4.3.2 逐步优化算法简介  60-62
    4.3.3 梯级水库跨流域供水、发电预报优化调度模型及求解  62-64
  4.4 H江流域梯级水库跨流域调水预报优化调度  64-70
    4.4.1 H江流域梯级水库跨流域供水、发电调度特性  64-65
    4.4.2 H江流域梯级水库跨流域供水、发电预报优化调度模型  65-67
    4.4.3 不同调度方式调度结果比较和分析  67-70
  4.5 小结  70-72
5 基于决策树方法的跨流域实时预报调水规则研究  72-82
  5.1 引言  72
  5.2 数据挖掘技术决策树方法  72-76
    5.2.1 决策树算法基本原理  72-73
    5.2.2 跨流域调水预报调度数据库信息  73-74
    5.2.3 跨流域调水预报调度决策树方法原理  74-76
  5.3 跨流域调水决策树预报调度规则的确定  76-78
    5.3.1 跨流域调水预报调度模型结构  76-77
    5.3.2 跨流域调水决策树预报调度规则的确定  77-78
  5.4 D水库跨流域调水实时预报调度规则研究  78-81
    5.4.1 跨流域调水调度数据资料分级设计  78
    5.4.2 D水库跨流域调水实时预报调度规则的确定  78-79
    5.4.3 D水库跨流域调水实时预报调度规则模拟调度结果对比分析  79-81
  5.5 小结  81-82
6 跨流域调水调度风险效益综合分析  82-105
  6.1 引言  82
  6.2 跨流域调水调度风险评价指标  82-86
    6.2.1 跨流域调水调度风险效益要素识别  82-83
    6.2.2 跨流域调水调度风险要素分析  83-84
    6.2.3 跨流域调水调度风险评价指标体系  84-86
  6.3 跨流域调水调度效益评价指标  86-91
    6.3.1 供水水库群发电损益  87-88
    6.3.2 受水水库供水效益计算  88-89
    6.3.3 供水区与受水区的生态与环境效益分析  89-90
    6.3.4 间接效益分析  90-91
  6.4 指标权重的确定  91-96
    6.4.1 二元比较模糊决策分析法  91-92
    6.4.2 熵权法  92-94
    6.4.3 基于离差平方和最大的最优组合权重分析方法  94-96
  6.5 风险效益综合评价  96-97
  6.6 WE工程跨流域调水调度风险效益综合分析  97
  6.7 跨流域调水调度方案集  97-104
    6.7.1 WE工程跨流域调水预报调度风险效益指标分析计算  98-101
    6.7.2 WE工程跨流域调水调度风险效益综合评价  101-104
  6.8 小结  104-105
7 结论与展望  105-107
  7.1 结论  105-106
  7.2 展望  106-107
参考文献  107-113
创新点摘要  113-114
攻读博士学位期间发表学术论文情况  114-115
致谢  115-117
作者简介  117-118

跨流域调水预报优化调度方法及应用研究

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