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水库汛限水位的多目标决策和风险分析

作　者: 孙海洲
导　师: 路金喜
学　校: 河北农业大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 汛限水位分期分级模糊调度跨期洪水频率大系统多层递阶模型多目标决策风险分析洪水风险率
分类号: TV697.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

我国面临着水资源短缺的严重问题,随着国民经济的快速发展和人口不断增加,这一问题愈来愈突出。由于各种不确定、非线性、多变量因素致使水库优化调度问题很复杂,致使在汛期水库的防洪和兴利这一对矛盾尤为突出。本文以洪水资源化研究为背景,以水库汛期抬高汛限水位的多目标决策和风险分析为主题,在综合分析现有研究成果及其所存在问题的基础上进行如下工作:采用分期分级模糊控制水库汛限水位提高其综合经济效益;对不同汛限水位的水库调度方案进行多目标决策,科学地选择调度方案;对水库调度方案的风险效益进行分析,从而使水库在适当的防洪安全前提下发挥出最大的兴利效益,为科学合理地调度水库提供了理论依据。本文主要研究内容和研究成果分述如下:1.概述了水文预报、水库水资源优化调度、水库调度风险分析的研究现状与进展。在水库流域由于下垫面情况变化、人类大规模取、用、耗、排水资源及全球气候变化对水资源的影响,使水库的来水径流序列与设计状况发生了不同程度的变化。作为对气候变化流域下垫面情况改变及人类强烈活动的适应性对策,提出了需要在原来水文系列基础上重新统计延长流域洪水频率,使水文统计结果更真实地反映已发生变化的水库径流。2.提出了分期分级模糊控制水库汛限水位的方法。该方法对汛期水库设计洪水频率进行模糊分期,在不同分期采用不同的汛限水位,从而在不增加防洪风险的情况下提高了水库的经济和社会效益;当实际洪水频率小于水库设计洪水频率时,再进一步抬高汛限水位,即所谓分级抬高汛限水位。为了使各分期的洪水设计频率等于设计洪水频率,需校核各分期的洪水设计频率。提出了采用跨期最大洪水频率计算各分期的洪水频率的新方法,以求得主汛期以外的其它各分期洪水设计频率等于按年最大洪水频率计算的主汛期洪水设计频率。给出了水库分期分级模糊控制汛限水位的拓扑图。3.阐述了多目标决策的基本理论,多目标决策的概念、权重设置、非劣解的生成方法。给出了几种典型的多目标决策方法,包括淘汰选择法(ELECTRE法)、理想点法(TOPSIS)、排序组织法(PROMETHEE)。提出在水资源配置时应采用多种方法对比分析进行优选决策,然后结合本领域专家的积累的知识和经验,得出科学可靠的结果。建立了水库调度复杂大系统的基于水资源投入产出的多层递阶优化模型,该模型是解决水资源系统分析中”维数灾”的有效方法,把水库风险作为子系统,在经济效益方面基于宏观经济的投入产出模型,使得模型的整体经济效益最大,而非局部某些行业经济效益最大,从而提高了优化的真实性和可靠性。4.概述了水库调度风险的基本理论与方法,分析了水库大坝及水库下游的防洪风险;采用概率论方法从理论上严格推导、建立了水库下游的风险率计算方法,该方法具有简单易行、实用性强的优点。5.以张河湾水库作为运用实践给出了分期分级动态模糊控制汛限水位的具体计算步骤;分别采用淘汰选择法、理想点法、排序组织法等对水库进行了有限方案的多目标决策,对这几种方法进行综合分析,结合本领域专家的丰富知识和宝贵经验,得出了科学的优选决策结果;对三种不同的汛限水位:478.5m、479.5m、480.5m,分别计算了水库大坝的风险率,与原来汛限水位相比提高了水库的经济和社会效益,得出了汛限水位可以提高到480.5m的结论。以上通过实例运用,验证了本文部分模型的正确性。6.论文最后进行了总结与展望。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-17
  1.1 选题背景及研究意义  11-14
    1.1.1 选题背景  11-12
    1.1.2 研究意义  12-14
  1.2 本文主要工作及创新点  14-17
    1.2.1 本文主要工作  14-15
    1.2.2 本文创新点  15-17
2 水库调度的多目标决策和风险分析研究进展  17-28
  2.1 径流序列的研究进展  17-23
    2.1.1 流域汇流的计算方法  17-20
    2.1.2 流域水文模型的研究进展  20-23
  2.2 水库调度的研究进展  23-26
    2.2.1 水库调度概述  23
    2.2.2 水库优化调度研究进展  23-25
    2.2.3 水库模拟调度研究及气候变化对水库调度的影响  25-26
  2.3 水库运用汛限水位的风险分析研究进展  26-28
3 分期分级动态模糊控制水库汛限水位研究  28-37
  3.1 模糊数学研究汛期的方法  28-33
    3.1.1 模糊集理论简介  28-30
    3.1.2 模糊汛期推求方法  30-33
  3.2 分期分级动态模糊控制水库汛限水位  33-37
    3.2.1 汛期模糊集分期确定汛限水位方法  33
    3.2.2 分期模糊控制汛限水位方法  33-34
    3.2.3 分期分级动态模糊控制汛限水位方法  34-35
    3.2.4 水库分期分级模糊控制汛限水位结论  35-37
4 水库汛期调度的多目标决策研究  37-54
  4.1 多目标决策非劣方案的生成方法  37-38
  4.2 多目标决策的权重设置方法  38-41
    4.2.1 离差权法  38-39
    4.2.2 熵值法  39-40
    4.2.3 特征向量法  40-41
  4.3 多目标决策几种典型方法  41-48
    4.3.1 淘汰选择法  41-44
    4.3.2 理想解法  44-45
    4.3.3 排序组织法  45-48
    4.3.4 水库调度多目标决策的结论  48
  4.4 基于水资源投入产出的多层递阶水库调度优化模型  48-54
    4.4.1 水库供水的多目标函数  49-53
    4.4.2 水库调度复杂大系统的多层递阶优化模型整体结构  53-54
5 水库汛期调度的风险分析研究  54-70
  5.1 风险的概念和性质  54-56
    5.1.1 风险的定义  54-55
    5.1.2 风险的性质  55-56
  5.2 风险评估分析方法研究  56-65
    5.2.1 风险辨识方法  56-57
    5.2.2 风险定性分析方法  57-58
    5.2.3 风险定量分析和评估方法  58-63
    5.2.4 风险决策方法  63
    5.2.5 风险评价方法  63-65
    5.2.6 风险控制和风险处理方法  65
  5.3 水库汛限水位运用的风险分析  65-70
    5.3.1 水库下游无防洪要求时大坝的风险分析  65-66
    5.3.2 水库下游有防洪要求时的风险分析  66-70
6 水库汛限水位的多目标决策和风险分析实践  70-101
  6.1 分期分级动态模糊控制水库汛限水位算例  70-87
    6.1.1 水库概况  70-71
    6.1.2 张河湾水库汛期模糊分期  71-73
    6.1.3 张河湾水库汛期隶属频率统计  73-76
    6.1.4 张河湾水库汛期拟合隶属函数的推演  76-77
    6.1.5 张河湾水库汛期拟合隶属度表  77-79
    6.1.6 张河湾水库汛期水位计算表  79-83
    6.1.7 张河湾水库分期分级模糊控制抬高汛限水位图  83-85
    6.1.8 水库分期分级模糊控制抬高汛限水位分析及结论  85-87
  6.2 张河湾水库抬高汛限水位的多目标决策分析  87-95
    6.2.1 张河湾水库抬高汛限水位的多目标决策方案  87
    6.2.2 张河湾水库抬高汛限水位的多目标决策求解及结论  87-95
  6.3 张河湾水库抬高汛限水位的风险分析  95-101
    6.3.1 张河湾水库的调洪演算  95-100
    6.3.2 张河湾水库大坝抬高汛限水位的极限风险分析  100-101
7 总结与展望  101-104
  7.1 全文总结  101-102
  7.2 展望  102-104
参考文献  104-109
在读期间发表的学术论文  109-110
作者简历  110-111
致谢  111

水库汛限水位的多目标决策和风险分析

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