前言

隨著我國經濟的迅速發展,水庫防洪與興利矛盾日益突出。一方面,由于經濟社會的發展,城市化進程的加快,一旦發生洪災所造成的生命、財產損失也不斷加大,這對水庫的防洪作用提出了更高要求;另一方面,隨著全球氣候環境變化以及經濟社會發展,水資源短缺問題日益嚴重,又要求水庫盡可能地多蓄水、多供水。因此,如何利用現代科學技術,較好地處理這一矛盾,在保證防洪安全的前提下,充分利用洪水資源具有重要的理論意義和實用價值。本書對水庫防洪調度問題進行深入研究,基于信息擴散、遺傳程序、集對分析等現代智能技術建立起水庫防洪實時調度模型,以實現在發生中、小洪水時,充分利用洪水資源,發生大洪水時盡量減少洪水災害損失的目的。取得的主要研究成果如下。

(1)基于數據挖掘、遺傳程序和信息擴散等智能技術建立了洪水預報模型。根據歷史降雨、前期土壤含水量以及相應洪水實測數據,借助遺傳程序技術,自動擬合研究區降雨、前期土壤含水量與洪水的關系,將各實測數據根據前期土壤含水量大小進行分類,每個前期土壤含水量數據對應一組降水、洪水樣本,利用信息擴散近似推理技術,對不同前期土壤含水量條件下的降水、洪水關系進行回歸;將該洪水預報模型應用于陡河水庫的入庫洪水預報并對模型的有效性進行驗證,取得了較好的預報效果。

(2)建立了基于改進集對分析的水庫防洪實時調度模型。基于“預報、決策、修正、再預報、再決策、再修正……”的思想,在洪水預報模型的基礎上,利用水庫防洪實時調度模型逐時段生成若干可行的調度方案,綜合考慮影響防洪調度的各方面因素,如當前入庫流量、水位、預報的洪水過程及預報精度、水庫泄流能力、下游安全泄量等,利用改進集對分析模型對各可行方案進行綜合評價、優選,最終推薦出當前滿意的調度策略。以陡河水庫為實例,驗證模型的有效性。調度結果表明,此模型能夠在確保水庫安全的前提下,有效地利用洪水資源、減少洪災損失。

(3)建立了基于模擬技術的水庫群聯合防洪調度模型。借助建立的水庫防洪實時調度模型,分別對水庫群中的各單庫做方案模擬。利用馬斯京根模型進行河道洪水演進計算,分析各水庫下泄洪水組合后在下游形成的洪水過程及洪峰。綜合考慮各單庫調度的評價指標以及下游形成洪峰大小,逐時段決策水庫群的調度策略。以灤河流域潘家口、大黑汀以及桃林口水庫群為實例對模型進行驗證,結果表明,該模型能有效地削減下游洪峰流量,減少洪水損失,同時在發生中、小洪水情況下實現多蓄水的目的。

(4)基于信息擴散技術對防洪調度的風險進行了分析。利用信息擴散技術分析洪水預報誤差的概率分布,并在此基礎上,研究了實時防洪調度的風險率大小。基于信息擴散技術預報誤差分析模型,能夠避免事先假定具體函數表達式的不足,而且較好地在小數據量條件下得出較穩定概率分布結果。以陡河水庫、灤河下游水庫為實例,分析了在防洪實時調度模式下的風險率,結果表明,風險率小于常規調度方式下的風險率,但效益卻有明顯提高。

本書研究得到水利部公益性行業科研專項經費項目資助(編號:200801015)和華北水利水電大學高層次人才科研啟動項目資助。在編寫過程中得到了導師西安理工大學黃強教授的悉心指導和幫助,在此對他表示最衷心的感謝。

由于作者水平所限,書中難免有謬誤之處,望廣大讀者給予批評指正。

作者

2014年8月