水沙過程預測及水庫多目標優(yōu)化調度研究.pdf

1、經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展對水利提出了越來越高的要求。水庫是調節(jié)徑流、開發(fā)利用水資源的有效手段，而如何對水庫進行多目標優(yōu)化調度以實現(xiàn)其短期效益與長期效益、經(jīng)濟效益與社會效益的統(tǒng)一成為當前的一個重要研究課題。本文對水庫多目標優(yōu)化調度所涉及的一些相關問題，包括天然河道水流演進及水流傳播時間、多日徑流預測、水流含沙量的預測、庫區(qū)泥沙沖淤的智能快速預測、水庫水沙電多目標優(yōu)化調度等進行了研究。主要內容如下： ⑴提出了單槽形式和灘槽形式兩種河道概化

2、模型技術來實現(xiàn)主要斷面的抽象概化，分區(qū)段構建了河道的概化模型。然后本文又利用無側流以及考慮側流的圣維南方程組并采用Preissmann隱式差分法對河道水流演進過程進行了模擬。計算實例表明考慮區(qū)間入流和支流的流量演進模擬結果與實際過程趨勢一致，峰谷對應關系良好，基本能夠反映實際水流狀況。最后本文將遺傳算法改進的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型應用于河道水流傳播時間的預測，并建立了相應的水流傳播時間預測模型。計算實例表明本文的模型能較好的反映出不同輸入下的

3、傳播時間的變動趨勢，在支流流量較小的情況下能對水流的傳播時間進行較準確的預測，能為河流水資源的最優(yōu)利用以及水庫的調度運行提供一定的參考。 ⑵從水庫實際調度運行需求出發(fā)，針對其入庫日徑流預測中存在的預見期短、預測精度低等問題進行了研究，提出了基于小波分解的日徑流逐步回歸預測模型。與以往的日徑流預測模型不同，本文將預測水文站的上游水文站的日徑流序列引入預測模型，同時利用小波分解和重構得到預測水文站及上游水文站的日徑流序列在不同尺度下

4、的概貌分量，在相關分析的基礎上確定候選影響因子并利用逐步回歸分析確定最優(yōu)的回歸預測模型。計算實例表明，本文提出的基于小波分解的逐步回歸日徑流預測模型的預測精度高于多元自回歸模型，能對非凌汛期未來1～3天以及凌汛期1～7天的日均流量進行預測，能夠為制定水電站未來的發(fā)電計劃提供科學的依據(jù)。 ⑶以黃河頭道拐水文站為例對水流日均含沙量的預測進行了研究，在對黃河非凌汛期和凌汛期等不同徑流模式下水流含沙量的影響因子進行分析的基礎上，分別建立

5、了各徑流模式下的水流含沙量的神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型。計算實例表明，與線性的多元回歸模型相比，含沙量的神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型能夠更有效的處理水流含沙量與各影響因素的非線性關系，能夠為河流水沙調控與水庫的調度運行提供一定的參考。 ⑷對水庫淤積問題進行了研究，提出了水庫泥沙沖淤的復合模型預測方法。為綜合考慮渾水懸移質淤積和異重流泥沙淤積的雙重作用，本文將非飽和不平衡輸沙模型和異重流運動模型進行耦合并建立了一維耦合泥沙數(shù)學模型，對其基本方程及求解方

6、法進行了研究，并將虛擬流動法應用于非恒定異重流模型的求解以準確的預測異重流的演進過程和流達時間。本文將該模型分別應用于萬家寨水庫泥沙沖淤計算和小浪底水庫異重流模擬計算，計算結果表明該模型能夠很好的反映水庫淤積的發(fā)展變化過程，并且能夠準確的模擬異重流頭部的演進過程和預測其流達時間。此外，為了克服水沙動力學模型參數(shù)較多、計算繁冗的缺點，本文將一維耦合泥沙數(shù)學模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行復合并建立水庫泥沙沖淤的復合BP網(wǎng)絡模型，該模型的輸入和輸

7、出單元具有明確的物理意義。萬家寨水庫泥沙沖淤快速預測實例表明復合BP網(wǎng)絡模型具有簡便、快速、精度高的優(yōu)點，其計算速度高于一維耦合泥沙數(shù)學模型的250倍，既解決了水庫多目標化調度中的速度瓶頸問題，又為水庫管理人員提供了一個預測水庫淤積的簡便的方法。 ⑸對水庫水沙電多目標優(yōu)化調度進行了研究，建立了水庫水沙電多目標優(yōu)化調度模型。同時，鑒于傳統(tǒng)約束法和權重法的不足，本章結合Pareto最優(yōu)解的概念在微粒群算法中引入慣性權重自適應調節(jié)機制