1.3 本书主要研究内容

当前世界面临着深刻的水危机，中国的水问题尤为严重，水多、水少、水脏与水生态退化并存，水灾害频繁发生，水问题现已经成为实现可持续发展的重大障碍性因素。本书围绕水库群防洪调度与洪水资源化课题，对洪水的退水规律、汛期的变化规律及水库群防洪优化调度等理论问题开展研究，并结合滦河流域潘家口、大黑汀、桃林口水库群的实际，开展实际应用研究。内容安排主要如下：

第1章——绪论

论述了选题背景、研究意义，评述了退水预报、汛期分期、洪水河道演进、水库防洪调度等相关领域的研究现状。

第2章——研究区域概况

分析研究区自然地理、社会经济、水利工程、目前的洪水预报等情况和已掌握相关研究的资料；论述实施潘家口、大黑汀、桃林口水库群联合防洪调度可行性及重要意义。

第3章——基于差分进化算法的洪水退水预报模型参数估计

阐述了洪水退水预报的相关理论并建立退水预报模型，分析了目前模型参数估计存在的问题，提出了基于差分进化的退水预报模型参数估计的方法及评价准则。以滦河流域潘家口水文站实测洪水资料为背景，从实测的68场场次洪水资料中，选出27场退水过程较完整的场次洪水资料参与退水预报研究。应用差分进化算法分别对线性模型、非线性模型和指数模型进行退水预报的参数估计，并利用均方根误差和纳什系数对各模型进行了评价。

第4章——退水模型参数的动态估计

目前退水预报参数的选用主要有两种方式：一种是用单场洪水退水进行参数估计，并将此参数应用到实际的退水预报中；另一种是采用多场洪水退水参数的平均值进行，忽略了各场次洪水的差异性和参数的适用性。针对这一不足，本书提出了集成分析场次洪水特征值与退水模型参数的耦合关系，通过选取多场不同级别的历史洪水，利用差分进化算法对每场洪水进行退水模型的参数估计值作为输出，每场洪水的特征（如洪峰流量、涨洪历时、起始流量等）作为BP神经网络的输入，对神经网络进行训练，建立基于神经网络的退水参数动态估计模型，然后利用训练的神经网络模型得到检验洪水的退水模型参数，实现以洪水特征值预报退水模型参数，进而预报未来退水过程。

第5章——河道非线性洪水演算方法研究

考虑到一些智能方法在进行优化模型参数时存在的问题，如遗传算法在进化过程中存在过早收敛、局部搜索能力差等问题，蚁群算法也存在信息素更新机制、参数选取等问题，无法保证收敛到全局最优解，粒子群算法本身也存在易陷入局部最优等。本章提出用新兴差分进化算法估计马斯京根模型参数，详细分析了优选马斯京根模型参数的敏感性。并与最小二乘法（Least Squares Method，LSM）、Hooke-Jeeves （HJ）模式搜索融合Davidon-Fletcher-Powell （DFP）优化算法、非线性最小二乘法（Nonlinear Least Square Regression，NONLR）、遗传算法（Genetic Algorithm，GA）、调和搜寻算法（Harmony Search，HS）、Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno （BFGS）方法及粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization，PSO）进行了对比分析，最后研究其在滦河下游河道的应用，取得了较为满意的结果。

第6章——基于可变模糊集合理论的洪水分类研究

对历史洪水过程进行分类，寻找同类型洪水的规律，是洪水分类预报、洪水实时调度和资源化调度的重要依据，通常根据洪水强度的相关影响因素包括洪峰水位、洪峰流量、洪水历时和洪水总量等指标采用适当的方法对不同的洪水进行分类，为防洪预报调度决策提供更加可靠的依据，以达到控制洪灾、减小危害和洪水资源利用的目标。但由于洪水过程的复杂性，加上其影响因素的不确定性、模糊性及模型中没有考虑其指标权重的缺点，导致有时分类的结果出现偏差、不太合理。为此，本书提出一种基于可变模糊集理论给出的考虑模型参数指标权重变化的可变模糊聚类迭代模型。以长江上的南京站的历史洪水样本和宜昌站的洪水样本为研究对象进行了洪水分类的研究，结果表明提出的模型能对洪水强度做出准确有效的分类。

第7章——基于量变与质变判别模式的水库汛期分期研究

考虑到汛期的发展变化具有模糊性和过程性，而划分汛期分析的指标多数都是清晰值，因此汛期分期是一个典型的可变模糊清晰混合集，即可变集；同时，非汛期过渡到汛期再逐渐过渡到非汛期，它符合唯物辩证法哲学规律，即具有量变到质变的中介过渡性。本章提出了采用暴雨因素、洪水因素及综合因素等因子作为分期参数，利用量变与质变判别模式进行水库汛期分期，详细论述其原理、步骤及方法，并探讨比较了不同指标对分期结果的影响。

第8章——潘、大、桃水库群联合防洪优化调度研究

以滦河流域潘家口、大黑汀、桃林口三水库联合防洪调度为例，以现有洪水预报水平为条件，研究了在保证工程和下游防洪区安全的前提下，滦河流域洪水联合调度问题。

对5年一遇、10年一遇、20年一遇的洪水，改变以往各自独立的调度方式，采用联合调度手段，在确保潘家口、大黑汀及桃林口三水库工程安全的前提下，充分发挥潘家口、大黑汀及桃林口水库拦洪、削峰的作用，最大限度的发挥潘、大、桃水库的拦洪削峰作用，通过采用提前预泄、超蓄等调度措施，达到了在确保防洪安全的前提下，实现洪水资源化的目标。对于1000年一遇的洪水，由于区间洪水已超过下游防护对象的防洪标准，因此不考虑下游防护安全问题，利用最大削峰准则，潘家口水库从216m起调，大黑汀从129m起调，桃林口从138.5m起调，按照联合防洪优化调度方案调度，能确保水库工程安全，滦县最大洪峰削峰率达到49.60%。

第9章——结论与展望

对全文研究的理论、模型、方法以及取得的成果进行总结，并对有待进一步研究的问题进行了展望。