前言

随着我国经济的迅速发展,水库防洪与兴利矛盾日益突出。一方面,由于经济社会的发展,城市化进程的加快,一旦发生洪灾所造成的生命、财产损失也不断加大,这对水库的防洪作用提出了更高要求;另一方面,随着全球气候环境变化以及经济社会发展,水资源短缺问题日益严重,又要求水库尽可能地多蓄水、多供水。因此,如何利用现代科学技术,较好地处理这一矛盾,在保证防洪安全的前提下,充分利用洪水资源具有重要的理论意义和实用价值。本书对水库防洪调度问题进行深入研究,基于信息扩散、遗传程序、集对分析等现代智能技术建立起水库防洪实时调度模型,以实现在发生中、小洪水时,充分利用洪水资源,发生大洪水时尽量减少洪水灾害损失的目的。取得的主要研究成果如下。

(1)基于数据挖掘、遗传程序和信息扩散等智能技术建立了洪水预报模型。根据历史降雨、前期土壤含水量以及相应洪水实测数据,借助遗传程序技术,自动拟合研究区降雨、前期土壤含水量与洪水的关系,将各实测数据根据前期土壤含水量大小进行分类,每个前期土壤含水量数据对应一组降水、洪水样本,利用信息扩散近似推理技术,对不同前期土壤含水量条件下的降水、洪水关系进行回归;将该洪水预报模型应用于陡河水库的入库洪水预报并对模型的有效性进行验证,取得了较好的预报效果。

(2)建立了基于改进集对分析的水库防洪实时调度模型。基于“预报、决策、修正、再预报、再决策、再修正……”的思想,在洪水预报模型的基础上,利用水库防洪实时调度模型逐时段生成若干可行的调度方案,综合考虑影响防洪调度的各方面因素,如当前入库流量、水位、预报的洪水过程及预报精度、水库泄流能力、下游安全泄量等,利用改进集对分析模型对各可行方案进行综合评价、优选,最终推荐出当前满意的调度策略。以陡河水库为实例,验证模型的有效性。调度结果表明,此模型能够在确保水库安全的前提下,有效地利用洪水资源、减少洪灾损失。

(3)建立了基于模拟技术的水库群联合防洪调度模型。借助建立的水库防洪实时调度模型,分别对水库群中的各单库做方案模拟。利用马斯京根模型进行河道洪水演进计算,分析各水库下泄洪水组合后在下游形成的洪水过程及洪峰。综合考虑各单库调度的评价指标以及下游形成洪峰大小,逐时段决策水库群的调度策略。以滦河流域潘家口、大黑汀以及桃林口水库群为实例对模型进行验证,结果表明,该模型能有效地削减下游洪峰流量,减少洪水损失,同时在发生中、小洪水情况下实现多蓄水的目的。

(4)基于信息扩散技术对防洪调度的风险进行了分析。利用信息扩散技术分析洪水预报误差的概率分布,并在此基础上,研究了实时防洪调度的风险率大小。基于信息扩散技术预报误差分析模型,能够避免事先假定具体函数表达式的不足,而且较好地在小数据量条件下得出较稳定概率分布结果。以陡河水库、滦河下游水库为实例,分析了在防洪实时调度模式下的风险率,结果表明,风险率小于常规调度方式下的风险率,但效益却有明显提高。

本书研究得到水利部公益性行业科研专项经费项目资助(编号:200801015)和华北水利水电大学高层次人才科研启动项目资助。在编写过程中得到了导师西安理工大学黄强教授的悉心指导和帮助,在此对他表示最衷心的感谢。

由于作者水平所限,书中难免有谬误之处,望广大读者给予批评指正。

作者

2014年8月