流域实时防洪调度多目标决策方法
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������12 ������22 ⋮ ������������ 2
⋯ ������1������ ⋯ ������2������ ⋱ ⋮ =(������������������ ),(2-1) ⋯ ������������������
式中:������������������ 为方案������������ 的第 i 个目标的特征值:i = 1,2, ⋯ ,m;j = 1,2, ⋯ ,n。 在实际决策中,防洪调度的目标指标通常分为特征值越大越优、越小越优与中间型 三类。各类指标对优的相对优属度公式分别为:
式中:������������������ 为方案 j 目标 i 的相对优属度;
(2-3)
������������ ������������������ 为方案集目标 i 的最大特征值,������������ ������������������ = ������������ ������������������ 为方案集目标 i 的最小特征值,������������ ������������������ = ������为方案集目标 i 的中间最优值。
能少的指标尽可能精确地描述方案。 遵照以上原则, 结合流域实时防洪调度特点, 选择以下 6 个指标作为评价调度方案的基 本依据: (1)水库最高水位 Zmax; (2)水库的剩余防洪能力 VS; (3)调度期末回蓄水位 Zend; (4)防洪控制断面最高水位 ZX 或最大过水流量 Qmax; (5)防洪控制断面超过安全泄量的时间 TQ; (6)防洪控制断面最大过流量以上的洪量。
⋯ ������1������ ⋯ ������2������ ⋱ ⋮ =(������������������ ) (2-5) ⋯ ������������������
方案 i 的 m 个目标的相对优属度用向量表示为:������ ������ = ������1������ , ������2������ , ⋯ , ������������������ (2-6) 方案的优劣程度依据 m 个目标特征值, 按从优级到劣级的 c 个级别进行识别。 对任 一目标可规定优级(Ⅰ)对优的相对隶属度为 1,劣级(c 级)的相对优属度为 0,对任一目
1 实时防洪调度多目标决策方法
实时防洪调度, 是指在实际洪水调度过程中, 根据实时信息在面临时段及时作出洪水调 度决策的措施和方法。
实时信息 采集
洪水预报 调度
防洪调度 方案
调度方案 评价
面临时段 决策
图 1-1 实时防洪调度的过程
1.1 防洪调度方案的生成
(1)常规调度原则方法。常规方法是一种半经验、半理论的方法。按拟定的调度规则进 行调洪,作出面临时段的调度决策。通常作为供比较的可行解,对其进行交互,得出新的方 案。但实时调度所遇到绝大多数都是非典型的一半洪水,所以此法只适合中小型水库群。
������ ������ =1 ������������
= 1(2-10)
设方案集归属于各个级别的相对隶属度矩阵为:
Fra Baidu bibliotek
⋯ ������1������ ⋯ ������2������ ⋱ ⋮ = ������������������ (2-11) ⋯ ������������������
式中:������ℎ������ 为方案 j 对级别 h 的相对隶属度,j=1,2,⋯,n;h=1,2,⋯,c。 方案 j 与级别 h 之间的差异,用加权广义欧氏权距离表示为:
归一化后转化为相对优属度矩阵为:
������ ������ =1 ������������������ ; ������ ������ =1 ������������������ ;
������11 ������21 R= ⋮ ������������ 1
������12 ������22 ⋮ ������������ 2
������−3
ℎ = 1,2, ⋯ ,c ∀I(2-8)
将������ ������ 分别与向量式(2-7)������逐一的进行比较后,相对优属度分别介于相邻区间
[������1������ , ������������������ ],⋯,[������������������ ,������������������ ]。根据比较得到方案 j 的级别上限值 bj 与级别下限值 aj: ������������ = min������ ������������������ (2-9) 方 案 集 目 标 具 有 不 同 的 权 重 , 设 方 案 集 目 标 权 向 量 为 : ������ = ������������ = min������ ������������������ ������1 ,������2 , ⋯ ,������������ ������11 ������21 U= ⋮ ������������ 1 ������12 ������22 ⋮ ������������ 2
标,从一级到 c 级各个级别的相对优属度标准值向量为:
������ = 1, ������−1 , ������−2 , ⋯ ,0 = ������ℎ ℎ = 1,2, ⋯ ,c (2-7)
任一级别 h 的 m 个目标标准相对优属度为:������ℎ =
������−ℎ ������−1
������−2
(2)防洪优化方法。 建立优化调度数学模型, 根据已知初始条件及输入的流域洪水数据, 自动搜寻出水库运用的优化决策过程。但所建立的优化调度模型,由于所采用的优化准则、 约束条件及相应的数学表达, 很难对一个复杂的防洪系统做到完全符合防洪系统的实际情况, 因此不能片面强调其最优化。 (3)人机交互方法。目前大型水库多采用这种方案生成方法。人机交互生成洪水调度方 案的基本框架见图 1-2。
流域实时防洪调度多目标决策方法
摘要:根据防洪调度决策的特点,指出防洪调度决策是复杂的多目标决策问题。然后建立防 洪调度系统多目标决策的理论、模型与方法。其中包括多级模糊优选理论与模型、目标权重 的确定、防洪调度方案综合评价等内容。部分内容经应用于我国众多水库的防洪调度实践, 效果良好。 关键词:防洪调度;决策;多目标;权重 ABSTRACT:According to the characteristics of the flood control scheduling decisions, text points out that the flood control scheduling decision is a complicated multi-objective decision-making problem. And then the flood control scheduling system theory, model and the method of multi-objective decision are set up, text also includes the following content: the multistage fuzzy optimization theory and model, the determination of the target weight and the comprehensive evaluation of flood control scheduling scheme. Key words:Reservoirflood control operation, multi-objective decision-making, weight 根据国家能源发展战略规划对中国水电发展提出的新要求, 开展水库群优化调度是顺应 “节能发电”与“洪水资源化”的需求。随着水文气象预报精度的提高、系统决策科学理论的日 益完善和计算机软硬件技术的快速发展, 为水库群优化调度创造了条件。 由于入库径流的随 机性,决策过程的动态性、实时性和数学模型、优化技术的局限性,使得水库调度决策问题 呈现出非结构化的特点,水库群优化调度决策是一个非常复杂的过程。从不同的角度,水库 调度决策可分为很多不同类型。 按水库的功能目标可分为防洪调度、 兴利调度和综合利用调 度;按水库数量可分为单库调度、梯级水库调度和水库群联合调度;按调度周期可分为短期 调度和中长期调度;按调度方式可分为常规调度和优化调度。 水库群联合调度不仅是实现流域水资源可持续利用的基础,也是实现流域内水文补偿、 库容补偿、电力补偿及综合利用效益的必要条件。在防洪调度、兴利调度、多目标调度中广 泛应用。本文主要探讨水库群优化调度在流域实时防洪调度方面的应用。
2 防洪调度决策多级模糊优选模型
防洪调度决策的优劣,在识别过程中并不存在绝对分明的界限,具有中间过渡性,属于 模糊概念。设防洪调度决策系统中,通过洪水调节计算产生可供选择的 n 个调度方案,考虑 的目标数为 m,则决策方案组成的备选方案集为 A= A1,A2, ⋯ ,An ,决策特征值矩阵 为:
������11 ������21 X= ⋮ ������������ 1
������������������ = ������������������ − ������������ ������������������ / ������������ ������������������ − ������������ ������������������ ∀j(2-2) ������������������ = ������������ ������������������ − ������������������ / ������������ ������������������ − ������������ ������������������ ∀j ������������������ = 1 − ������������������ − ������������ / max������ ������������������ − ������������ ∀j (2-4)
(2-12)
P 为距离参数,P=1 为海明距离,P=2 为欧氏距离。为了求解方案 uij 的最优值,建立如 下目标函数min
= ������ ������������������ =
2 ������ℎ������ (2-13)s.t.
������ ������ ℎ =������ ������
开始 入流数据 读取数据 水库实时数据 交互方式选择 水位-库容曲线 水位-泄流量曲线
常泄量
闸门控制
检查最大泄流能力 调洪计算 水量平衡方程
Z, R
决策者分析
下一时刻
调度目标值
图 1-2 人机交互生成洪水调度方案的基本框架
1.2 防洪决策多目标特性与评价指标选择 由水库群、堤防、行蓄洪区所组成的流域防洪系统,在洪水调度中,需要综合考虑水库 自身和上游防洪(如果库区有淹没)的防洪安全,下游堤防的防洪安全,分滞洪区的安全, 一级洪水期末的兴利蓄水等目标。 由于上述目标之间存在矛盾, 方案评价指标的选择应遵循 以下原则:①可操作性原则,指标要具有可测性和可比性,易于量化,指标值可从模型中间 成果或计算结果中直接或间接获得; ②相对完备性原则, 指标体系应该能比较全面地反映和 测度被评价方案的特性和状况, 部分具有可比性的重要的定性指标也可以作为评价指标, 使 指标体系形成一个完备的体系;③相对独立性原则,指标应尽可能具有相对独立性,避免评 价因子的相关性,增加评价的准确性和科学性;④简明性原则,指标体系应尽可能简洁,尽 量选择有代表性的综合指标和主要指标, 每一个指标应能反映尽可能多的信息, 应该用尽可
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������hi = ������ℎ������ ������ℎ������ = ������ℎ������
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������������������ ������������������ − ������������ℎ
������ ������ ℎ =������ ������