水利关系到国计民生

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型在洪水预报和水库调度等方面都进行了较多简化应用效果不太理
Yazigil.H.等为Green River BasinEl471应用线性规划,建立了一
期实时调度模型,其基本思想就是根据不断更新的洪水预报信息,
行决策
[15]
。90年代后期国外开始注重工程措施和非工程措施联合的

我国系统开展防洪调度理论研究起步较晚,通过消化吸收国外先进
水利关系到国计民生,水利是国民经济的重要部门之一,在国民经济中具有
举足轻重的地位,它为现代工业、现代农业、现代科学技术提供必不可少的保障,
它和我们的日常生活息息相关。水利的发展必须优先于其它工业部门,整个国民
经济才能不断前进。建国以来,我国的水利建设己经取得了令世人瞩目的成就,
水利发展异常迅猛,水利设施的修建,大型水利枢纽的建设,南水北调工程,水
互作用效果不是很好,如CORBA和DCOM,或者因为自身的实现标准的私有化和过
于复杂而导致难以被广泛采用,如EDIO水库防洪调度系统是一个典型的水利行业
应用软件,由于水资源在地理上存在分布性和跨度性,还受到时间的影响,使得
系统软件必须具有分布、松散的特点。同时,软件需要在分布的地理空间和多层
次的行政区划内共享数据和信息,并且许多应用存在相同或相似的业务逻辑。但
分为四类(蒸散发、产流、分水源和汇流),建议使用分属层次的调
使16个参数能合理地优化率定,这种优选率定更切合水文模型的实
将蓄满产流模型和CLS模型结合,提出了CLSN模型,并应用于汉江
用新安江模型进行产流的计算对CLS模型再次进行改进,并用于汇
了SCLS模型
[11]
。葛守西将卡尔曼滤波算法与蓄满产流模型结合,使
.2.洪水调度
国外关于水库防洪调度的研究起步较早,始于20世纪初,当时由于
文站的兴建,促进了河川径流理论的发展,水库调度学科随之得到迅
的防洪调度主要是半经验、半理论的方法,即通过防洪控制图来进行
意到前期水文气象因素(如温度、降雨等)对预留防洪库容的影响
[12]
代末期,随着遥感、遥测、电算技术在水库调度领域的应用,对于
施,如:洪水预报和警报、建筑物防洪、抗洪抢险、临时疏散;(3)通过救济、恢
复、以及洪水保险来分担洪水损失;(4)制订洪灾损失预防计划。
非工程措施目前正为许多受洪水威胁的国家所采用,但通常是与工程措施相
配合的。工程和非工程防洪措施的选择和配合取决于一个国家的政治、社会和经
济情况,因而政府的政策对防洪措施的选择起相当的指导作用。工程措施受自然、
国际水文界的学术联系,逐步了解了国外研究的最新成果,许多学
间内,通过引入和完善国外先进水文技术,取得了多项研究成果。
了斯坦福W号模型、萨克拉门托模型在我国的应用进行研究,及两
分析研究;袁作新、吴建春针对原IV号斯坦福模型在线性坡面出流
可能出现死循环的弊病,进行了改进研究;朱希贤将水箱模型的连
次洪进行预报研究
了线性规划与动态规划相结合的防洪系统联合运行迭代算法,有效
统中“维数灾”的问题。1995年,河海大学的杨侃等以网络理论为
长江防洪系统的实时调度,建立了长江防洪系统的时空网络模型
[22
张勇传、马寅午采用防洪系统洪水分类预测优化调度方法建立了洪
体控制模型,该模型对历史洪水资料进行聚类分析,将洪水流量过
型,采用归纳演绎的方法对未来洪水做出分类预测,针对不同类型
;夏军提出采用凋
滤波方法,以解决洪水预报中卡尔曼滤波器的两种误差协方阵的估
西将匹配法自适应卡尔曼滤波应用到一般线性汇流模型上,并在均
建议了一种新算法,朱杰等通过实例应用表明,该算法较马斯京根方
西通过分析广义ARMA和ARMAX模型的经典识别方法,提出了汇流系
的基本算法。通过以上前期的国外先进技术的引进与吸收探索,到目
应状态与参数估计算法、水文时间序列实时预报的状态模型、交互
数(MISP)估计方法等系列概念、方法和模型,并建立了第一个具有
的洪水预报模型,并与各国学者合作进行了许多实例应用研究。虽
在算法收敛性、与约束线性系统的适配等方面存在不足之处,但对
报技术的发展仍具有重大的意义
[5]

国内关于现代洪水预报技术的研究起步较晚。1978年以后,我国水
[6]
;葛守西提出了用罚函数法推求符合水文学意
位线方法;夏军研究了罚函数法实现在水量平衡、响应函数非负约
xner正交函数逼近,从而实现系统识别;张文尧等开展了我国第一
统的试验研究;葛守西提出了线性系统的三种模型差分方程、响应
间方程能够互换的理论,从而实现了汇流方法研究中线性模的统一
洪水预报技术具有重要的理论和实际意义
是由于水利行业自身的特点,难以实现如其他行业集中统一的软件开发模式,应
度理论方面的研究工作得到了长足的发展,特别是20世纪80年代优
到了充分的重视,并运用到防洪调度研究中
[16]
。1983年虞锦江提出
报的最大可能洪水概念,建立了水电站水库洪水优化控制模型,其
分:预报洪水过程和概率可能洪水,应用动态规划原理,以一次洪
为目标制定水库最优调度方案,1987年他与管家宝又提出了梯级水
单位线。
由于模拟模型绝大多数是着眼于水文现象客观规律的揭示,难以考
时变特性和随机因素的影响,随着计算机技术和控制论理论的发展
报技术相继出现,并得到了迅猛发展。系统动态识别及卡尔曼滤波
tering)就是这类方法的典型
[4]

在洪水实时预报方法研究上,最著名的学者是Todini。他在20世纪
出了约束线性系统(CLS)、约束参数估计技术、降雨径流的片尔曼滤3
度规则进行实时调度。1998年至2000年,付湘、纪昌明开展了洪灾
及水库汛期调度的最大洪灾风险率等方面的风险分析研究
[23]
。。
9
随着社会的进步,技术的不断革新,原有防洪调度系统的缺陷日益显现,需
要研究新的方法、新的途径去满足当代防洪调度决策的需要。它们存在的问题主
要是:多年来,防汛部门和水库管理部门,先后引进国外先进技术或委托国内有
型,并提出了“预报-决策-实施”的前向卷动决策方法
[18]
。1988年
煌等利用模糊优化调度方法对大伙房水库进行优化调度
[19]
。同年,
源以黄Fra Baidu bibliotek下游防洪系统为背景,研究了并联水库防洪系统优化问题
逐次优化算法模型,该模型由三阶段子模型和跨阶段子模型组成,
取的防护点过程的峰值最小为目标函数,在解决河道水流滞后影响
管理水平取到了极大的推动作用
[13]
。1961年日本在大河流域设立了
所,着眼于流域开展洪水调度,取得了显著的防洪效益。随着科学
电子计算机的出现,国外逐步引入优化理论开展洪水调度理论研究
单库优化调度研究70年代初,国外开始进行水库群方面的优化调度
2年南非学者Janison和Wickson,以预报洪水作为输入、发电量最大
利网络的建设,由零星的网络,逐渐发展成全国统一调配的水利大网。
洪水灾害是我国与世界上大多数国家常见的严重自然灾害之一。由暴雨、融
雪、冰凌、山洪、泥石流、海啸、风暴潮,以及已建水利工程溃坝等造成的灾害,
通称洪水灾害。我国属于太平洋和印度洋季风影响的季风气候区,全年60-80%
的降雨量集中在汛期,暴雨洪水造成的灾害是我国主要的洪水灾害。
如何防治水害,提高防洪减灾能力,至关重要。防洪是一项复杂而艰巨的任
务。日前解决洪水问题,其一是采用综合治理的方针,合理安排蓄、泄、滞、分
的工程措施;其二是为了减少洪泛区洪灾损失,采取颁布和实施法令、政策及防
洪工程以外的技术手段等方面的非工程措施。
非工程措施可粗略分为:(1)洪泛平原管理,包括洪泛平原区划:(2)紧急措
关科研、院校,开展了大量有关水库非工程防洪措施的研究,获得了许多理论和
应用成果,发挥了较大的防洪效益。但从研究和开发的现状来看,由于参与研究
设计与开发的单位较多,各单位开发人员水平差距大,面及软硬件环境标准不一
致,标准不统一,相互间缺乏协调,使系统结构、功能、界集成一个较为完整的
系统难度很大,难以获得全面的预报和调度信息,既不利于防洪的统一调度决策,
益的尝试。1989年,李春生、陈惠源研究了下游不分洪情况下的两
系统洪水最优调度问题和汉江中下游防洪系统实时优化调度问题
[20
本德等提出了以泄流设备应用状况或泄流量作为决策变量的水库(
模糊优选调度模型。1994年河海大学黄志中、周之豪等利用大系统
论进行了水库实时防洪调度研究
[21]
。1995年,陈惠源等建立了三峡防洪系统联合调度模型,该模型应用系统分析的方法,根据大系统
科学的转变,从而形成当今形态的起点。1931年,Horton提出了下渗
5年-1938年,McCarthy总结了以“马斯京根法”著称的洪水演算预
8年,Snyder提出了对短缺资料地区使用综合单位线的预报方法。这
今的基本洪水预报技术
[3]
。50年代,由于系统理论的引入,洪水预
趋于理论上的成熟。它经历了一个从个别方法的借用逐步到理论体
调度模型
[17]
。1985年,王厥谋考虑了分洪区顺序、河道洪水变形及
题,建立了水库防洪优化调度模型及线性规划求解方法,由于模型
的入流资料,从而限制了该模型的应用。1987年胡振鹏、冯尚友在
系统联合运行时,以分洪量和防洪库容最小为目标进行实时预报调
统进行防洪、兴利、风险的多目标分析,提出了防洪系统联合运行
动态规划原理确定一次洪水的最优调度方案。进入80年代,水库防
理论与应用中都有了新发展国外在大河流上普遍应用高新技术进行5
度,建立了较为完整的遥感遥测系统,形成了以计算机网络为核心
预警、优化调度的统一系统。在理论和模型研究方面,1983年
.WasimilIas应用离散线性二次最优控制方法寻求水库系统的运行策

[2]
。而在洪水期,洪水预报和警报、建筑物防洪、抗洪抢险、临时疏散是最重
要的非工程措施。因此,在新技术突飞猛进的今天,如何利用新理论新技术,研
究适合当代新技术特点的水库洪水调度系统,提高防洪决策水平,具有重要的理
论价值和重大的经济和社会价值,其意义深远
2
从30年代开始,一些重要成果的出现,标志着水文预报科学从经验
[7]

在实时预报技术领域,葛守西针对MISP算法存在的问题,提出了一
在线识别、衰减记忆卡尔曼滤波和匹配法自适应滤波联合运用的算
等使用了对模型误差协方阵递推处理的Sage和Hus。的极大后验次
自适应卡尔曼滤波算法,并配合引用了托迪尼的MISP算法应用研究
参数进行滤波校正对提高预报精度起关键作用
[9]
性水文模型实现实时校正技术上突破,彻底解决了计算谢尔曼单位
存在的单位线纵坐标的振荡问题;张恭肃提出了确定性水文预报模
报结合的实时校正方法,经七个流域试验,取得了较好的改进预报
将灰色系统理论引入到水文模型中,进行了从水文非线性系统的定
、识别方法的特点和原则等方面基础性的理论研究,建议了一种灰
型作为降雨一径流过程的系统数学模型。
技术、经济等条件的限制,非工程措施的使用就显得尤为重要,虽然仍不能完全
制止所有的洪水灾害或杜绝一切洪灾损失,但可以通过管理和技术手段充分发挥措施的蓄、泄、滞、分等作用,尽可能的减少洪灾损失,保障国家人民生命
财产安全,例如在美国密西西比河流域1993年的特大洪水灾害中,非工程防洪措
施取得了显著的成效,这就是近几年来国内外学者十分重视非工程防洪措施的原
在现代洪水预报基础理论和应用研究方面,取得了许多填补国内研
。4
赵人俊提出用线性水库模型描述集总汇流系统,并将它们视作时变
函数,以便处理非线性作用,且导出了参数的计算公式
[10]
。对于新
的率定,包为民首次在国内进行了大型概念性水文模型多参数自动
针对模型的结构和参数设置,赵人俊等分析了参数的独立性与敏感
。最初发现的是谢尔曼单位线与系统响应函数定义的一致性,于是
离线识别算法推求单位线。1949年,Linsley,Snyder及Body等相
用最小二乘法推求单位线。1964年,Levi和Valdes应用傅里p-卜变
线。1965年,Dooge建议用拉盖尔系数代替调和系数推求单位线。
leson建立了降雨一径流传递函数模型,使用维纳-霍夫方程的求解
各级防汛指挥部门又影响了水库防洪效益的发挥。尤其是当集成的环境从原有的
内部局域或者私有专用的网络转移到Internet上,从原有的封闭的内部的集成转
变为开放的外部的集成时,不同系统之间不同的系统平台、实现机制、实现标准
等等各种差异造成了集成异常的困难。已有的那些用于分布式系统的技术或者标
准,如DOOM,CORBA,E DI等等,他们的实现有着自身或多或少的缺陷或者不足:有的其设计的体系内部各系统之间的互相关系过于紧密,对于异构系统之间的相
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