基于合作博弈的三峡水库调度研究

发布时间：2020-09-11 22:43

　　 随着我国一系列大型水利工程的投产运行,其在防洪、灌溉、供水、发电、航运等诸多方面对于保障社会安全、促进经济可持续发展发挥着重要作用。但因其不同目标的用水过程存在差异,对其综合管理也提出了越来越高的要求。如何协调不同用水主体之间的需水矛盾,寻找各主体可接受的用水方案,是现代水资源综合管理过程中面临的一项新挑战。在水资源管理中,通常采用多目标决策模型来优化各用水主体的用水冲突,然而该模型仅能得到问题的非劣解集,并且最终的决策结果由水资源管理主体决定,只能实现整体收益的优化,不能体现各用水主体间的交互作用,形成的用水方案效率较低。合作博弈模型能够突破多目标优化决策的效率和公平困境,在兼顾个体理性的基础上,实现总体效益的优化(集体理性)。因而将其运用于水库系统中发电主体与环境主体之间的需水冲突研究,以期为协调两个用水主体之间的矛盾、促使各主体合作开发利用水资源提供理论支撑。本文研究的主要内容如下:1.通过对三峡水库蓄水前后宜昌水文站的径流系列进行分析,得出近年来该站的年平均径流量呈下降的趋势,且由于水库的蓄丰补枯作用,对汛末蓄水期及枯水期径流改变较大;为了反映各月河流环境流量的变化过程,基于天然月流量过程进行水平年的划分,用改进的流量历时曲线法生成了丰、平、枯三个典型年的适宜和最小的河流环境流量过程,并与Tennant法推荐的标准进行比较。2.分别以不同权重组合下发电主体与环境主体满意度之和最大为目标,建立多目标调度模型;基于构建的发电主体和环境主体收益函数,建立了由水资源管理主体的单人博弈过程(第一阶段)与发电和环境主体的二人合作博弈过程(第二阶段)耦合的两阶段合作博弈模型。通过对模型进行求解得到总收益,并使用Nash-Harsanyi谈判解、Shapley法、核仁法对模型的收益进行了分配。3.从时间和数量可靠性方面对多目标模型的调度性能进行了评估,结果表明:随着环境主体权重的增加,保证出力均可以得到满足,并且通过调节各个时段的出库流量,可以使每个时段的破坏程度变浅,但对破坏时段数的改变较小;从总收益与各主体收益的角度,对合作博弈模型与单目标、多目标模型进行了比较,发现基于合作博弈的分配方案可以使各参与主体获得大于其单独行动的收益,并且使合作联盟的总收益有所增加,而多目标模型仅能实现总体收益的增加。4.根据建模的特点及收益的分配结果,从模型假定、水资源管理主体、水资源利用主体、模型目标函数、模型的解及模型效果6个方面对多目标调度模型和合作博弈模型进行了综合的比较;采用基于社会选择理论的投票排序法定性的选择两个主体接受度较高的分配方案,并运用基于经济学理论的分裂倾向、权力指数法对模型的稳定性进行定量评价。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV697.11
【部分图文】：

丰枯变化规律改变时，将会影响与生物种群稳定相关的水文条件，打破河流环境系统逡逑的平衡状态，甚至引起物种灭绝。研究懫用Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ方法分析宜昌水文站径流逡逑的变化趋势，并绘制１９５０？２０１２年的年径流变化过程，见图２－１。逡逑２００００邋厂逡逑１８０００邋－逦蓄水前逦蓄水后逡逑Ｉ：逡逑ｌｏｏｍ邋－逦ｌ｜逡逑８０００邋逦１逦１逦１逦１逦１逦１逦１逦１逦１逦１邋邋Ｉ逦１—逡逑１９５０邋１９５５邋１９６０邋１９＜５５邋１９７０邋１９７５邋１９８０邋１９８５邋１９９０邋１９９５邋２０００邋２００５邋２０１０逡逑年份逡逑图２－１三峡水库蓄水前后宜昌水文站断面年径流变化图逡逑图２－１中两条横虚线分别为三峡水库蓄水前后，宜昌水文站多年的年平均径流量。逡逑从图中可以看出，在三峡水库蓄水前后宜昌水文站多年的年平均径流量变幅不大，逡逑１９５０？２００２年的年平均径流量为１３８３９．６７ｍ３／ｓ，２００３？２０１２年的年平均径流量为逡逑１２６１０．６１ｍ３／ｓ，较前一阶段减少了邋８．８８％。三峡水库蓄水前后年径流的Ｍ－Ｋ检验结果逡逑为－１．８２，绝对值小于显著性统计量１．９６，说明该序列呈下降趋势，但趋势不显著，与逡逑实际数据吻合。这也与三峡水库的调节特点相符合，仅能对年内的流量过程进行重新逡逑分配，而无法影响其年际间的变化。戴仕宝等（２００６）根据长江流域１９５４？２００４的降逡逑水量统计分析结果

１１邋月份降幅较大，分别为－７．６４％、－９．５８％、－１１．８０％、－１４．７６％、－３１．９７％、－１０．５０％。逡逑造成该现象的主要原因是水库的调节作用，通过蓄丰补枯，拦蓄汛末来水，在枯水期逡逑进行补水。宜昌站２、３月和９、１０月平均径流变化如图２－３、２－４、２－５、２－６所示，逡逑与上述分析变化结果相一致。逡逑—ａ—蓄水前邋…？蓄水后逡逑３００００邋－逡逑２５０００邋■逡逑１邋２００００邋■邋／逡逑ｉｆｆｌ邋１５000邋－逦Ｊｙ逦＼邋＼逡逑＾逡逑１００００邋－逡逑５０００邋ｎ—＾逦逡逑１逦２逦３逦４逦５逦６月伤、７邋ｓ邋９逦１０逦１１逦１２逡逑图２－２三峡水库蓄水前后宜昌水文站断面径流的年内分配变化图逡逑７0Ｍ「逦蓄水前逦蓄水后逡逑６５００邋■逦＾逡逑６０００邋－逡逑＾逦５５００邋■逦Ｖ逡逑ｉｉ邋５０００邋＇逦ｆ，逦，：■．…－＾ｒｒ．……逡逑３０００邋－逦￥逦１逦欠逡逑２５００逦逦．Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦ｉｉｉ逦Ｉ逡逑１９５０邋１９５５邋Ｉ９６０邋

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【参考文献】

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本文编号：2817270