基于复杂适应系统的水量调度建模方法与应用

发布时间：2020-10-26 12:10

　　 水量调度是我国水资源管理的主要手段之一,在保障供水安全、落实水量分配方案和实施最严格水资源管理制度等方面发挥了重要作用。针对水量调度计划编制和调度实施中多决策主体之间的相互适应和竞争博弈关系,论文以水量调度中的需水预测、调度计划编制和短期水库调度问题为研究对象,基于复杂适应系统理论建立符合管理体制和决策机制的水量调度模型,并应用于南水北调中线水量调度实例中。主要包括以下四个方面的内容:(1)从理论上分析了水量调度系统中基于用水户主体行为的需水适应性、由利益相关方在调度计划编制决策过程中形成的供水适应性、以及时间尺度上年度水量调度计划与短期水库调度间的嵌套适应关系,并通过个体行为特征的归纳和互馈路径的构建,揭示了水量调度系统中的适应机制。(2)为描述编制用水计划中供需水的动态适应关系,构建了基于用水户的多智能体需水预测模型。将用水户和供水管理者概化为两类智能体,根据社会行为理论以意识驱动机制描述用水户行为,供水管理者则通过发布缺水预警引导用水户的节水意识。枯水期通过模拟用水户限制用水和提高节水率的行为减少受水区需水量,丰水期则通过用水户数量增殖机制模拟随人口增长和经济发展的需水量增长,使得需水呈现出随来水变化而变化的规律。(3)基于水量调度计划编制决策过程中受水区水行政管理者和流域管理机构的相互作用和适应关系,将两者概化为两类智能体,建立了水量调度计划编制的自适应模型,并提出了权衡个体偏好和全局约束的分布式优化方法模拟决策协调机制。以流域管理机构作为唯一决策者的集总式模型是交互式决策模型当各受水区个体偏好都为0时的一种特例,一般情况下交互式决策与集总式相比,调度计划的总供水相等,而供水次序优先的受水区分配水量更多。(4)基于年度水量调度计划和短期水库调度之间长短嵌套、滚动决策的适应关系,以水量调度计划中的时段蓄水过程作为宏观控制变量,建立了基于目标蓄水量的两时段短期调度模型,并推导了基于目标蓄水量的解析式限制供水规则。目标蓄水量的敏感性分析表明当其值设置过低时,不能指导水库有效提前蓄水导致未来超破坏深度的缺水;另一方面,过高的目标蓄水量会造成不必要的限制供水从而降低供水保证率。南水北调中线工程的丹江口水库调度实例研究表明,基于目标蓄水量改进调度规则可以利用长期来用水信息令水量调度的短期供水过程更为合理。论文拓展了面向多决策主体自适应特性的水量调度建模理论与方法,基于复杂适应系统理论建立了符合管理体制和决策机制的水量调度模型,所取得的研究成果不仅丰富了水量调度建模理论与方法,而且为水量调度实践提供了技术支撑。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV213.4
【部分图文】：

调度实际中来水、供水和需水的适应性关系。??统计黄河水量调度２００７？２０１６调度年干流的可供水量、分配耗水量指标和实??际耗水量如图２－１，其中年度可供水量是由花园口站天然径流量根据水文相关法??推算加上龙羊峡水库年度蓄（补）水量所得。??這?３００??驾?２０。——??１＾０?＿?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｔ??２００７?２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６??调度年??图２－１黄河水量调度的可利用水量和供水过程??如图２－１所示，黄河水量调度实际中耗水与供水整体上呈现相互适应关系。??黄河干流的供水计划以耗水量的形式分配，在２００８至２０１２调度年，黄河的可供??水量从３３６亿ｍ３逐渐增加到３７０亿ｍ３，增加了?１０．１％，总分配耗水量指标相应??地从２０３．２亿ｍ３增加到２２８．２亿ｍ３，增加了?１２．３％；而２０１２至２０１６调度年，??黄河的可供水量从３７０亿ｍ３逐渐减小到２８０亿ｍ３，减少了?２４．３％，总分配耗水??量指标从２２８．２亿ｍ３减小到１９３．８亿ｍ３，减少了?１５．１％，分配的耗水量随来水??２２??

河水量调度的实际耗水量随供水量变化而变化，呈现出供需水动态平衡的规律。??统计溁河水量调度１９８４？２０１３年的来水量、对天津和河北的总计划供水和实??际总供水量如图２－２，其中年来水量由潘家口水库的入库径流量表示。??１???＇??量????总??????．实水量．．．．．??卜?ｏｃ〇Ｎ〇”＜ｓｒ＾ｉｉ／５ｖｏ?卜?ｏｏ〇Ｎ〇”ｒ＾ｒ〇＇＾？／ｉｖ〇?卜?ｏｏｏｓｏ?—??ＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＳＯＮＯｎＯＮＯｎＯＳＯＮ＾ＯＮＯｎＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯ＾－ｈ＾＾ｈ??Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｑ＼?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?０＼?０＼?Ｏｓ?Ｏｓ?ＯＮＯＯＯＯＯ?ＯＯＯＯ?ＯＯＯＯＯ??一?—————一?———■一一?—?一?—?一?ｒ＾ｒ＾ｒ＾ｆｓｒ＾ｒ＾ｆＮｒｓｒ＾ｆＮｆＮｆＮｆＮｆＮ??调度年??图２－２溁河水量调度的来水和供水过程??如图２－２所示，滦河水量调度实际中需水与供水同样呈现出相互适应关系。??如１９８４至１９９４年，滦河的来水量从８．９６亿ｍ３逐渐增加到３６．１５亿ｍ３，增加了??３０３．５％，计划总供水量相应增加了?２１３．８％；而１９９５至２０１３年，滦河的来水量??从２５．２４亿ｍ３逐渐减小到８．８６亿ｍ３，减小了?６４．９％，计划供水量则减小了?６８．４％，??供水量随来水量丰增枯减；在１９８４至１９９８年的相对丰水时段，滦河的实际供水??量较多，多年平均为１３．４３亿ｍ３，而在１９９９至２０１３的枯水时段，多年平均实??际供水量只有８．６０亿ｍ３，较丰水期需水减少了?３６．０％，所以滦河水量调度的实??际供水量也会适应来水条件的变化

河水量调度的实际耗水量随供水量变化而变化，呈现出供需水动态平衡的规律。??统计溁河水量调度１９８４？２０１３年的来水量、对天津和河北的总计划供水和实??际总供水量如图２－２，其中年来水量由潘家口水库的入库径流量表示。??１???＇??量????总??????．实水量．．．．．??卜?ｏｃ〇Ｎ〇”＜ｓｒ＾ｉｉ／５ｖｏ?卜?ｏｏ〇Ｎ〇”ｒ＾ｒ〇＇＾？／ｉｖ〇?卜?ｏｏｏｓｏ?—??ＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＳＯＮＯｎＯＮＯｎＯＳＯＮ＾ＯＮＯｎＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯ＾－ｈ＾＾ｈ??Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｑ＼?Ｏｓ?Ｏｓ?Ｏｓ?０＼?０＼?Ｏｓ?Ｏｓ?ＯＮＯＯＯＯＯ?ＯＯＯＯ?ＯＯＯＯＯ??一?—————一?———■一一?—?一?—?一?ｒ＾ｒ＾ｒ＾ｆｓｒ＾ｒ＾ｆＮｒｓｒ＾ｆＮｆＮｆＮｆＮｆＮ??调度年??图２－２溁河水量调度的来水和供水过程??如图２－２所示，滦河水量调度实际中需水与供水同样呈现出相互适应关系。??如１９８４至１９９４年，滦河的来水量从８．９６亿ｍ３逐渐增加到３６．１５亿ｍ３，增加了??３０３．５％，计划总供水量相应增加了?２１３．８％；而１９９５至２０１３年，滦河的来水量??从２５．２４亿ｍ３逐渐减小到８．８６亿ｍ３，减小了?６４．９％，计划供水量则减小了?６８．４％，??供水量随来水量丰增枯减；在１９８４至１９９８年的相对丰水时段，滦河的实际供水??量较多，多年平均为１３．４３亿ｍ３，而在１９９９至２０１３的枯水时段，多年平均实??际供水量只有８．６０亿ｍ３，较丰水期需水减少了?３６．０％，所以滦河水量调度的实??际供水量也会适应来水条件的变化
【参考文献】

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本文编号：2856981