粒子群算法在水庫防洪優(yōu)化調(diào)度中的應(yīng)用分析

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1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論1.1問題的提出洪澇災(zāi)害一直是人類的心腹之患。特別是在我國長江流域，除青藏高原部分地區(qū)外，各地都可能出現(xiàn)暴雨洪水，流域內(nèi)洪災(zāi)連綿不斷。治理洪災(zāi)成為歷朝歷代治國安邦的大事，采取防洪措施，以防治洪水泛濫、縮小淹沒范圍和減緩災(zāi)害損失。一般來說，防洪措施可分為兩類，一類為工程措施，主要有堤防、河道整治、分洪蓄洪工程和水庫工程等，擴大河道泄洪能力，分流疏導(dǎo)和攔蓄洪水，以實現(xiàn)防洪的目的；另一類為非工程措施，主要有洪水預(yù)報警報、洪水調(diào)度、洪泛區(qū)管理、洪水保險、河道管理、非常洪水防治預(yù)案以及有關(guān)法律法規(guī)和

2、經(jīng)濟等非工程的防洪對策，以達到預(yù)防和減輕洪水威脅、充分發(fā)揮工程的作用和減輕洪水災(zāi)害的目的。長江是我國最大的河流，流域面積180萬平方公里，河長6300km，僅次于尼羅[1]3河和亞馬遜河，為世界第三長河；年平均徑流量接近1萬余億m，僅次于亞馬遜河和剛果河，居世界第三位。但長江給兩岸人民帶來豐富水資源的同時，也經(jīng)常爆發(fā)流域性大洪水，嚴重威脅兩岸人民的生命財產(chǎn)安全，特別是在中游河段，洪水經(jīng)常泛濫成災(zāi)，成了歷來防洪的關(guān)鍵地段。歷史上，這一河段經(jīng)常發(fā)生大水災(zāi)，損失極其嚴重。建國后的1954年大洪水，在堤防有所加強，廣大軍民大力

3、防守、搶救和3采取分洪措施的情況下，分洪和堤防漫潰的洪量仍達到1000余億m，有4755萬畝農(nóng)田被淹，受災(zāi)人口達到1888萬人，因災(zāi)直接死亡3.3萬人，京廣鐵路100天不能[2]正常運行。1998年大洪水，長江上游連續(xù)多次洪峰沖擊下游，雖然最大洪峰流量3僅6萬多m/s，但由于下游河道淤塞，河床抬高，以及洞庭湖的萎縮、調(diào)蓄作用下降，導(dǎo)致下游河段水位一直居高不下，很多河段超過歷史最大洪水位，防洪壓力極大。雖經(jīng)過全國軍民奮力抗洪，并利用葛洲壩、隔河巖等水庫的調(diào)蓄作用，勉強保住了荊江河段，避免了荊江分洪區(qū)的啟用，但是城陵磯附近

4、及以下河段多處出現(xiàn)險情和潰堤現(xiàn)象，損失仍然十分慘重。建國以來，國家針對長江流域嚴峻的防洪形勢有計劃的進行了大規(guī)模的防洪工1華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文程建設(shè)，使長江中下游地區(qū)防洪形勢得到了初步改善。按照如今的防洪工程情況，中下游干流堤防防洪標準大概為20年一遇級別，其中荊江河段安全流量僅有360000m/s，約相當(dāng)于十年一遇級別。超過上述標準，即需運用分蓄洪措施。而分蓄洪區(qū)內(nèi)人口大量增長，經(jīng)濟也有較好的發(fā)展，因此，分洪區(qū)的啟用代價越來越大。3即使啟用了分蓄洪區(qū)，荊江河段也只能承受枝城來量不超過80000m/s，約相當(dāng)于40

5、年一遇的洪水。超過這一流量時，荊江大堤將極有可能潰決。經(jīng)大量水利專家多年研究，只能通過修建三峽水庫來治理長江中游洪災(zāi)，利用三峽水庫調(diào)蓄洪水，對中游地區(qū)，特別是荊江地區(qū)實施防洪補償調(diào)度，以提高荊江河段的防洪能力。如今，三峽工程已基本完工，正常運行，并開始發(fā)揮應(yīng)有的防洪作用。特別是2010年大洪3水，三峽入庫洪峰流量達到70000m/s，超過98年大洪水的峰值，通過三峽調(diào)蓄，3下泄流量限制在40000m/s及以下，大大減輕了下游的防洪壓力，整個下游河段沒有出現(xiàn)重大險情和潰堤現(xiàn)象，經(jīng)濟損失也相對很小。但三峽水庫現(xiàn)在還是根據(jù)調(diào)

6、度圖和調(diào)度規(guī)則來進行常規(guī)調(diào)度，不能充分發(fā)揮三峽水庫的防洪作用。如今，隨著全流域監(jiān)測站點的信息化普及，對流域水文預(yù)報準確性的提高和預(yù)見期的延長，為防洪優(yōu)化調(diào)度創(chuàng)造了有利條件。因此，有必要研究水庫優(yōu)化調(diào)度模型，在常規(guī)調(diào)度的基礎(chǔ)上，更大地發(fā)揮水庫在防洪減災(zāi)中的作用。1.2選題的研究意義本文研究將粒子群優(yōu)化算法應(yīng)用到水庫防洪優(yōu)化調(diào)度中來。選取三峽水庫為研究對象，下游防洪控制站城陵磯站為保護對象，研究粒子群優(yōu)化算法在水庫防洪優(yōu)化調(diào)度中的應(yīng)用，包括水文預(yù)報、設(shè)計洪水計算、洪水演進以及水庫調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)。在三峽水庫對長江中游的防洪補

7、償調(diào)度中，水文預(yù)報主要包括三峽來水預(yù)報和城陵磯區(qū)間流量預(yù)報兩個方面。其中三峽來水預(yù)報現(xiàn)階段已經(jīng)比較準確，本文重點研究洪水出三峽后，與城陵磯區(qū)間流量匯合，在城陵磯站產(chǎn)生的流量預(yù)報和分析計算。洪水出三峽后，到達城陵磯的時間大概為兩天左右。所以在對城陵磯補償調(diào)度的時候，需要對城陵磯流量進行兩天的短期預(yù)報，根據(jù)此預(yù)報流量，得到三峽水庫2華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文的最大安全下泄流量。否則，在沒有預(yù)報的情況下盲目下泄，下泄量大了可能會導(dǎo)致城陵磯站出現(xiàn)險情，下泄量小了導(dǎo)致三峽水庫的水位一直維持較高水平，不利于對后期洪水的調(diào)控。本文擬利

8、用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，對城陵磯站流量和水位進行兩天預(yù)報研究。設(shè)計洪水是指具有某一設(shè)計標準的洪水過程線，本文建立洪水過程線放大優(yōu)化模型，采用粒子群優(yōu)化算法（PSO法）優(yōu)化放大過程線，減少人工計算量，提高同頻放大精度。洪水演進是防洪調(diào)度中非常關(guān)鍵的一個部分，馬斯京根洪水演進模型因其算式表達簡單、參數(shù)量少、演算精度高等優(yōu)點，在工程中得到了廣