基于实时预报的灌溉水库最小弃水模型

摘要

水资源是人类生存和经济社会发展的物质基础，是不可替代的重要自然资源。随着经济社会的发展和城市化进程的加快，人们对水资源数量和质量的需求越来越高，淡水资源紧缺的矛盾不断加剧。匮乏的水资源不仅制约了经济社会的发展，而且造成了水环境的不断恶化。灌溉水库作为重要的水利工程之一，在区域水资源调蓄和优化配置中起着十分关键的作用。研究灌溉水库的风险调度与兴利优化具有重要的理论与现实意义。 本文在学习和借鉴了前人研究工作成果的基础上，进行了灌溉水库最小弃水的理论探讨和实际应用研究。研究提出了水库汛限水位的风险分析方法；建立了灌溉水库最小弃水的数学模型。以山东省北邢家水库为实例，对水库的来水量和用水量进行优化配置，合理确定汛限水位，增加水库可供水量。具体内容如下： (1)在系统查阅了国内外文献的基础上，综述了水库调度的国内外研究现状，指出了其存在的不足及需要研究的难点问题。 (2)阐明了水库最大汛限水位的风险和风险分析的概念，在系统分析了灌溉水库汛限水位的风险特点的基础上，提出了提高灌溉水库汛限水位的风险管理方法。从风险与风险分析的概念出发，明确了风险因素，研究提出了包括由风险识别、风险估计、风险评价和风险决策组成的提高灌溉水库汛限水位的风险管理的实施程序，拓展了灌溉水库汛限水位风险分析的研究思路和内容。 (3)以水库弃水量最小为目标函数，考虑防洪、蓄水、供水、工程等约束，建立了灌溉水库最小弃水非线性规划数学模型。 (4)运用一阶自相关模型，提出了来水量实时预报技术。分析了预报误差的评定和检验方法。 (5)将模拟退火和粒子群混合算法应用到灌溉水库优化调度中，对灌溉水库最小弃水数学模型进行优化分析。在保证满足灌溉用水的前提下，以兴利为主要目标，使水资源得到高效利用。 (6)以山东省烟台市北邢家水库为实例进行研究，结果表明：采用本文提出的最小弃水模型及求解方法，平水年水库的汛限水位提高了1.92m，有效蓄水量增加了208万立方米，为该地区水利规划和水资源配置提供了决策参考。

目录

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第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1灌溉水库优化调度问题

1.1.2研究意义

1.2国内外水库调度的研究动态

1.2.1国内水库优化调度的研究现状

1.2.2国外水库优化调度的研究现状

1.3水库实时预报的研究

1.3.1实时预报的定义

1.3.2实时预报的发展

1.3.3实时预报的前景

1.4最小弃水法的概念

1.5灌溉水库调度方法存在的不足

1.6本文研究的主要内容

第二章水库汛限水位风险分析

2.1风险及风险分析

2.1.1风险的定义

2.1.2风险的性质

2.1.3风险分析的内容

2.1.4风险管理的基本模式

2.1.5风险率及其估计模型

2.2汛限水位的确定

2.2.1汛限水位的概念

2.2.2汛限水位的确定原则

2.2.3汛限水位的确定方法

2.2.4存在的问题

2.3汛限水位的风险分析

2.3.1影响汛限水位的因素及其风险

2.3.2极限风险率的定义

2.3.3频率分析法

第三章基于实时预报的灌溉水库最小弃水数学模型

3.1实时预报来水量

3.1.1实时预报模型

3.1.2预报的评定和检验

3.2用水量预测

3.2.1农业用水量预测

3.2.2工业用水量预测

3.2.3生活用水量预测

3.2.4生态用水量预测

3.3基于实时预报的灌溉水库最小弃水模型的构建

3.4模型的求解方法

3.4.1模拟退火算法的描述

3.4.2粒子群优化算法

3.4.3模拟退火和粒子群结合的混合调度算法

3.5基于模拟退火思想的粒子群算法的模型的求解过程

第四章实例研究

4.1北邢家水库灌区的概况

4.1.1自然地理概况

4.1.2北邢家水库灌区图

4.2水库来水量分析

4.2.1分析资料

4.2.2水库的来水量分析

4.2.3水库来水量的实时预报

4.3水库用水量分析

4.3.1农业用水量分析

4.3.2工业用水量分析

4.3.3生活用水量分析

4.3.4生态用水量分析

4.4水库汛限水位的确定范围

4.5北邢家水库灌区的灌溉水库最小弃水数学模型

4.6北邢家水库灌区的灌溉水库调度结果分析

4.6.1优化调度前

4.6.2优化调度后

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢