用多目标遗传算法优化设计水库分期汛限水位

水库分期汛限水位利用洪水的季节性规律,可在不降低水库防洪标准的前提下,显著提高水库兴利效益.论述了优化设计分期汛限水位的必要性、基于模拟调度优化设计分期汛限水位的可行性.以防洪、发电、航运等多目标来评价分期汛限水位方案,以不降低水库防洪能力为约束条件,建立了优化设计模型.对简单遗传算法进行了多目标评价、引入共享函数、线性变换适应度函数、优解保持策略、重新洗牌等改进,建立了一种改进的多目标遗传算法,用以优化设计分期汛限水位方案.以三峡水库为研究背景,采用混合编码方法描述分期汛限水位方案,利用1882~2003年宜昌站汛期的实测日流量资料进行模拟优化,得出了较优的分期汛限水位方案.计算结果表明,分期汛限水位优化设计能权衡防洪与兴利之间的关系,在满足防洪要求的前提下,显著提高水库兴利效益.     

基于属性识别理论的塔里木河水质评价与分析

属性识别理论是根据实测资料构造样本空间矩阵,利用评价指标进行样本属性分类和构造样本属性矩阵,用熵理论确定指标权重,然后进行水质评价.根据塔里木河各测站的资料,建立了属性识别模型,评价了塔里木河的水质;结果表明塔里木河枯水期水质较差,丰水期水质良好,平水期水质一般,评价结果符合塔里木河水质的现状.属性识别理论概念清晰,计算简单,评价结果比较客观.     

中国极端降水对气候变化的热力学响应机理及洪水效应

全球变暖改变了气候系统的热力和动力环境,影响了陆地-大气系统的能量收支和水循环过程,对降水、湿度、径流等水文要素产生显著影响.大气边界层水汽是降水形成的物质基础,现有研究主要关注饱和水汽压对极端降水的影响,发现了呈"抛物线"形状的Hook气候响应结构.但是未能定量阐明其形成原因,也较少分离大气热力和动力作用对极端降水演化的贡献分量,制约了未来气候灾害风险预测及水文过程模拟精度.本文以中国大陆和151个典型流域为研究区域,通过扩展的克劳修斯-克拉珀龙(Clausius-Clapeyron)方程评估了极端降水和地表径流对近地气温的响应强度,采用ERA5再分析数据集评估了整层气柱水汽含量、对流有效位能和相对湿度对极端降水的促进/抑制作用,基于能量收支和水分平衡分离了极端降水的热力项和动力项,并解释了Hook结构的形成原因;基于CMIP6框架下21个全球气候模式输出数据,通过偏差校正和流域水文模拟方法预估了未来气象水文过程,研究了Hook结构的迁移路径及其暴雨洪水效应.研究发现,动力学约束造成高温下极端事件的水汽输送能力受限,进而形成了Hook结构,但极端降水和地表径流的Hook结构并不稳定,...     

贝叶斯概率洪水预报系统

贝叶斯概率洪水预报系统考虑预见期内定量降水预报不确定性和水文模型及参数等水文不确定性,通过全概率公式将两者结合起来得到预报概率密度函数。通过实例研究,结果表明该法为防洪决策提供了可靠的理论依据,实现了预报与决策过程的有机耦合,可显著提高洪水预报精度。     

多目标调度图对气候变化的自适应研究

以丹江口水库为研究对象,构建多目标调度图优化模型来模拟指导水库调度运行;选择基准年1961~2000年实测旬径流系列进行模拟调度.结果表明:多目标优化调度方式与常规调度方式相比,在不增加防洪风险的前提下,生态供水保证率、多年平均生态供水量和多年平均发电量均得到了提高,且对下游供水量、南水北调工程调水量影响不大,三个生态需水方案的保证率均达到97%以上,多年平均生态供水量和发电量分别增加4.14×108 m3和0.81×108 kW·h,增幅分别达3.21%和2.13%.将GCM模式的输出作为分布式VIC水文模型输入,预测了未来90a三个时期汉江流域的径流变化,并验证多目标优化调度图能很好地适应未来气候情景的变化.     

基于随机-模糊模型的地下水污染风险评价

提出了基于随机-模糊模型的地下水污染风险评价方法.该方法同时考虑了参数的随机性和模糊性,将地下水污染的环境风险定义为含水层"脆弱性"和地下水污染对人类健康"危害性"的乘积,运用模糊属性识别理论判断环境风险的等级.以长沙市黄兴镇蓝天化工厂锰渣场含锰废水下渗造成的地下水锰污染为例,分别计算了地下水锰污染的"脆弱性"和"危害性",并将其划分为"高"、"中-高"、"中"、"中-低"、"低"5个水平等级.结果表明,基于随机-模糊模型的地下水锰污染的环境风险介于"低-中"和"中"之间,与确定性模型中环境风险的计算结果有显著差别.     

清江梯级水库群联合优化调度图研究

针对清江梯级水库群中长期调度问题,根据最优凋度结果确定了调度图的型式,引入了可能出力的概念,对水库群进行聚合,建立梯级总出力与梯级可能出力之间的关系.然后根据总出力是否为保证出力进行决策分解,由此采用一连串的二维水库调度图来描述水库群的联合调度规则.基于模拟调度.建立了优化模型,采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ进行优化计算,得到较好的联合优化调度图.模拟计算表明:对于1951～2005年实测径流系列,若采用梯级水库群联合优化调度图较常规调度方案年均发电量增幅可达2.62%;对于两种随机模拟方法生成的水文径流系列,若采用梯级水库群联合优化调度图,年均发电量可分别提高1.77%和2.52%,理论上经济效益显著.     

应用分形理论划分洪水分期的两种新途径

分析了水文现象的随机性、非线性、确定性和相似性, 在一定尺度范围内(如年内季节间)洪水表现出自相似性等分形特性, 以此作为应用分形理论的论据. 提出了用分形理论划分洪水分期的两种新途径: 按时间尺度容量维和空间尺度相似维划分洪水分期, 给出了两种分形维数测度具体步骤. 并以漳河水库历年汛期日最大流量为研究系列样本, 结果表明: 无论是用容量维数途径, 还是用相似维数途径划分的洪水分期一致, 且与经验统计方法划分的洪水分期基本一致, 但两种分形维数途径比经验统计方法划分洪水分期具有定量、客观计算简便等明显优点, 有利于在生产实际中推广应用.     

区域水环境质量灰色模拟、规划和评价的理论和方法研究

综述了区域水环境质量灰色模拟、规划和评价的理论和方法研究领域已取得的进展,展望了该研究领域有待进一步研究的问题。     

水文预报不确定性的研究进展与展望

本文归纳了水文预报不确定性的来源与分类,综述了国内外对水文预报不确定性的研究进展以及相关文献、方法与模型,展望了水文预报不确定性研究的发展前景.水文预报的不确定性始终存在,并制约防洪调度决策的正确性,水文预报结果应该描述为概率的而不是确定的形式,概率水文预报实现了预报与决策的耦合.