模糊集合理論在水庫建設規模優化設計中的應用

曾榮

【摘要】：隨著現代經濟的不斷發展，我國對于能源的需求量越來越大，推動了我國各項水利水電工程建設，而水庫作為一項惠國惠民的工程，廣泛建設于各地，滿足能源需求的同時，也為當地帶來了經濟效益。文章主要針對模糊集合理論在水庫建設規模優化設計中的應用展開分析。

【關鍵詞】：模糊集合理論；水庫建設規模優化設計；應用效果

我國由于地域寬廣，在水資源的分布中存在許多的差異，其中南北差異是最明顯的，北方水資源較少且降雨量集中在夏季，南方全年降雨量較多，且水資源豐富；又由于水庫對于預防洪旱災害具有重要的影響，因此，建設合理規模的水庫對于當地的經濟發展具有重要的現實意義[1]。而水庫建設規模設計過程中，需要科學計算水庫在汛期汛限水位以及水庫庫容，才能夠保障水庫建設的經濟效益，將經費得到最大利益的使用，能夠建設具有較高調節能力的水庫，有助于提高水庫的供水效益以及防洪旱效益，也是水庫建設規模優化設計的主要任務。

一、模糊集合理論的內涵

普通集合理論是將經典數學作為其發展基礎，對于提出的問題以及現實生活的現象進行有效的闡述，即確定性和具體性，但是對于某一項現象或狀況的模糊闡述存在一定的局限，即模糊性和不確定性。在上個世紀60年代中期，美國學者扎德在其論文《模糊集合》中對模糊集合理論進行了系統的闡述，同時也標志著模糊集合理論的產生[2]。模糊集合理論是基于模糊數學的基礎上，結合普通集合理論，并完善和補充其在模糊性闡述中的缺陷。模糊集合理論的產生，推動人們對于現行的模糊性闡述有了更加深層次的理解和深入。現象的模糊性出現具有不確定性外，同時具有隨機性和多面性，模糊性主要是指對客觀存在產生的差異在中介過度時表現出的不確定性。在模糊集合理論中是將排中律出現差異導致認知或分離上存在不確定性[3]。其是將普通集合函數拓展為隸屬函數定義。若N是一個區域，B是N的一個模糊子集，B的特征函數NB的定義為NB：B→[0，1]，n丨→NB（n）∈[0，1]。

自上個世紀80年代末期，我國著名學者陳守煜教授在模糊集合理論的基礎上建立了模糊水文、水資源學科，并且建立了相應的模糊水文學原理，成立了集成因分析、概率分析以及模糊集合分析等功能的體系[4]。并在一段時間的研究與應用中，不斷完善并建立了相對隸屬度以及相對隸屬函數概念為理論基礎的工程模糊集系統理論，并提出了直接模糊統計實驗概念與方法，為工程模糊集合論在隸屬度以及隸屬函數中存在的問題提出了有效的解決方式，從理論以及實驗兩方面解決了其存在的問題。證實了隸屬度、隸屬函數的客觀性以及科學性，推動了模糊集合理論在工程領域的應用[5]。

二、模糊集合理論在水庫建設規模優化設計中的應用

汛期內的流域徑流變化一般為單峰型，并且河道流量的變化成連續性和漸變性，從非降雨季節到降雨季節，由汛期到非汛期的變化存在顯著的中介過渡性，能夠應用模糊集合理論對其展開研究。文章應用模糊集合理論對水庫控制流域汛期展開模糊分析，分析水庫的汛期分期， 并對水庫汛期的隸屬度和隸屬函數進行科學計算， 并根據水庫的興利調節計算和調度演算， 能夠得到實際可行的水庫汛期各分期汛限水位， 有助于提高水庫建設規模優化設計的質量。文章選取亞布力水庫進行相關研究。

2.1亞布力水庫簡介

亞布力水庫位移黃泥河下游，水域控制流域面積為407km2，流域內的動植物具有多樣性，也是黑龍江省降雨量較多的地區。水庫控制流域氣候為中溫帶大陸性季風氣候，流域水資源大部分來源于6～9月的降雨。亞布力水庫以農業灌溉為主要任務，同時具備防洪、供水、旅游、水產品養殖等多種功能，為中型水庫[6]。

2.2亞布力水庫汛期的模糊性分析

將汛期作為2c時間論域I中的一個模糊子集B，非汛期同樣為模糊子集，可運用隸屬函數進行闡述，即對亞布力水庫在任意時間i，確定一個映射，即NB：I→[0，1]，i丨→NB（i）∈[0，1]，公式中的NB（i）為時間元素，其隸屬于模糊子集B（汛期），是一個隸屬度。當NB（i）為1時，說明時間i屬于完全汛期，也就是主汛期；當NB（i）為0時，說明時間i

屬于完全非汛期，也就是非汛期；若0

結束語

隨著現代社會的不斷發展以及生產轉型的深入，我國水利水電工程建設規模也越來越大。但盲目的擴大工程項目的建設規模，可能導致汛期防洪效益降低，導致資金虧損，造成資源的浪費。因此，模糊集合理論在水庫建設規模優化設計中能夠發揮對水庫在汛期的變化進行有效計算的作用，有助于提高水庫汛期汛限水位設計的合理性；有助于改善汛期汛限水位，提高水庫的容量，具有重要的現實意義。

參考文獻：

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[2]高慶獅，高小宇，胡月等.概率論基本部分與模糊集合理論的統一定義[J].大連理工大學學報，2012，46（1）：141-150.

[3]Zadeh模糊集合理論的缺陷及其改進：C*-模糊集合理論[J].北京科技大學學報，2015，27（5）：513-519.

[4]何濤，房鑫炎.基于模糊集合理論的發電機低勵失磁故障識別方法研究[J].繼電器，2013，36（2）：1-5.

[5]高慶獅.Zadeh模糊集合理論存在問題證明及其改進--一個滿足全部經典集合公式的C-模糊集合系統[J].大連理工大學學報，2015，45（5）：772-780.

[6] 丁小玲，周建中，陳璐等.基于模糊集合理論和集對原理的徑流豐枯分類方法[J].水力發電學報，2015，34（5）：4-9.