水庫防洪調度決策中模糊優選模型及其應用

楊波++蘆琴

摘 要：水庫防洪調度關系著水庫的安危和上下游居民的安全，所以在水庫管理工作中十分重要。由于水庫防洪調度受到外界多種因素的影響，使其調度方案的確定成為一個復雜的過程。文章在分析總結前人研究的基礎上，介紹了模糊選優的方法在水庫防洪調度中的應用，以期在實踐中不斷得到檢驗和改進，對實際工作有所借鑒。

關鍵詞：水庫；風險管理；防洪調度；模糊選優；模型

中圖分類號：TV697.13 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0144-02

引言

水庫防洪調度就是利用水庫修建的防洪建筑物或防洪系統中的相應設施，有計劃地適時地安排洪水以達到防洪減排的最優效果。防洪調度的主要目的是減免洪水為害，同時還要適當兼顧其他綜合利用要求，對多沙或冰凌河流的防洪調度，還要考慮排沙、防凌要求。

水庫通常有以下幾種防洪調度方式。（1）固定泄洪調度。（2）防洪補償調度。（3）防洪預報調度。（4）防洪與興利結合的調度。（5）水庫群的防洪聯合調度。

近年來，研究人員和水庫管理者越來越青睞于防洪調度決策支持系統，以此為各個水庫提供多方案的防洪調度。從某種意義上講，調度決策方案的正確與否意義重大，關乎水庫的安危、上下游居民的生命和財產安全甚至是社會的穩定，因而，越來越多的科研工作者在從事水庫防洪調度研究的進程中，研究重心傾向于優選調度方案。水庫防洪調度是一個復雜，參與面廣，多階段實施的過程，由于其所受的影響因素多，過程的不可預見性大，導致防洪調度模型的選優過程也是十分復雜。自2000年以來，有不少科研工作者開展此項研究工作，并取得了一定的研究進展和成果，為水庫防洪調度做出了巨大的貢獻[1-5]。

目前，科研人員建立起來的防洪調度決策模糊優選模型，提出了解決水庫洪水調度問題的一個新的解決途徑，但是沒有考慮到方案與級別的差異與方案對級別的隸屬度成反比例的這一事實。并且在計算過程中得到權重，計算量大且在某些方面有失精準性。同時針對現行的熵權計算方法對熵值過于敏感，這與熵值所傳遞的信息不一致。

本文根據熵權隨熵值的變化規律對熵權的計算式進行改進；基于此，引入信息熵的方法確定客觀權重，結合水庫在不同時期關鍵任務賦予相應主觀權重來對方案進行綜合優選；應用最小二乘原理重新建立了多級模糊優選模型，最后將這 個模型應用到某實際水庫的調度決策中，以檢驗模型計算的精確性。

1 水庫防洪調度的模糊優選模型

多屬性模糊優選決策模型應用多個指標開展研究目標方案的優選， 通過分析計算各個方案影響因子的評價指標，來確定不同的指標的影響權重值，最后計算不同方案的評價值， 定量分析不同水庫防洪調度方案的評價度[6]。

目前的研究中[7-10]，防洪調度決策的屬性的類型歸納起來有效益型、成本型、固定型。對于效益型屬性，其指標值越大越好；成本型，其指標值越小越好；固定型表示屬性越接近某個固定值越好。

效益型轉換公式為：

成本型轉換公式為： （2）

固定型轉換公式為： （3）

其中xj為屬性i的中間最優值，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n

通過上述三個計算公式，我們可以將決策矩轉換成標準化決策矩陣R=（rij）m×n，其中0？燮rij？燮1，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n。

設屬性的歸一化的客觀權向量為W=（？棕1，？棕2，…，？棕n），滿足j=1，01。對于客觀權重向量的確定有很多種方法，但防洪調度決策涉及到多個復雜的因素或目標及任務，必然有決策者直接參與及偏好要求，所以在對權重的確定時一定要加入主觀權重。

為了更加準確地從多個方案中進行優選，可以將標準化矩陣的每一列進行排序，從而得到級別矩陣。

S=（Sij）m×n （4）

這樣就得到了多個矩陣多個級別。加入權重的概念和計算，就可以進行多方案的評價和最優方案的確定工作了。

2 實例研究

以某水庫2005年某次洪水的防洪調度決策為例，對生成的6個洪水調度方案進行優選，各方案的值見表1。

計算步驟如下所述：

（1）標準化決策矩陣

對表1中的6個方案，利用公式（1）、（2）、（3）即可得到標準化決策矩陣。

（2）級別矩陣

運用計算公式（4）得到級別矩陣。

（3）基于不同目標任務的水庫調度優選方案

根據不同的側重方向，可以分別求出不同情況下的客觀權重向量，最終獲得綜合權向量。

（4）計算結果分析評價，最終得出優選方案。

3 結束語

對于水庫的防洪風險調度工作，由于受外界環境的影響比較多且不確定性大，故本文簡單的介紹了在決策時考慮不同情況的權重，與主觀權重有機結合后，就可以得到更為科學、更為合理的模糊優選模型。在確定權重時應考慮不同影響因素在水庫防洪調度工作中重要性，所以如何確定這些影響程度就成為確定變權的關鍵。此模型的應用可以輔助水庫管理工作者在洪峰期到來之前，提前進行洪水過程的模擬，從多個方案中優選出最佳的一種方案，確保水庫順利地完成泄洪、排沙等一系列工作，同時保證大壩的安全，上下游梯級電站的安全和人民生命財產的安全以及社會的穩定。充分彰顯水利工程除水害興水利的目標和使命，充分、合理的從時間、空間和數量上調配水資源，最大限度發揮洪水的利用價值。

參考文獻：

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