復雜防洪系統優化調度的三層并行逐步優化算法

朱 迪，梅亞東，許新發，劉章君

（1. 武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072；2. 江西省水利科學研究院，江西 南昌 330029）

1 研究背景

洪水災害是我國發生頻次高、危害范圍廣的自然災害。據統計，1951年至1990年期間，我國平均每年發生5.9次嚴重洪水災害；1991年至2008年期間，我國洪水災害造成21 163億元直接經濟損失，約占整個自然災害經濟損失的48%[1]。防洪系統中水庫群的建設和運行調度，是防洪減災的重要措施[2]。然而防洪系統的復雜水文、水力聯系，使得防洪優化調度問題具有強約束、多階段、非線性和高維度等特點[3]，其求解值得進一步探討。目前，常用的防洪優化調度求解方法有傳統優化算法和智能優化算法[4]。傳統優化算法以線性規劃算法[5]、分解協調算法[6]、動態規劃及其改進算法[7-9]等為代表，而智能算法發展了一批諸如遺傳算法[10]、粒子群算法[11]、差分進化算法[12]等模擬自然過程的優化算法。線性規劃算法、分解協調算法等需要對調度模型進行近似處理，優化求解結果存在一定誤差[13]；智能優化算法因為隨機性因素的存在，求解結果并不穩定。動態規劃算法對于此類多階段序貫決策問題，求解結果穩定且優化效果好，而被廣泛用于水庫優化調度領域。但是防洪系統中，洪水演進造成的滯后性，不滿足動態規劃算法無后效性的要求，且水庫數目的增加，又帶來“維數災”問題。

逐步優化算法（Progressive Optimality Algorithm，POA）由Howson和Sancho于1975年提出，是用于解決多階段的動態決策問題的優化算法[14]。……