水库防洪调度决策中模糊优选模型及其应用

杨波++芦琴

摘 要：水库防洪调度关系着水库的安危和上下游居民的安全，所以在水库管理工作中十分重要。由于水库防洪调度受到外界多种因素的影响，使其调度方案的确定成为一个复杂的过程。文章在分析总结前人研究的基础上，介绍了模糊选优的方法在水库防洪调度中的应用，以期在实践中不断得到检验和改进，对实际工作有所借鉴。

关键词：水库；风险管理；防洪调度；模糊选优；模型

中图分类号：TV697.13 文献标识码：A 文章编号：2095-2945（2017）27-0144-02

引言

水库防洪调度就是利用水库修建的防洪建筑物或防洪系统中的相应设施，有计划地适时地安排洪水以达到防洪减排的最优效果。防洪调度的主要目的是减免洪水为害，同时还要适当兼顾其他综合利用要求，对多沙或冰凌河流的防洪调度，还要考虑排沙、防凌要求。

水库通常有以下几种防洪调度方式。（1）固定泄洪调度。（2）防洪补偿调度。（3）防洪预报调度。（4）防洪与兴利结合的调度。（5）水库群的防洪联合调度。

近年来，研究人员和水库管理者越来越青睐于防洪调度决策支持系统，以此为各个水库提供多方案的防洪调度。从某种意义上讲，调度决策方案的正确与否意义重大，关乎水库的安危、上下游居民的生命和财产安全甚至是社会的稳定，因而，越来越多的科研工作者在从事水库防洪调度研究的进程中，研究重心倾向于优选调度方案。水库防洪调度是一个复杂，参与面广，多阶段实施的过程，由于其所受的影响因素多，过程的不可预见性大，导致防洪调度模型的选优过程也是十分复杂。自2000年以来，有不少科研工作者开展此项研究工作，并取得了一定的研究进展和成果，为水库防洪调度做出了巨大的贡献[1-5]。

目前，科研人员建立起来的防洪调度决策模糊优选模型，提出了解决水库洪水调度问题的一个新的解决途径，但是没有考虑到方案与级别的差异与方案对级别的隶属度成反比例的这一事实。并且在计算过程中得到权重，计算量大且在某些方面有失精准性。同时针对现行的熵权计算方法对熵值过于敏感，这与熵值所传递的信息不一致。

本文根据熵权随熵值的变化规律对熵权的计算式进行改进；基于此，引入信息熵的方法确定客观权重，结合水库在不同时期关键任务赋予相应主观权重来对方案进行综合优选；应用最小二乘原理重新建立了多级模糊优选模型，最后将这 个模型应用到某实际水库的调度决策中，以检验模型计算的精确性。

1 水库防洪调度的模糊优选模型

多属性模糊优选决策模型应用多个指标开展研究目标方案的优选， 通过分析计算各个方案影响因子的评价指标，来确定不同的指标的影响权重值，最后计算不同方案的评价值， 定量分析不同水库防洪调度方案的评价度[6]。

目前的研究中[7-10]，防洪调度决策的属性的类型归纳起来有效益型、成本型、固定型。对于效益型属性，其指标值越大越好；成本型，其指标值越小越好；固定型表示属性越接近某个固定值越好。

效益型转换公式为：

成本型转换公式为： （2）

固定型转换公式为： （3）

其中xj为属性i的中间最优值，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n

通过上述三个计算公式，我们可以将决策矩转换成标准化决策矩阵R=（rij）m×n，其中0？燮rij？燮1，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n。

设属性的归一化的客观权向量为W=（？棕1，？棕2，…，？棕n），满足j=1，01。对于客观权重向量的确定有很多种方法，但防洪调度决策涉及到多个复杂的因素或目标及任务，必然有决策者直接参与及偏好要求，所以在对权重的确定时一定要加入主观权重。

为了更加准确地从多个方案中进行优选，可以将标准化矩阵的每一列进行排序，从而得到级别矩阵。

S=（Sij）m×n （4）

这样就得到了多个矩阵多个级别。加入权重的概念和计算，就可以进行多方案的评价和最优方案的确定工作了。

2 实例研究

以某水库2005年某次洪水的防洪调度决策为例，对生成的6个洪水调度方案进行优选，各方案的值见表1。

计算步骤如下所述：

（1）标准化决策矩阵

对表1中的6个方案，利用公式（1）、（2）、（3）即可得到标准化决策矩阵。

（2）级别矩阵

运用计算公式（4）得到级别矩阵。

（3）基于不同目标任务的水库调度优选方案

根据不同的侧重方向，可以分别求出不同情况下的客观权重向量，最终获得综合权向量。

（4）计算结果分析评价，最终得出优选方案。

3 结束语

对于水库的防洪风险调度工作，由于受外界环境的影响比较多且不确定性大，故本文简单的介绍了在决策时考虑不同情况的权重，与主观权重有机结合后，就可以得到更为科学、更为合理的模糊优选模型。在确定权重时应考虑不同影响因素在水库防洪调度工作中重要性，所以如何确定这些影响程度就成为确定变权的关键。此模型的应用可以辅助水库管理工作者在洪峰期到来之前，提前进行洪水过程的模拟，从多个方案中优选出最佳的一种方案，确保水库顺利地完成泄洪、排沙等一系列工作，同时保证大坝的安全，上下游梯級电站的安全和人民生命财产的安全以及社会的稳定。充分彰显水利工程除水害兴水利的目标和使命，充分、合理的从时间、空间和数量上调配水资源，最大限度发挥洪水的利用价值。

参考文献：

[1]陈守煜.防洪调度多目标决策理论与模型[J].中国工程科学，2000，2（2）：47-52.

[2]邓聚龙.灰理论基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.

[3]徐玖平，吴巍.多属性决策的理论与方法[M].北京：清华大学出版社，2006.

[4]冯晓，徐明明，李明果.边坡治理方案优选的模糊多属性决策改进方法[J].路基工程，2014，04：39-43，50.

[5]郭欣.基于改进的信息熵为权重的模糊多属性决策[J].中国科教创新导刊，2013，26：22-24.

[6]李长志，项英男.改进的模糊多属性决策模型在河道整治方案优选中的应用研究[J].吉林水利，2017（10）：17-20.

[7]路振刚，王铁锋，孟继慧，等.丰满水电站重建工程施工期洪水调度及供水保障方案研究[J].水利水电技术，2016，47（6）：18-21.

[8]刘阳，曹升乐，薛树文.基于分洪设施的河道中小洪水生态调度[J].人民黄河，2017，39（6）：47-51.

[9]刘光凤，王林，周泽，等.基于灰色模糊多属性群决策的边坡处治方案优选研究[J].长江科学院院报，2016，33（10）：111-115，120.

[10]周惠成，张改红，王国利.基于熵权的水库防洪调度多目标决策方法及应用[J].水利学，2007，38（1）：100-106.endprint