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水库洪水预报调度系统研究与开发【摘要】水库是我国防洪广泛采用的工程措施之一。
在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库，利用水库库容拦蓄洪水，削减进入下游河道的洪峰流量，达到减免洪水灾害的目的。
水库洪水预报调度，则是依据预报的洪水过程，而不是设计给定或实测的洪水过程，实施防洪调度的方法。
这一方法的明显优点在于增加了水库调洪的主动性，增大了水库预蓄或预泄的可能性，从而为实现汛限水位的动态控制、缓解水库防洪和兴利的矛盾创造了条件。
【关键词】水库；洪水；预报；调度；系统；研究；开发引言洪水预报调度，作为一种能有效减轻洪灾的危害程度和降低洪灾所造成的损失的非工程措施，在近几年来的防洪减灾工作中发挥着越来越重要的作用。
本文在横锦水库实时洪水预报调度系统的研究开发过程中，对洪水预报参数率定，实时洪水预报软件开发，实时洪水作业预报精度提高，洪水调度等问题做了认真细致的研究工作，找到相应的解决方案，为水库洪水预报调度提供了比较完善的解决方案。
1 工程概述横锦水库位于浙江省东阳市横锦村之东，是一座以防洪、灌溉为主，结合供水、发电等综合利用的大（2）型水利工程，水库控制流域面积378平方公里，水库库容2.74亿立米，主流长50公里，水库流域以山区为主，流域分水岭平均高程646米，河道平均高程259米，3～6小时洪峰即可到达水库，为提高水库洪水预报和防洪调度的现代化水平，最大限度的发挥水库的防洪效益，横锦水库洪水预报调度系统于2003年6月建成并投入运行，系统的使用，使横锦水库能够更好地发挥水库的拦洪减灾作用，充分利用洪水资源，增加兴利效益。
2 系统功能模块水库洪水预报调度系统采用客户/服务网络结构的模块化设计，具有较强的通用性，从数据库接到水文遥测数据开始，一直到洪水预报调度，主要由三个子系统来实现：数据库管理子系统、洪水预报子系统和洪水调度子系统。
2.1 数据库管理子系统数据库管理包括水库库码、水文站雨量站的站码管理，水雨情信息输入与输出管理及水文资料的信息的整编与处理等问题。
岸堤水库雨洪资源解析使用说明书二〇一五年六月一日作者:文华:********:fblwh150@163.目录第一章概述 (3第二章功能简介 (5第一节功能特点 (5第二节软件画面 (6第三节运算功能 (7第四节气象云图及气象雷达 (13 第三章数学模型 (14第一节洪水模型 (141、瞬时单位线 (142、CAMMADIST函数语法 (153、CAMMADIST函数应用 (164、流域洪水错时叠加 (17第二节洪水传播 (18第三节泄量模型 (191、闸门出流 (192、推求水面线 (213、闸门泄量 (22第四节调洪演算 (22第五节控运案 (23第四章扩展性设计 (23第五章调洪实例 (29第六章课目攻关概况 (30第七章使用说明书 (31第一节洪水预报 (31第二节调洪演算 (33第三节其他计算 (33附件课题研发小组成员....................................................................... 错误!未定义书签。
第一章概述控制和预见洪水,让洪水变为一种资源,实现科学预见、动态管理、合理利用,是本课题的研究对象。
科学控制洪水,真正能够对洪水运用自如,其首要问题是准确解析、及时预报,掌握洪水动态。
但目前实际应用中,对水库防洪兴利控制运用,还仅限于依靠库水位的变化,结合下游河道的承受能力,试探性的调节洪水,这种洪水调整模式,具有较大的盲目性,理论面的支撑相对不足。
当前,各水库防汛主体单位,均制定了相应的《水库控制运用案》。
如岸堤水库防洪调度图(图1,但这些案的编制和批复仅表现为粗线条和原则性的界定,是在进行大量假定的基础上进行编制的,应用中的可操作性相对欠缺,在实践中仅具有指导意义。
(图1洪水调度控制案的编制,偏离实际应用,存在的突出问题,主要表现在以下几个面:1、假定了降雨的空间分配是均匀的,即整个流域降雨分布是均等的。
但实际降雨,特别是流域面积稍大的水库,降雨的空间分布几乎不可能是均等。
发电站的生产规划问题摘要根据河流水量的预测数据对发电站生产进行科学规划对资源的合理利用和电站收益的提高具有重要意义。
本文对某地区河道2007年各月的水流量进行了预测，以电站的年发电总收益最大为目标，分别建立了发电计划、机组检修和设备更换的规划模型，得到了该地区两个发电站2007年的发电计划、机组最佳检修时间和设备更换方案。
首先，本文通过对过去30年水流量的统计数据进行分析发现，干流和各支流的水流量均有较为明显的变化规律。
本文根据这些规律对统计数据进行分类处理，最后以相应月份的30年数据，建立线性回归模型对2007年各月份的水流量进行预测（见表4），并通过相对残差分析验证了预测结果的准确性。
其次，本文综合水库蓄水量、电站发电能力和市场电价等方面的限制，并考虑防洪的要求，以该地区的全年发电总收益最大为目标函数，建立了线性规划模型，得到了两个电站各月的发电计划，包括发电用水量、弃水量和月末蓄水量（见表9）。
同时，本文针对该模型设计了一种简易的调整算法进行求解，并用lingo 求解验证了其结果的正确性。
然后，本文考虑检修对电站最大发电能力和单位水发电量的影响，对生产计划的线性规划模型进性拓展，在决策变量中引入最佳检修年份，建立了机组检修方案的非线性规划模型。
在对问题求解时，本文在lingo中巧妙地运用了矩阵变换生成各电站每月最大发电能力和单位水发电量的系数矩阵减少计算机的运算量，并通过多次迭代的方法跳出计算机的到局部解，最终得到比较满意的检修计划——甲乙两电站的检修月份分别为12月与1月。
接着，本文对电站更换设备的问题作出合理假设，在保证原来效益的情况下，考虑更换设备的投资资金、贷款利率、还款年限、电价变化和新设备带来的效益等因素，建立投入产出方程，最后在假定各个条件确定的情况下得到贷款年数—电力市场变化曲线，说明了更换发电站的有利条件，并从更换设备年份、工期长短讨论了更换的方案。
最后，对本文建立的模型进行了评价和拓展，使文章具有更高的实际指导意义。
防洪物资调运问题模型的建立及求解王晓星卜浪杨兵（中国矿业大学，徐州221008）摘要本文将题目所给出的防洪物资调运问题转化为图论中的最短路问题求解及一个多目标规划问题求解。
关于问题一，本文建立了关于交通网络的最短路问题，并分别采取了dijkstra算法和floyd算法对其进行了求解。
求解得出了任意一对起点和终点之间运输费用最小的路线，建立了该地区的交通网络数学模型。
对于问题二，根据客观需要，建立各仓库及储备库最终库存的合理度函数，并结合目标建立多目标规划模型，通过求解模型，得到具体的调运方案。
我们将问题三调运过程看成是一个多阶段性的静态过程。
讨论运输周期的长短（即阶段的数量）对整个模型的影响，最终得出最合适的方案。
问题四仍旧通过问题一和问题二的模型建立过程，根据新情况重新建立该地区的交通网络数学模型，并利用新模型解决新问题。
最后我们分析了最终解的稳定性，可延拓性等，提出了该模型所具有的优缺点。
本文的最终模型稳定，可扩展性好，算法简单，复杂度低，有效的解决了本文所提出的所有问题。
一．问题的重述（略）二．模型的假设1．一定要满足各个仓库的最低库存量，否则整个问题系统就是一个极不稳定合理的系统。
2．运输使用的运输工具足够多，可以一次性满足运输的需求。
3．运输费用没有规模成本，小规模运输和大规模运输中单位数量的物资运输成本相等。
4．每条公路都没有承载上限，既在不中断情况下不会出现因为堵车原因不能同多的情况。
5．运输的速度足够快，任何一次运输调度都可以在一天内完成。
6．运输的最小单位为百件。
7．工厂的物资的生产以一天为最小周期，即每天统一将生产出来的物资入库。
8．本题只考虑运输费用，不考虑货物装卸、储存等其他费用。
三．符号系统inf:表示正无穷x(i=1~8)表示仓库1~8的库存，ix(i=9,10)表示储备库1，2的库存，iy(i=1,2,3)表示企业 1，2，3的库存，imi（i=1~8）表示仓库1~8的最小库存mi（i=9，10）表示储备库1，2的最小库存g(i=1~8)表示仓库1~8的预测库存，ig(i=9，10)表示储备库1，2的预测库存，iM(i=1~8)表示仓库1~8的最大库存，iM(i=9,10)表示储备库1,2的最大库存ih(i=1~8)为仓库1~8的合理度函数ih(i=9,10)为储备库的合理度函数i四．问题的分析1．将该地区的公路交通网转换为求解无向图中个节点间最短路问题。
摘要问题一考虑到水流由地势高流向地势低，将原始数据进行处理，并建立0-1变量来评定两个村庄间能否建立泄洪河道。
再由修建泄洪河道的费用计算式，分析影响费用大小的两大制约因素承载泄洪量和泄洪河道长度，可得两种分别以泄洪量大河道短和泄洪量小河道长为主的修建河道的方案，综合考量这两个因素，确立目标函数的约束条件，建立非线性规划，运用LINGO软件对模型进行优化求解。
问题二中，主要应用了马尔科夫链的相关定义和性质建立数学模型，运用MATLAB编程得出运行结果。
模型中对等可能概率与非等可能概率进行不同的求解，给出了相关通用方的模型。
对运算后得到的稳定性进行判定与分析。
问题三考虑到修建泄洪水道可能会导致下游村庄承载泄洪量过高，而致使修建难度提高，维修不易等因素，我们提出可以修建水库。
这样不仅缓解了下游的泄洪水道压力，而且水库具有滞洪、蓄洪，调节水源的作用，可以有效的减少洪涝灾害带来的损失。
一．问题重述某个偏远贫困乡，地处山区，一旦遇到暴雨，经常发生洪涝灾害。
以往下雨时，完全是依靠天然河流进行泄洪。
2010年入夏以来，由于史无前例的连日大雨侵袭，加上这些天然河流泄洪不畅，造成大面积水灾，不仅夏粮颗粒无收，而且严重危害到当地群众的生命财产安全。
为此，乡政府打算立即着手解决防汛水利设施建设问题。
从长远考虑，可以通过修建新泄洪河道的办法把洪水引出到主干河流。
经测算，修建新泄洪河道的费用为LQP51.066.0（万元），其中Q表示新泄洪河道的可泄洪量（万立方米/小时），L表示新泄洪河道的长度（公里）。
该乡共有10个村,分别标记为①—⑩，下图给出了它们大致的相对地理位置，海拔高度总体上呈自西向东逐渐降低的态势。
①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩其中村⑧距离主干河流最近，且海拔高度最低。
乡政府打算拟定一个修建在各村之间互通的新泄洪河道网络计划，将洪水先通过新泄洪河道引入村⑧后，再经村⑧引出到主干河流。
要求完成之后，每个村通过新泄洪河道能够达到可泄洪量100万立方米/小时以上的泄洪能力。
摘要本文通过对具体数学问题的分析，抓住主要矛盾，在不影响结果的前提下，忽略了一些次要矛盾，建立优化模型。
从两个不同的方向来考虑该问题，根据合理的假设，分别建立了两个互不相同的网络图，并把网络图作为该模型的约束条件。
这样，可以比较容易地解决问题，达到了通用的目的。
最后通过分枝定界解法对两个模型分别进行求解并比较所得结果，从而得出最优解。
洪水通常指由暴雨、急剧融化冰雪、风暴湖等自然因素或水库调度不当、水利工程溃决失事等人为因素引起的江河、湖泊洪水流量激增、水位急剧上涨的一种水文现象．若洪水超过江河、湖泊、水库等水体的承受能力而造成灾害的，则称之为灾害性洪水．洪水是自然和环境系统变化的产物，其发生和发展均要受自然和环境系统的作用和制约.洪灾是洪水作用于人类社会的产物，是自然和人的关系的表现．灾害性洪水往往会对自然生态系统和社会经济系统产生严重的冲击，破坏人类赖以生存的这两个系统的完整性和稳定性．洪水灾害是当今世界范围内发生最频繁和最具毁灭性的自然灾害之一．几千年来，洪涝灾害始终是威胁中华民族生存发展的心腹大患．近50多年来，尽管我国在水利建设方面取得了很大成就，防洪减灾效果显著，但是由于气候条件的异常变化，大规模人类活动和环境的影响，我国的防洪形势仍十分严峻，洪水灾害仍时有发生．在这样的背景下，防洪减灾已成为我国21世纪可持续发展的重大课题。
近年来我国提出了新的治水思路，要求我们的防洪策略逐步从洪水控制（flood control）向洪水管理（flood management）转变．洪水管理是人类按可持续发展的原则，以协调人与洪水的关系为目的，理性规范洪水调控行为与增强人类自适应能力等一系列活动的总称．对数学建模的一些具体方法与措施在文献[2—6]中均进行了比较详细的描述．本文就文献[7]中的一个关于洪水的具体问题建立了数学模型，这里所研究的泄洪方案，是用分枝定界解法建立了一种以减少洪水所造成的人员和财产的总的损失为目标的破堤泄洪的方法．这对我国的防洪减灾工作有一定的意义。
白杨河水库洪水预报调度模型姜卉芳 管白楠 姜 毅 陈 亮 摘 要 结合新疆白杨河水库洪水调度的生产项目,根据白杨河流域的特点,寻找山区水文要素的时空变化特性,研究融雪机制,合理地估算融雪因子,做出白杨河流域融雪径流预报模型,在此基础之上,采用最大削峰为准则的动态规划模型和滚动决策的方法,比较有效地解决了该水库管理运行阶段实时优化调度问题,可供含融雪径流的其它流域水库参考借鉴。
关键词 防洪调度 洪水预报 动态规划 融雪模型 白杨河水库 水库洪水调度涉及到水库上、下游防护区和水库大坝及水工建筑物安全运行管理的问题,是人们一向关注但还未能完善解决的重要课题。
特别是对融雪、降雨混合型洪水预报及其优化调度的研究在我国尚属空白。
在实时预报优化调度中,怎样使得递进决策逐步得到的实施策略,最大限度的接近调度一场洪水的全局最优策略方面,尚无有效的解决方法。
本文结合白杨河水库防洪调度问题,在这方面做了一定的工作,可供同类水库参考。
1 白杨河水库概况白杨河水库位于准噶尔盆地古尔班通古特沙漠边缘的哈拉河特山口处,流域面积2115km2,库容3700万m3,正常高水位432m,最大坝高28m,溢洪道泄洪闸板高程为428.2m,最大泄洪能力140m3/s,放水洞最大过水能力22m3/s,它的主要作用是拦蓄洪水和供克拉玛依市用水及油田耗水并兼有下游乌尔禾防洪任务。
白杨河水库还设有引洪道,洪水期可将一部分洪水引入黄羊泉水库。
2 白杨河融雪降雨径流预报模型的建立通过资料分析及流域踏勘,我们在三水源新安江模型基础之上建立白杨河融雪降雨径流模型。
输入为实测降水量P、实测地面气温T、实测水面蒸发Em,输出为流域出口流量Q、流域蒸散发E。
模型由降水与积雪模型、融雪模型、产流模型、蒸散发计算、汇流模型5部分组成。
2.1 降水与积雪模型因为流域积雪先高山后低山,融雪反之。
气温、降水与蒸发亦呈现明显的垂直变化规律。
所以,需将流域按高程分带,分带主要考虑各分带的气象要素均匀性。
