流域实时防洪调度多目标决策方法

归一化后转化为相对优属度矩阵为：
������ ������ =1 ������������������ ； ������ ������ =1 ������������������ ；
������11 ������21 R= ⋮ ������������ 1
������12 ������22 ⋮ ������������ 2
1 实时防洪调度多目标决策方法
实时防洪调度， 是指在实际洪水调度过程中， 根据实时信息在面临时段及时作出洪水调 度决策的措施和方法。
实时信息 采集
洪水预报 调度
防洪调度 方案
调度方案 评价
面临时段 决策
图 1-1 实时防洪调度的过程
1.1 防洪调度方案的生成
(1)常规调度原则方法。常规方法是一种半经验、半理论的方法。按拟定的调度规则进 行调洪，作出面临时段的调度决策。通常作为供比较的可行解，对其进行交互，得出新的方 案。但实时调度所遇到绝大多数都是非典型的一半洪水，所以此法只适合中小型水库群。
������ ������ =1 ������������
= 1(2-10)
设方案集归属于各个级别的相对隶属度矩阵为：
⋯ ������1������ ⋯ ������2������ ⋱ ⋮ = ������������������ (2-11) ⋯ ������������������
式中：������ℎ������ 为方案 j 对级别 h 的相对隶属度，j=1，2，⋯，n；h=1，2，⋯，c。 方案 j 与级别 h 之间的差异，用加权广义欧氏权距离表示为：
(2)防洪优化方法。 建立优化调度数学模型， 根据已知初始条件及输入的流域洪水数据， 自动搜寻出水库运用的优化决策过程。但所建立的优化调度模型，由于所采用的优化准则、 约束条件及相应的数学表达， 很难对一个复杂的防洪系统做到完全符合防洪系统的实际情况， 因此不能片面强调其最优化。 (3)人机交互方法。目前大型水库多采用这种方案生成方法。人机交互生成洪水调度方 案的基本框架见图 1-2。
流域实时防洪调度多目标决策方法
摘要：根据防洪调度决策的特点，指出防洪调度决策是复杂的多目标决策问题。然后建立防 洪调度系统多目标决策的理论、模型与方法。其中包括多级模糊优选理论与模型、目标权重 的确定、防洪调度方案综合评价等内容。部分内容经应用于我国众多水库的防洪调度实践， 效果良好。 关键词：防洪调度；决策；多目标；权重 ABSTRACT:According to the characteristics of the flood control scheduling decisions, text points out that the flood control scheduling decision is a complicated multi-objective decision-making problem. And then the flood control scheduling system theory, model and the method of multi-objective decision are set up, text also includes the following content: the multistage fuzzy optimization theory and model, the determination of the target weight and the comprehensive evaluation of flood control scheduling scheme. Key words:Reservoirflood control operation, multi-objective decision-making, weight 根据国家能源发展战略规划对中国水电发展提出的新要求， 开展水库群优化调度是顺应 “节能发电”与“洪水资源化”的需求。随着水文气象预报精度的提高、系统决策科学理论的日 益完善和计算机软硬件技术的快速发展， 为水库群优化调度创造了条件。 由于入库径流的随 机性，决策过程的动态性、实时性和数学模型、优化技术的局限性，使得水库调度决策问题 呈现出非结构化的特点，水库群优化调度决策是一个非常复杂的过程。从不同的角度，水库 调度决策可分为很多不同类型。 按水库的功能目标可分为防洪调度、 兴利调度和综合利用调 度；按水库数量可分为单库调度、梯级水库调度和水库群联合调度；按调度周期可分为短期 调度和中长期调度；按调度方式可分为常规调度和优化调度。 水库群联合调度不仅是实现流域水资源可持续利用的基础，也是实现流域内水文补偿、 库容补偿、电力补偿及综合利用效益的必要条件。在防洪调度、兴利调度、多目标调度中广 泛应用。本文主要探讨水库群优化调度在流域实时防洪调度方面的应用。
标，从一级到 c 级各个级别的相对优属度标准值向量为：
������ = 1， ������−1 ， ������−2 ， ⋯ ，0 = ������ℎ ℎ = 1，2， ⋯ ，c (2-7)
任一级别 h 的 m 个目标标准相对优属度为：������ℎ =
������−ℎ ������−1
������−2
式中：������������������ 为方案 j 目标 i 的相对优属度；
(2-3)
������������ ������������������ 为方案集目标 i 的最大特征值，������������ ������������������ = ������������ ������������������ 为方案集目标 i 的最小特征值，������������ ������������������ = ������为方案集目标 i 的中间最优值。
⋯ ������1������ ⋯ ������2������ ⋱ ⋮ =(������������������ ) (2-5) ⋯ ������������������
方案 i 的 m 个目标的相对优属度用向量表示为：������ ������ = ������1������ , ������2������ , ⋯ , ������������������ (2-6) 方案的优劣程度依据 m 个目标特征值， 按从优级到劣级的 c 个级别进行识别。 对任 一目标可规定优级(Ⅰ)对优的相对隶属度为 1，劣级(c 级)的相对优属度为 0，对任一目
开始 入流数据 读取数据 水库实时数据 交互方式选择 水位-库容曲线 水位-泄流量曲线
常泄量
闸门控制
检查最大泄流能力 调洪计算 水量平衡方程
Z, R
决策者分析
下一时刻
调度目标值
图 1-2 人机交互生成洪水调度方案的基本框架
1.2 防洪决策多目标特性与评价指标选择 由水库群、堤防、行蓄洪区所组成的流域防洪系统，在洪水调度中，需要综合考虑水库 自身和上游防洪（如果库区有淹没）的防洪安全，下游堤防的防洪安全，分滞洪区的安全， 一级洪水期末的兴利蓄水等目标。 由于上述目标之间存在矛盾， 方案评价指标的选择应遵循 以下原则：①可操作性原则，指标要具有可测性和可比性，易于量化，指标值可从模型中间 成果或计算结果中直接或间接获得； ②相对完备性原则， 指标体系应该能比较全面地反映和 测度被评价方案的特性和状况， 部分具有可比性的重要的定性指标也可以作为评价指标， 使 指标体系形成一个完备的体系；③相对独立性原则，指标应尽可能具有相对独立性，避免评 价因子的相关性，增加评价的准确性和科学性；④简明性原则，指标体系应尽可能简洁，尽 量选择有代表性的综合指标和主要指标， 每一个指标应能反映尽可能多的信息， 应该用尽可
2 防洪调度决策多级模糊优选模型
防洪调度决策的优劣，在识别过程中并不存在绝对分明的界限，具有中间过渡性，属于 模糊概念。设防洪调度决策系统中，通过洪水调节计算产生可供选择的 n 个调度方案，考虑 的目标数为 m，则决策方案组成的备选方案集为 A= A1，A2， ⋯ ，An ，决策特征值矩阵 为：
������11 ������21 X= ⋮ ������������ 1
能少的指标尽可能精确地描述方案。 遵照以上原则， 结合流域实时防洪调度特点， 选择以下 6 个指标作为评价调度方案的基 本依据： (1)水库最高水位 Zmax； (2)水库的剩余防洪能力 VS； (3)调度期末回蓄水位 Zend； (4)防洪控制断面最高水位 ZX 或最大过水流量 Qmax； (5)防洪控制断面超过安全泄量的时间 TQ； (6)防洪控制断面最大过流量以上的洪量。
������12 ������22 ⋮ ������������ 2
⋯ ������1������ ⋯ ������2������ ⋱ ⋮ =(������������������ )，(2-1) ⋯ ������������������
式中：������������������ 为方案������������ 的第 i 个目标的特征值：i = 1，2， ⋯ ，m；j = 1，2， ⋯ ，n。 在实际决策中，防洪调度的目标指标通常分为特征值越大越优、越小越优与中间型 三类。各类指标对优的相对优属度公式分别为：
(2-12)
P 为距离参数，P=1 为海明距离，P=2 为欧氏距离。为了求解方案 uij 的最优值，建立如 下目标函数min
= ������ ������������������ =
2 ������ℎ������ (2-13)s.t.
������ ������ ℎ =������ ������
������������������ = ������������������ − ������������ ������������������ / ������������ ������������������ − ������������ ������������������ ∀j(2-2) ������������������ = ������������ ������������������ − ������������������ / ������������ ������������������ − ������������ ������������������ ∀j ������������������ = 1 − ������������������ − ������������ / max������ ������������������ − ������������ ∀j (2-4)