模糊集合理論在水庫建設(shè)規(guī)模優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

曾榮

【摘要】：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國對于能源的需求量越來越大，推動了我國各項(xiàng)水利水電工程建設(shè)，而水庫作為一項(xiàng)惠國惠民的工程，廣泛建設(shè)于各地，滿足能源需求的同時(shí)，也為當(dāng)?shù)貛砹私?jīng)濟(jì)效益。文章主要針對模糊集合理論在水庫建設(shè)規(guī)模優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開分析。

【關(guān)鍵詞】：模糊集合理論；水庫建設(shè)規(guī)模優(yōu)化設(shè)計(jì)；應(yīng)用效果

我國由于地域?qū)拸V，在水資源的分布中存在許多的差異，其中南北差異是最明顯的，北方水資源較少且降雨量集中在夏季，南方全年降雨量較多，且水資源豐富；又由于水庫對于預(yù)防洪旱災(zāi)害具有重要的影響，因此，建設(shè)合理規(guī)模的水庫對于當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。而水庫建設(shè)規(guī)模設(shè)計(jì)過程中，需要科學(xué)計(jì)算水庫在汛期汛限水位以及水庫庫容，才能夠保障水庫建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，將經(jīng)費(fèi)得到最大利益的使用，能夠建設(shè)具有較高調(diào)節(jié)能力的水庫，有助于提高水庫的供水效益以及防洪旱效益，也是水庫建設(shè)規(guī)模優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。

一、模糊集合理論的內(nèi)涵

普通集合理論是將經(jīng)典數(shù)學(xué)作為其發(fā)展基礎(chǔ)，對于提出的問題以及現(xiàn)實(shí)生活的現(xiàn)象進(jìn)行有效的闡述，即確定性和具體性，但是對于某一項(xiàng)現(xiàn)象或狀況的模糊闡述存在一定的局限，即模糊性和不確定性。在上個(gè)世紀(jì)60年代中期，美國學(xué)者扎德在其論文《模糊集合》中對模糊集合理論進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，同時(shí)也標(biāo)志著模糊集合理論的產(chǎn)生[2]。模糊集合理論是基于模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合普通集合理論，并完善和補(bǔ)充其在模糊性闡述中的缺陷。模糊集合理論的產(chǎn)生，推動人們對于現(xiàn)行的模糊性闡述有了更加深層次的理解和深入?，F(xiàn)象的模糊性出現(xiàn)具有不確定性外，同時(shí)具有隨機(jī)性和多面性，模糊性主要是指對客觀存在產(chǎn)生的差異在中介過度時(shí)表現(xiàn)出的不確定性。在模糊集合理論中是將排中律出現(xiàn)差異導(dǎo)致認(rèn)知或分離上存在不確定性[3]。其是將普通集合函數(shù)拓展為隸屬函數(shù)定義。若N是一個(gè)區(qū)域，B是N的一個(gè)模糊子集，B的特征函數(shù)NB的定義為NB：B→[0，1]，n丨→NB（n）∈[0，1]。

自上個(gè)世紀(jì)80年代末期，我國著名學(xué)者陳守煜教授在模糊集合理論的基礎(chǔ)上建立了模糊水文、水資源學(xué)科，并且建立了相應(yīng)的模糊水文學(xué)原理，成立了集成因分析、概率分析以及模糊集合分析等功能的體系[4]。并在一段時(shí)間的研究與應(yīng)用中，不斷完善并建立了相對隸屬度以及相對隸屬函數(shù)概念為理論基礎(chǔ)的工程模糊集系統(tǒng)理論，并提出了直接模糊統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)概念與方法，為工程模糊集合論在隸屬度以及隸屬函數(shù)中存在的問題提出了有效的解決方式，從理論以及實(shí)驗(yàn)兩方面解決了其存在的問題。證實(shí)了隸屬度、隸屬函數(shù)的客觀性以及科學(xué)性，推動了模糊集合理論在工程領(lǐng)域的應(yīng)用[5]。

二、模糊集合理論在水庫建設(shè)規(guī)模優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

汛期內(nèi)的流域徑流變化一般為單峰型，并且河道流量的變化成連續(xù)性和漸變性，從非降雨季節(jié)到降雨季節(jié)，由汛期到非汛期的變化存在顯著的中介過渡性，能夠應(yīng)用模糊集合理論對其展開研究。文章應(yīng)用模糊集合理論對水庫控制流域汛期展開模糊分析，分析水庫的汛期分期， 并對水庫汛期的隸屬度和隸屬函數(shù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算， 并根據(jù)水庫的興利調(diào)節(jié)計(jì)算和調(diào)度演算， 能夠得到實(shí)際可行的水庫汛期各分期汛限水位， 有助于提高水庫建設(shè)規(guī)模優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量。文章選取亞布力水庫進(jìn)行相關(guān)研究。

2.1亞布力水庫簡介

亞布力水庫位移黃泥河下游，水域控制流域面積為407km2，流域內(nèi)的動植物具有多樣性，也是黑龍江省降雨量較多的地區(qū)。水庫控制流域氣候?yàn)橹袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，流域水資源大部分來源于6～9月的降雨。亞布力水庫以農(nóng)業(yè)灌溉為主要任務(wù)，同時(shí)具備防洪、供水、旅游、水產(chǎn)品養(yǎng)殖等多種功能，為中型水庫[6]。

2.2亞布力水庫汛期的模糊性分析

將汛期作為2c時(shí)間論域I中的一個(gè)模糊子集B，非汛期同樣為模糊子集，可運(yùn)用隸屬函數(shù)進(jìn)行闡述，即對亞布力水庫在任意時(shí)間i，確定一個(gè)映射，即NB：I→[0，1]，i丨→NB（i）∈[0，1]，公式中的NB（i）為時(shí)間元素，其隸屬于模糊子集B（汛期），是一個(gè)隸屬度。當(dāng)NB（i）為1時(shí)，說明時(shí)間i屬于完全汛期，也就是主汛期；當(dāng)NB（i）為0時(shí)，說明時(shí)間i

屬于完全非汛期，也就是非汛期；若0

結(jié)束語

隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展以及生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的深入，我國水利水電工程建設(shè)規(guī)模也越來越大。但盲目的擴(kuò)大工程項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模，可能導(dǎo)致汛期防洪效益降低，導(dǎo)致資金虧損，造成資源的浪費(fèi)。因此，模糊集合理論在水庫建設(shè)規(guī)模優(yōu)化設(shè)計(jì)中能夠發(fā)揮對水庫在汛期的變化進(jìn)行有效計(jì)算的作用，有助于提高水庫汛期汛限水位設(shè)計(jì)的合理性；有助于改善汛期汛限水位，提高水庫的容量，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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