流域水量調(diào)度自適應(yīng)模型研究

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【摘要】自適應(yīng)控制，指的是具有一定程度不確定性的系統(tǒng)，自適應(yīng)控制是一種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法。流域水量調(diào)度利用自適應(yīng)模型，可以依據(jù)輸入對(duì)象輸出數(shù)據(jù)，對(duì)模型參數(shù)不斷進(jìn)行辨識(shí)，對(duì)流域水量調(diào)度規(guī)劃具有十分可靠的參考作用。本文主要從自適應(yīng)模型的原理出發(fā)，對(duì)流域水量調(diào)度自適應(yīng)模型進(jìn)行深入研究，為我國(guó)流域水量調(diào)度提供科學(xué)的理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】水量調(diào)度；自適應(yīng)模型

前言

近年來(lái)，我國(guó)跨流域水資源調(diào)度工程建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，也成為協(xié)調(diào)南北水資源、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的有效途徑。例如，著名的南水北調(diào)工程，就是將漢江流域豐沛的說(shuō)資源抽調(diào)一部分輸送到西北和華北地區(qū)，緩解西北地區(qū)和華北地區(qū)的干旱，促進(jìn)西北和華北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。類似于南水北調(diào)的跨流域水利工程，主要目的是促進(jìn)中國(guó)南北經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與人口、資源以及環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。而在流域水量調(diào)度中，根據(jù)來(lái)水和用水的隨機(jī)性特點(diǎn)，采用自適應(yīng)控制理論進(jìn)行分析，可以水量調(diào)度的合理性，對(duì)實(shí)現(xiàn)流域水量調(diào)度的最終目標(biāo)具有非常重要的作用。因此，當(dāng)前跨流域水利工程建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)流域水量調(diào)度，為了確保流域水量調(diào)度的合理性，就需要通過(guò)科學(xué)的自適應(yīng)模型進(jìn)行深入分析，只有這樣才能為國(guó)流域水量調(diào)度提供科學(xué)的理論依據(jù)。

一、自適應(yīng)控制理論的基本原理

自適應(yīng)控制研究的具有一定程度不確定性的系統(tǒng)，而在研究中出現(xiàn)的不確定性，主要指的是研究對(duì)象的及其環(huán)境的數(shù)學(xué)模型的不確定，主要是因?yàn)檠芯繉?duì)象及其環(huán)境中包含有未知因素和隨機(jī)因素。所以，自適應(yīng)控制就是對(duì)這些不確定性進(jìn)行分析，從而為研究對(duì)象目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供充分的保障。隨著自適應(yīng)控制理論的深入研究，在自適應(yīng)控制應(yīng)用方面取得了一定的成就，自適應(yīng)控制器的出現(xiàn)并成功應(yīng)用于城市供水系統(tǒng)中。例如，在2001年就實(shí)現(xiàn)了對(duì)自適應(yīng)控制器的應(yīng)用，將離散時(shí)間自適應(yīng)控制器應(yīng)用于城市淡水系統(tǒng)中，通過(guò)控制抽水量調(diào)度水量的消費(fèi)，利用可以輸入輸出的系統(tǒng)控制模型，并通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算方法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制器實(shí)際應(yīng)用的重要目的。

將自適應(yīng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于取水系統(tǒng)或供水系統(tǒng)中，需要對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)、參數(shù)以及性能進(jìn)行不斷的測(cè)量，確保系統(tǒng)參數(shù)的準(zhǔn)確性，為系統(tǒng)安全運(yùn)行、充分發(fā)揮重要作用提供充分的保障。在確定系統(tǒng)狀態(tài)、性能以及參數(shù)之后，需要將系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行指標(biāo)與期望指標(biāo)進(jìn)行比較，從而做出科學(xué)的決策，將這個(gè)決策實(shí)際應(yīng)用于水量調(diào)度中，就可以有效改變自適應(yīng)控制器的相應(yīng)參數(shù)，并根據(jù)自適應(yīng)規(guī)律改變對(duì)系統(tǒng)的控制作用，從而確保系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)最優(yōu)，真正實(shí)現(xiàn)水量調(diào)度的重要目標(biāo)。

在水量調(diào)度中，水庫(kù)是可調(diào)系統(tǒng)，已知條件是前期來(lái)水，未知的條件是后期來(lái)水，被控對(duì)象指的是下游河段及其引水口，控制量主要包括上一斷面來(lái)水、下一斷面泄水量，在建立自適應(yīng)模型的時(shí)候，對(duì)這些因素進(jìn)行不斷的比較，做出科學(xué)的決策，根據(jù)實(shí)際情況不斷調(diào)整分水指標(biāo)和水庫(kù)下泄水量，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)流域水量調(diào)度的重要目標(biāo)。

二、流域水量調(diào)度自適應(yīng)模型建立分析

（一）劃分系統(tǒng)

建立流域水量調(diào)度自適應(yīng)模型，必須根據(jù)數(shù)學(xué)模型的需要找出相關(guān)模型參數(shù)，明確模型水量調(diào)度的目標(biāo)，只有這樣才能確保自適應(yīng)模型的科學(xué)性。建立流域水量調(diào)度自適應(yīng)模型前，需要根據(jù)自適應(yīng)控制理論，對(duì)流域進(jìn)行劃分，將其劃分為數(shù)個(gè)可以進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，且根據(jù)每一個(gè)系統(tǒng)的引退水和區(qū)間入流情況，以及流域中的調(diào)度控制區(qū)，劃分具體的來(lái)水節(jié)點(diǎn)、引水節(jié)點(diǎn)、退水節(jié)點(diǎn)以及控制斷面節(jié)點(diǎn)等，為建立水量調(diào)度自適應(yīng)模型提供科學(xué)的理論依據(jù)。

（二）明確系統(tǒng)控制參數(shù)

水量調(diào)度自適應(yīng)模型建設(shè)中，系統(tǒng)控制參數(shù)主要包括斷面流量、水庫(kù)泄流。其中，對(duì)于斷面流量的約束，可以對(duì)重要水文斷面的流量過(guò)程進(jìn)行控制，使斷面流量始終在控制線以上。而對(duì)于水庫(kù)泄流的約束，主要是指對(duì)水庫(kù)泄流量的控制，確保水量調(diào)度合理性。

（三）模型誤差分析

水量調(diào)度中建立自適應(yīng)模型，利用自適應(yīng)模型對(duì)水量調(diào)度中的不確定因素進(jìn)行分析，也需要對(duì)模型存在的誤差進(jìn)行分析，只有這樣才能確保自適應(yīng)模型的有效性。確保自適應(yīng)模型可以充分發(fā)揮重要作用，為水量調(diào)度提供科學(xué)的理論依據(jù)。通過(guò)對(duì)流量調(diào)度自適應(yīng)模型的分析，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型中出現(xiàn)誤差的往往是跟蹤位置時(shí)的軌跡誤差，對(duì)于軌跡誤差可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為E（k）=[e（k-1）e（k）e（k+1）]，當(dāng)E（k）的值趨于零的時(shí)候，就說(shuō)明跟蹤位置的誤差趨于零，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)實(shí)際軌跡與目標(biāo)軌跡的重合，確保自適應(yīng)模型的可參考性。

結(jié)論：

自適應(yīng)調(diào)度指的是根據(jù)水量調(diào)度問(wèn)題的特點(diǎn)，選定一個(gè)年度作為調(diào)度年。觀察在這個(gè)調(diào)度年中，隨著時(shí)間的推移，系統(tǒng)控制參數(shù)從全部未知到部分未知，促使確定信息不斷增加，針對(duì)這一過(guò)程建立的水量調(diào)度自適應(yīng)模型。最終通過(guò)對(duì)自適應(yīng)模型的不斷修正，確保水量調(diào)度具有合理性，使得水量調(diào)度方案符合實(shí)際情況，從而實(shí)現(xiàn)流域水量調(diào)度的重要目標(biāo)。

總之，自適應(yīng)模型應(yīng)用于流域水量調(diào)度中具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。尤其是隨著我國(guó)跨流域水利工程的建設(shè)，跨流域水量調(diào)度基本成為我國(guó)解決南北水資源不平衡問(wèn)題的主要措施，只有通過(guò)水資源調(diào)度使用，最大限度確保南北水資源平衡，才能促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)水資源平衡的重要目標(biāo)。而在流域水量調(diào)度過(guò)程中，存在非常多的不確定因素，這些不確定因素的存在不利于水量調(diào)度的合理性，為了明確這些不確定因素，就需要充分發(fā)揮出自適應(yīng)控制理論的重要作用，通過(guò)自適應(yīng)模型對(duì)不確定因素進(jìn)行分析，使不確定因素逐漸變?yōu)榇_定因素，在確定因素的指導(dǎo)下制定科學(xué)的流域水量調(diào)度規(guī)劃，才能確保水量調(diào)度方案最優(yōu)。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛憶，顧圣平，賀軍等.基于模擬與優(yōu)化模式的流域水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2013，（3）：62-65.

[2]歐陽(yáng)碩.流域梯級(jí)及全流域巨型水庫(kù)群洪水資源化聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度研究[D].華中科技大學(xué)，2014.

[3]謝平，李析男，朱勇等.基于河鏈結(jié)構(gòu)和LUCC的分布式流域水文模型及徑流響應(yīng)[J].山地學(xué)報(bào)，2014，32（2）：154-162.

[4]趙新娜.基于SWAT模型的湘江流域非源污染特征研究[D].湖南大學(xué)，2013.

[5]祝雪萍.跨流域引水與水庫(kù)供水聯(lián)合調(diào)度及變化條件對(duì)其影響研究[D].大連理工大學(xué)，2013.