水庫防洪調(diào)度決策中模糊優(yōu)選模型及其應(yīng)用

楊波++蘆琴

摘 要：水庫防洪調(diào)度關(guān)系著水庫的安危和上下游居民的安全，所以在水庫管理工作中十分重要。由于水庫防洪調(diào)度受到外界多種因素的影響，使其調(diào)度方案的確定成為一個(gè)復(fù)雜的過程。文章在分析總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，介紹了模糊選優(yōu)的方法在水庫防洪調(diào)度中的應(yīng)用，以期在實(shí)踐中不斷得到檢驗(yàn)和改進(jìn)，對(duì)實(shí)際工作有所借鑒。

關(guān)鍵詞：水庫；風(fēng)險(xiǎn)管理；防洪調(diào)度；模糊選優(yōu)；模型

中圖分類號(hào)：TV697.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）27-0144-02

引言

水庫防洪調(diào)度就是利用水庫修建的防洪建筑物或防洪系統(tǒng)中的相應(yīng)設(shè)施，有計(jì)劃地適時(shí)地安排洪水以達(dá)到防洪減排的最優(yōu)效果。防洪調(diào)度的主要目的是減免洪水為害，同時(shí)還要適當(dāng)兼顧其他綜合利用要求，對(duì)多沙或冰凌河流的防洪調(diào)度，還要考慮排沙、防凌要求。

水庫通常有以下幾種防洪調(diào)度方式。（1）固定泄洪調(diào)度。（2）防洪補(bǔ)償調(diào)度。（3）防洪預(yù)報(bào)調(diào)度。（4）防洪與興利結(jié)合的調(diào)度。（5）水庫群的防洪聯(lián)合調(diào)度。

近年來，研究人員和水庫管理者越來越青睞于防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)，以此為各個(gè)水庫提供多方案的防洪調(diào)度。從某種意義上講，調(diào)度決策方案的正確與否意義重大，關(guān)乎水庫的安危、上下游居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全甚至是社會(huì)的穩(wěn)定，因而，越來越多的科研工作者在從事水庫防洪調(diào)度研究的進(jìn)程中，研究重心傾向于優(yōu)選調(diào)度方案。水庫防洪調(diào)度是一個(gè)復(fù)雜，參與面廣，多階段實(shí)施的過程，由于其所受的影響因素多，過程的不可預(yù)見性大，導(dǎo)致防洪調(diào)度模型的選優(yōu)過程也是十分復(fù)雜。自2000年以來，有不少科研工作者開展此項(xiàng)研究工作，并取得了一定的研究進(jìn)展和成果，為水庫防洪調(diào)度做出了巨大的貢獻(xiàn)[1-5]。

目前，科研人員建立起來的防洪調(diào)度決策模糊優(yōu)選模型，提出了解決水庫洪水調(diào)度問題的一個(gè)新的解決途徑，但是沒有考慮到方案與級(jí)別的差異與方案對(duì)級(jí)別的隸屬度成反比例的這一事實(shí)。并且在計(jì)算過程中得到權(quán)重，計(jì)算量大且在某些方面有失精準(zhǔn)性。同時(shí)針對(duì)現(xiàn)行的熵權(quán)計(jì)算方法對(duì)熵值過于敏感，這與熵值所傳遞的信息不一致。

本文根據(jù)熵權(quán)隨熵值的變化規(guī)律對(duì)熵權(quán)的計(jì)算式進(jìn)行改進(jìn)；基于此，引入信息熵的方法確定客觀權(quán)重，結(jié)合水庫在不同時(shí)期關(guān)鍵任務(wù)賦予相應(yīng)主觀權(quán)重來對(duì)方案進(jìn)行綜合優(yōu)選；應(yīng)用最小二乘原理重新建立了多級(jí)模糊優(yōu)選模型，最后將這 個(gè)模型應(yīng)用到某實(shí)際水庫的調(diào)度決策中，以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算的精確性。

1 水庫防洪調(diào)度的模糊優(yōu)選模型

多屬性模糊優(yōu)選決策模型應(yīng)用多個(gè)指標(biāo)開展研究目標(biāo)方案的優(yōu)選， 通過分析計(jì)算各個(gè)方案影響因子的評(píng)價(jià)指標(biāo)，來確定不同的指標(biāo)的影響權(quán)重值，最后計(jì)算不同方案的評(píng)價(jià)值， 定量分析不同水庫防洪調(diào)度方案的評(píng)價(jià)度[6]。

目前的研究中[7-10]，防洪調(diào)度決策的屬性的類型歸納起來有效益型、成本型、固定型。對(duì)于效益型屬性，其指標(biāo)值越大越好；成本型，其指標(biāo)值越小越好；固定型表示屬性越接近某個(gè)固定值越好。

效益型轉(zhuǎn)換公式為：

成本型轉(zhuǎn)換公式為： （2）

固定型轉(zhuǎn)換公式為： （3）

其中xj為屬性i的中間最優(yōu)值，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n

通過上述三個(gè)計(jì)算公式，我們可以將決策矩轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣R=（rij）m×n，其中0？燮rij？燮1，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n。

設(shè)屬性的歸一化的客觀權(quán)向量為W=（？棕1，？棕2，…，？棕n），滿足j=1，01。對(duì)于客觀權(quán)重向量的確定有很多種方法，但防洪調(diào)度決策涉及到多個(gè)復(fù)雜的因素或目標(biāo)及任務(wù)，必然有決策者直接參與及偏好要求，所以在對(duì)權(quán)重的確定時(shí)一定要加入主觀權(quán)重。

為了更加準(zhǔn)確地從多個(gè)方案中進(jìn)行優(yōu)選，可以將標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的每一列進(jìn)行排序，從而得到級(jí)別矩陣。

S=（Sij）m×n （4）

這樣就得到了多個(gè)矩陣多個(gè)級(jí)別。加入權(quán)重的概念和計(jì)算，就可以進(jìn)行多方案的評(píng)價(jià)和最優(yōu)方案的確定工作了。

2 實(shí)例研究

以某水庫2005年某次洪水的防洪調(diào)度決策為例，對(duì)生成的6個(gè)洪水調(diào)度方案進(jìn)行優(yōu)選，各方案的值見表1。

計(jì)算步驟如下所述：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣

對(duì)表1中的6個(gè)方案，利用公式（1）、（2）、（3）即可得到標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣。

（2）級(jí)別矩陣

運(yùn)用計(jì)算公式（4）得到級(jí)別矩陣。

（3）基于不同目標(biāo)任務(wù)的水庫調(diào)度優(yōu)選方案

根據(jù)不同的側(cè)重方向，可以分別求出不同情況下的客觀權(quán)重向量，最終獲得綜合權(quán)向量。

（4）計(jì)算結(jié)果分析評(píng)價(jià)，最終得出優(yōu)選方案。

3 結(jié)束語

對(duì)于水庫的防洪風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度工作，由于受外界環(huán)境的影響比較多且不確定性大，故本文簡單的介紹了在決策時(shí)考慮不同情況的權(quán)重，與主觀權(quán)重有機(jī)結(jié)合后，就可以得到更為科學(xué)、更為合理的模糊優(yōu)選模型。在確定權(quán)重時(shí)應(yīng)考慮不同影響因素在水庫防洪調(diào)度工作中重要性，所以如何確定這些影響程度就成為確定變權(quán)的關(guān)鍵。此模型的應(yīng)用可以輔助水庫管理工作者在洪峰期到來之前，提前進(jìn)行洪水過程的模擬，從多個(gè)方案中優(yōu)選出最佳的一種方案，確保水庫順利地完成泄洪、排沙等一系列工作，同時(shí)保證大壩的安全，上下游梯級(jí)電站的安全和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全以及社會(huì)的穩(wěn)定。充分彰顯水利工程除水害興水利的目標(biāo)和使命，充分、合理的從時(shí)間、空間和數(shù)量上調(diào)配水資源，最大限度發(fā)揮洪水的利用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳守煜.防洪調(diào)度多目標(biāo)決策理論與模型[J].中國工程科學(xué)，2000，2（2）：47-52.

[2]鄧聚龍.灰理論基礎(chǔ)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.

[3]徐玖平，吳巍.多屬性決策的理論與方法[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[4]馮曉，徐明明，李明果.邊坡治理方案優(yōu)選的模糊多屬性決策改進(jìn)方法[J].路基工程，2014，04：39-43，50.

[5]郭欣.基于改進(jìn)的信息熵為權(quán)重的模糊多屬性決策[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2013，26：22-24.

[6]李長志，項(xiàng)英男.改進(jìn)的模糊多屬性決策模型在河道整治方案優(yōu)選中的應(yīng)用研究[J].吉林水利，2017（10）：17-20.

[7]路振剛，王鐵鋒，孟繼慧，等.豐滿水電站重建工程施工期洪水調(diào)度及供水保障方案研究[J].水利水電技術(shù)，2016，47（6）：18-21.

[8]劉陽，曹升樂，薛樹文.基于分洪設(shè)施的河道中小洪水生態(tài)調(diào)度[J].人民黃河，2017，39（6）：47-51.

[9]劉光鳳，王林，周澤，等.基于灰色模糊多屬性群決策的邊坡處治方案優(yōu)選研究[J].長江科學(xué)院院報(bào)，2016，33（10）：111-115，120.

[10]周惠成，張改紅，王國利.基于熵權(quán)的水庫防洪調(diào)度多目標(biāo)決策方法及應(yīng)用[J].水利學(xué)，2007，38（1）：100-106.endprint