熵与模糊集理论在洪水预报及水库调度中的应用研究博士学位论文

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1、大连理工大学博士学位论文熵与模糊集理论在洪水预报及水库调度中的应用研究姓名：李丽琴申请学位级别：博士专业：水文学及水资源指导教师：周惠成20061101大连理工大学博十学位论文摘要我国洪涝灾害频繁发生，每年防汛任务十分艰巨，但同时又面临着日趋严重的水资源短缺问题。在保证防洪安全前提下，开发利用洪水资源，实现防洪与兴利并举，是近年来水文学科重点研究的问题之一。本文从洪水预报和汛限水位动态控制两个研究方向着手，以汛限水位动态控制研究专题的试点水库为工程背景，运用模糊优选理论、极大熵理论、熵权多目标决策法、

2、遗传算法等理论，研究了蒸散发计算和流域蓄水容量的模糊描述、洪水预报模型参数的模糊相似校正方法、流域非线性汇流模型、误差分布的极大熵模型以及考虑洪水预报和降雨预报动态控制水库汛限水位的风险计算方法。主要研究内容和成果如下：(1)对产流模型中采用分级简化计算蒸发和流域蓄水容量描述存在的问题，以大伙房模型为例，首先利用隶属度函数对蒸发和蓄水容量进行模糊描述，解决了原分级计算导致蒸发参数敏感，蒸发量计算不合理的问题。二并通过分析流域下垫面和径流特点，考虑了土壤蓄水容量的变化，进一步认识流域水文循环变化规律，提

3、高了洪水预报精度。在此基础上，利用场次洪水降雨前期因素之间的相似性，从误差形成的物理机制出发，利用场次洪水降雨前期因素之间的相似性，建立了洪水预报模型参数的模糊相似校正方法。通过修正模型参数，达到校正产流预报结果的目的。(2)对瞬时单位线流域汇流模型的非线性处理问题，通过考虑时段雨强和空间分布不均的非线性影响因素，提出了时变瞬时单位线非线性汇流模型。并针对规范中要求洪峰流量、峰现时间和确定性系数同时满足精度要求的多指标评价问题，提出两种目标评价函数——模糊综合目标函数和熵权多目标决策法来确定模型参数。

4、在观音阁—寝窝水库的应用结果表明，对反推梯级水库区间汇流过程存在的负值、锯齿状和误差等问题，可采用区间洪水汇流和河道演进模型参数统一率定的方法解决。(3)针对目前采用正态、对数正态等常用分布描述洪水预报误差存在的问题，根据实际洪水预报误差出现在有限区域的特点，建立了洪水总量预报误差分布的极大熵模型，计算了不同预报方案的极限误差，与常用分布进行了对比分析。对模型中的误差上限确定问题，从防洪安全的角度给出了初步确定方法。最后利用模型计算得到的误差分布，对预报误差的不确定性进行了估计。(4)在桓仁水库和丹江

5、口水库洪水预报与降雨预报精度分析的基础上，利用防洪预报调度方式和改进的预泄能力约束法，确定了桓仁水库与丹江口水库汛限水位动态控制域。在此基础上，联合降雨预报和洪水预报确定了桓仁水库动态控制汛限水位的上限。通过分析，在保证水库供水和发电效益的前提下，单独利用洪水预报、降雨预报信息以及两种预报信息联合应用，桓仁水库汛期最多分别可减少弃水30．21X106m3、熵与模糊集理论在洪水预报及水库调度中的应_I{=

6、研究60．42×106m3和90．63X106m3；单独利用降雨预报信息，丹江口水库汛期最多可减少

7、弃水4．1×108m3。(5)研究分析了利用洪水预报和降雨预报信息动态控制汛眼水位对水库的肪洪风险。在王本德教授对汛限水位动态控制风险率定义的基础上，结合预报误差分布的极大熵模型，通过分析年频率与次频率的转换关系，建立了利用洪水预报以及洪水预报和降雨预报联合应用动态控制水库汛限水位的风险率定义及其计算方法。分析了桓仁水库和丹江口水库汛限水位动态控制的风险，并对采用不同误差分布计算得到的风险率进行了对比分析。最后给出了同一特征水位在不同控制汛限水位下的风险分布。最后对全文作了总结，并对有待进一步研究的问

8、题进行了讨论。关键词：蓄水容量；模糊描述；模糊相似校正；时变瞬时单位线；误差分布：极大熵汛限水位动态控制；风险分析Ⅱ人连理工大学博士学位论文AbstractFloodsdisasterfrequentlyOccurs．andannualfloodscontrolisreallychallengingprobleminChina．Ontheotherhand，theincreasinglylackofwaterresourcesisaseriousproblemwearefacingnow．Exploi

9、tingfloodsresourcesandrealizingbenefitsandfloodscontrolareimportantresearchfieldsinhydrologyscienceundertheconditionofguaranteeingthesafetyoffloodscontr01．Inthisdissertation,asforsomeproblemsinfloodforecastandreservoirregulation,