[发明专利]一种基于预构泥沙信息库的水沙联合优化调度方法

说明书

本发明提供一种基于预构泥沙信息库的水沙联合优化调度方法，包括以下具体步骤，1)构建水沙联合优化调度模型；2)求解泥沙数学模型预构泥沙特征指标信息库；3)利用预构信息库对BP神经网络进行训练、拟合；4)采用遗传算法并结合BP神经网络求解水沙联合优化调度模型，得出优化调度方案。本发明能够有效解决水沙联合调度中泥沙模拟与径流调度差异巨大的难题，从而显著提高水沙联合优化调度的运算速率，可直接应用于单一水库或梯级水库的泥沙设计与多目标优化调度生产实践中。

技术领域

本发明涉及水库泥沙调度技术领域，特别是涉及一种基于预构泥沙信息库的水沙联合优化调度方法。

背景技术

天然河流上修建水库后，破坏了河道与来水来沙的相对平衡状态，使河道的侵蚀基面发生较大变化，必然引起库区内泥沙的落淤。泥沙淤积程度和分布与水库使用寿命、防洪安全、发电效益、航道条件、工程安全等密切相关，仅靠表征水库蓄泄关系的径流调度显然无法度量。在水资源日趋紧缺的今天，通过将水沙动力学与运筹学相结合，进行水沙联合调度是满足水资源高效精细运用需求，平衡泥沙管理与兴利效益间矛盾的有效措施。

现有将泥沙调度与径流调度结合的方法可分为：①数学模型法。将泥沙数学模型引入优化调度模型，作为一个子模型，与径流调度模型同步求解计算，得出泥沙特征值参与寻优。②经验公式法。针对特定问题或区域，通过实测资料统计或理论分析，建立泥沙特征指标和调度参数之间的经验或半经验关系，并在优化调度模型中加以利用。

上述方法存在的问题是：①泥沙淤积计算数学模型的计算时间尺度与径流调度模型在量级上存在巨大差异，直接使用泥沙数学模型对每个个体进行计算会严重影响整个优化过程的寻优速度。尤其是当需要求解二维水沙数学模型时，计算耗时更长，在实际运用通常难以实现。②采用经验公式可以有效解决运算效率的问题，但由于其一般针对特定问题统计分析得出，对基础资料要求较高且难以在不同河流或工程中移植运用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于预构泥沙信息库的水沙联合优化调度方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于预构泥沙信息库的水沙联合优化调度方法，包括以下具体步骤，

(1)耦合泥沙调度目标建立水沙联合优化调度模型；

(2)预先求解泥沙数学模型，构建由泥沙调度特征指标组成的泥沙信息库；

(3)利用泥沙信息库对BP神经网络进行训练、拟合；

(4)采用遗传算法并结合BP神经网络求解水沙联合优化调度模型。

所述步骤(1)耦合泥沙调度目标建立水沙联合优化调度模型的具体步骤如下：

(1)确定由长期利用子目标和航道条件子目标组成的泥沙调度目标：

长期利用子目标：

式中，DV(θ)为水库淤积平衡后的有效库容保留比，V(θ)和V(0)分别为优化策略θ和设计运行策略下变动回水区平衡淤积量，θ＝1，N为给定水库优化设计运行策略，N为优化运行策略总数。maxDV表征泥沙调度的长期利用子目标为水库有效库容剩余最大。

航道条件子目标：minV_navi(θ) (2)

式中，V_navi(θ)为优化策略θ下典型河段目标时刻碍航淤积量，θ＝1，N为给定水库优化设计运行策略，N为优化运行策略总数。minV_navi表征泥沙调度的航道条件子目标为目标时刻典型河段碍航淤积量最小。

(2)确定水库防洪和发电目标：

水库防洪调度目标为在保证防护区安全的条件下，取同一运行策略下所需防洪库容的最大值，不同运行策略下取各种策略所需最大防洪库容的最小值，表示为：