[发明专利]一种考虑预报误差降低水库洪水起调水位的预报调度方法

权利要求书

1.一种考虑预报误差降低水库洪水起调水位的预报调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：分别对水库控制流域、水库与下游防护对象区间洪水的预报方案进行可利用性分析，根据常规不考虑预报信息的水库防洪调度规则，确定防洪预报调度预泄判别指标；

步骤二：根据预报信息，确定预报调度规则的预泄方案；

在洪水起涨段对水库进行预泄，降低洪水起调水位，所述预泄方案为在起涨段采用预泄方案，在调洪段采用常规防洪调度方案，具体为：

根据水库上游预报来水判断未来洪水是否会超过某一设计洪水，确定水库是否预泄，所述设计洪水指水库所有保护对象对应设计洪水中的最小值；如果超过设计洪水，则需预泄，反之，则不进行预泄；预泄量的确定依据为“水库预泄值能够保证以当前泄量下泄后，未来的来水能使水库水位回升至设计汛限水位”；当面临水库来水大于设计洪水时，进入调洪阶段，采用常规防洪调度方式；

确定预泄量的具体公式如下：

且如果：

Q_out(t)Q_Lim(t) (3)

则：

Q_out(t)＝Q_Lim(t) (4)

其中，t表示水库当前时刻；V(t)表示t时刻库容；V_汛表示设计汛限水位对应的库容；为t时刻洪水预报模型实时预报未来第k天的预报流量，k＝1,2,…,T，T表示预见期；表示t时刻未来T天预报总来水；Q_out(t)表示t时刻下泄流量；Q_Lim(t)示在t时刻水库允许的最大泄流量；Δt表示时间单元；

步骤三：采用最大熵模型识别T天预报洪量相对误差分布，确定洪水预报模型T天预报洪量相对误差分布函数；并根据相对误差分布函数确定概率最大的误差δ₀、预报误差域[δ_min,δ_max]，其中，δ_min为最小可能误差、δ_max为最大可能误差；

步骤四：将发生概率最大的误差δ₀引入防洪调度中，以上游水库最高水位最低、下游洪峰流量最小和下游防护点弹性最大为目标，以防洪调度规则中的判别指标作为预报调度规则的决策变量，构建预报调度规则优化模型，采用非支配遗传算法NSGA-II对模型进行优化，得到预报调度方案解集；

所述的下游防护点弹性具体为：首次将下游防护点弹性引入预报调度中作为预报调度规则确定的新目标；定义下游防护点弹性为下游防护点在遭遇洪水事件后，抵抗洪水、吸收洪水、适应洪水再到恢复初始状态的能力；采用公式(1)描述下游防护点系统功能在任意t时刻的状态值ps(t):

其中，Q(t)表示t时刻下游防护点洪水流量；Q_max表示下游防护点允许遭遇的最大洪峰流量，当流量超过该值时，系统性能为0；Q_initial表示下游防护点开始遭受破坏时的最大流量，当流量小于Q_initial时系统未遭到洪水破坏，当流量超过Q_initial时系统遭到破坏，且随着流量不断的增加，系统遭受到破坏也随之增加，当达到系统最高允许峰值Q_max时系统功能全部丧失；

由上式可知ps(t)范围介于0和1之间；

系统丧失量S为系统破坏时的平均破坏程度，计算公式如下：

其中，t_n表示系统在洪水结束后完全恢复正常的时间，理解为系统遭遇洪水整个过程的时长；

则系统的洪水弹性通过对性能函数曲线进行积分求得，表示为:

步骤五：把误差域[δ_min,δ_max]的极值误差δ_min和δ_max代入到步骤四得到的预报调度方案解集中对洪水进行调洪，筛选出满足调度安全的预报调度方案解集，假设其数量为M；接着，对这M个方案进行综合评估，筛选最优方案；

所述筛选步骤如下：

5.1)首先把[δ_min,δ_max]分为N-1等分，即[δ(1)，δ(2)，…，δ(N-1)，δ(N)]，其中δ(0)＝δ_min，δ(N)＝δ_max，得到不同误差δ(1)，…，δ(N-1)，δ(N)下的预报洪水；分别采用M个方案对洪水进行调洪，得到不同预报误差下的目标值，共三个目标值：上游最高水位Zmax、下游最大流量Qmax、下游防护点洪水弹性值R，采用Z(i,j,l)表示第i个方案在第j个离散预报误差下的第l个目标值，其中i＝1，2，…，M；j＝1，…，N；l＝1，2，3；每个方案共计N×3个评价指标；

5.2)根据步骤三的预报误差分布，获得出每个离散预报误差发生的概率，即P(1)，…，P(N-1)，P(N)；进行归一化处理，得到Pw(1)，…，Pw(N-1)，Pw(N)；

5.3)采用模糊评价法评估各方案，公式(14)表示所有方案的指标矩阵，由5.1)可知一共M个方案，且各个方案有K＝N×3个评价指标，用指标特征矩阵A表示，具体公式如下：

其中，A(i,k)＝Z(i,j,l)，且k＝(j-1)*3+l；k＝1,2,…,N×3；i＝1,2,…,M；j＝1,2,…,N；l＝1,2,3；

5.4)计算公式(14)中各指标的相对隶属度；

当指标i是越大越优时，其对应的相对隶属度R(i,k)为：

当指标i以越小越优时，其对应的相对隶属度R(i,k)为：

其中，max(A(:,k))表示所有方案的第k个指标的最大值；min(A(:,k))表示所有方案的第k个指标的最小值；

5.5)采用公式(14)、(15)计算各个方案各个指标的相对隶属度，组成评价指标相对隶属度矩阵，如式(16)所示：

其中，第i个方案对应在第j个误差值的情况下，第l个目标的相对隶属度值RU(i,j,l)为R(i,k)，k＝(j-1)*3+l；k＝1,2,…,N×3；i＝1,2,…,M；j＝1,2,…,N；l＝1,2,3；

5.6)结合决策者的不同偏好，采用二元对比法确定目标Zmax，Qmax，R三者的权重；

5.7)采用模糊相对隶属度模型计算对应各个方案的相对隶属度，选出相对隶属度最大的方案作为最终方案。

2.根据权利要求1所述的一种考虑预报误差降低水库洪水起调水位的预报调度方法，其特征在于，步骤三中所述的最大熵模型如下：

其中，x表示T天预报洪量相对误差，X表示T天预报洪量相对误差的集合；p(x)表示T天预报洪量相对误差的概率密度函数；

且满足以下约束：

H(p)≤log|x| (6)

构建T天预报洪量相对误差的最大熵模型表示；建立目标函数如下：

其中，E(x^k)表示x的k阶原点矩；m表示x的原点矩的阶数；

由最大熵模型公式(5)-(9)得出洪水预报模型T天预报洪量相对误差分布函数，根据概率分布函数，确定概率最大的误差δ₀、误差域[δ_min,δ_max]。