流域水量调度自适应模型研究

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【摘要】自适应控制，指的是具有一定程度不确定性的系统，自适应控制是一种基于数学模型的控制方法。流域水量调度利用自适应模型，可以依据输入对象输出数据，对模型参数不断进行辨识，对流域水量调度规划具有十分可靠的参考作用。本文主要从自适应模型的原理出发，对流域水量调度自适应模型进行深入研究，为我国流域水量调度提供科学的理论依据。

【关键词】水量调度；自适应模型

前言

近年来，我国跨流域水资源调度工程建设规模越来越大，也成为协調南北水资源、促进区域经济协调发展的有效途径。例如，著名的南水北调工程，就是将汉江流域丰沛的说资源抽调一部分输送到西北和华北地区，缓解西北地区和华北地区的干旱，促进西北和华北地区经济发展。类似于南水北调的跨流域水利工程，主要目的是促进中国南北经济、社会与人口、资源以及环境协调发展。而在流域水量调度中，根据来水和用水的随机性特点，采用自适应控制理论进行分析，可以水量调度的合理性，对实现流域水量调度的最终目标具有非常重要的作用。因此，当前跨流域水利工程建设中，实现流域水量调度，为了确保流域水量调度的合理性，就需要通过科学的自适应模型进行深入分析，只有这样才能为国流域水量调度提供科学的理论依据。

一、自适应控制理论的基本原理

自适应控制研究的具有一定程度不确定性的系统，而在研究中出现的不确定性，主要指的是研究对象的及其环境的数学模型的不确定，主要是因为研究对象及其环境中包含有未知因素和随机因素。所以，自适应控制就是对这些不确定性进行分析，从而为研究对象目标的实现提供充分的保障。随着自适应控制理论的深入研究，在自适应控制应用方面取得了一定的成就，自适应控制器的出现并成功应用于城市供水系统中。例如，在2001年就实现了对自适应控制器的应用，将离散时间自适应控制器应用于城市淡水系统中，通过控制抽水量调度水量的消费，利用可以输入输出的系统控制模型，并通过相应的计算方法对模型参数进行计算，从而实现自适应控制器实际应用的重要目的。

将自适应控制系统应用于取水系统或供水系统中，需要对系统状态、参数以及性能进行不断的测量，确保系统参数的准确性，为系统安全运行、充分发挥重要作用提供充分的保障。在确定系统状态、性能以及参数之后，需要将系统当前的运行指标与期望指标进行比较，从而做出科学的决策，将这个决策实际应用于水量调度中，就可以有效改变自适应控制器的相应参数，并根据自适应规律改变对系统的控制作用，从而确保系统运行状态最优，真正实现水量调度的重要目标。

在水量调度中，水库是可调系统，已知条件是前期来水，未知的条件是后期来水，被控对象指的是下游河段及其引水口，控制量主要包括上一断面来水、下一断面泄水量，在建立自适应模型的时候，对这些因素进行不断的比较，做出科学的决策，根据实际情况不断调整分水指标和水库下泄水量，只有这样才能实现流域水量调度的重要目标。

二、流域水量调度自适应模型建立分析

（一）划分系统

建立流域水量调度自适应模型，必须根据数学模型的需要找出相关模型参数，明确模型水量调度的目标，只有这样才能确保自适应模型的科学性。建立流域水量调度自适应模型前，需要根据自适应控制理论，对流域进行划分，将其划分为数个可以进行调节的系统，且根据每一个系统的引退水和区间入流情况，以及流域中的调度控制区，划分具体的来水节点、引水节点、退水节点以及控制断面节点等，为建立水量调度自适应模型提供科学的理论依据。

（二）明确系统控制参数

水量调度自适应模型建设中，系统控制参数主要包括断面流量、水库泄流。其中，对于断面流量的约束，可以对重要水文断面的流量过程进行控制，使断面流量始终在控制线以上。而对于水库泄流的约束，主要是指对水库泄流量的控制，确保水量调度合理性。

（三）模型误差分析

水量调度中建立自适应模型，利用自适应模型对水量调度中的不确定因素进行分析，也需要对模型存在的误差进行分析，只有这样才能确保自适应模型的有效性。确保自适应模型可以充分发挥重要作用，为水量调度提供科学的理论依据。通过对流量调度自适应模型的分析，可以发现数学模型中出现误差的往往是跟踪位置时的轨迹误差，对于轨迹误差可以用数学表达式表示为E（k）=[e（k-1）e（k）e（k+1）]，当E（k）的值趋于零的时候，就说明跟踪位置的误差趋于零，实现系统运动实际轨迹与目标轨迹的重合，确保自适应模型的可参考性。

结论：

自适应调度指的是根据水量调度问题的特点，选定一个年度作为调度年。观察在这个调度年中，随着时间的推移，系统控制参数从全部未知到部分未知，促使确定信息不断增加，针对这一过程建立的水量调度自适应模型。最终通过对自适应模型的不断修正，确保水量调度具有合理性，使得水量调度方案符合实际情况，从而实现流域水量调度的重要目标。

总之，自适应模型应用于流域水量调度中具有十分重要的现实意义。尤其是随着我国跨流域水利工程的建设，跨流域水量调度基本成为我国解决南北水资源不平衡问题的主要措施，只有通过水资源调度使用，最大限度确保南北水资源平衡，才能促进区域经济协调发展，实现水资源平衡的重要目标。而在流域水量调度过程中，存在非常多的不确定因素，这些不确定因素的存在不利于水量调度的合理性，为了明确这些不确定因素，就需要充分发挥出自适应控制理论的重要作用，通过自适应模型对不确定因素进行分析，使不确定因素逐渐变为确定因素，在确定因素的指导下制定科学的流域水量调度规划，才能确保水量调度方案最优。

参考文献：

[1]葛忆，顾圣平，贺军等.基于模拟与优化模式的流域水量水质联合调度研究[J].中国农村水利水电，2013，（3）：62-65.

[2]欧阳硕.流域梯级及全流域巨型水库群洪水资源化联合优化调度研究[D].华中科技大学，2014.

[3]谢平，李析男，朱勇等.基于河链结构和LUCC的分布式流域水文模型及径流响应[J].山地学报，2014，32（2）：154-162.

[4]赵新娜.基于SWAT模型的湘江流域非源污染特征研究[D].湖南大学，2013.

[5]祝雪萍.跨流域引水与水库供水联合调度及变化条件对其影响研究[D].大连理工大学，2013.