滦河大河口西山湾串联水库优化调度模型研究
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摘要
大河口和西山湾水库是内蒙古自治区锡林郭勒盟多伦县境内滦河干流上两座重要枢纽工程，具有发电、灌溉、供水和旅游等功能。它们的优化调度关系到内蒙古正蓝、多伦等旗县经济社会发展和浑善达克沙地生态建设。
本文在充分分析大河口～西山湾水库特性、用水特性的基础上，采用聚合～分解算法，用离散随机动态规划方法以满足用户需水要求为目标确定了大河口～西山湾聚合水库稳定优化运行策略。依据上下库的水量联系将等效水库的最优运行策略分解，得出大河口、西山湾水库的优化运行方案。优化结果证明，在稳定的优化运行状态下水库具有较高的供水保证率。
根据遗传算法随机产生函数变量，无需储存离散点的特点，尝试用基于目标序列的排序矩阵评价个体适应度的多目标遗传算法，求解了以发电与供水效益最大为准则的滦河大河口～西山湾串联水库系统的优化运行策略。计算表明遗传算法在水库的优化调度中，能有效地避免“维数灾”。
最后本文从理论上评述了两种优化结果的合理性，并结合实际提出有待进一步研究的问题。
本研究是国家自然科学基金委重点项目“京蒙沙源区植被建设中水资源优化配置”研究中一个子课题，在完成本论文过程中，得到自然基金委的资助。
Dahekou and Xishanwan two dams have located at Duolun County of Xilingaole Prefecture of Inner Mongolia. They have functions of electricity generating, irrigation, water supply and tourist. Optimal operating the dams has benefits for economic development of Xilingaoler Prefecture and ecology construction of Hunshandac desert land.
The two cascade reservoirs have been considered as single dam in terms of their operating rules and optimal operating polices for it have been determined by discrete stochastic dynamic programming model.
According to the variety of the genetic algorithm that produces stochastic variable and does not store a large number of discrete points, it renders an power generation and water supply optimal decision to a cascade dams system by using a multi-objective genetic algorithm which the appraising function in this method ranks the gene by comparing their performance in each objective function through the sorting matrix created by the objective function. The result shows that it can avoid of the COD problem.
At last, in theory it summarizes the work and in practice gives the directions in the further research.
The study is a sub-question of national nature science foundation major project “A Study of Water Resources Optimal Allocation for vegetation at Sand Source Area Between Beijing and Inner Mongolia.” In the course of writing thesis, we gain aid financially from national nature science foundation.
本文在充分分析大河口～西山湾水库特性、用水特性的基础上，采用聚合～分解算法，用离散随机动态规划方法以满足用户需水要求为目标确定了大河口～西山湾聚合水库稳定优化运行策略。依据上下库的水量联系将等效水库的最优运行策略分解，得出大河口、西山湾水库的优化运行方案。优化结果证明，在稳定的优化运行状态下水库具有较高的供水保证率。
根据遗传算法随机产生函数变量，无需储存离散点的特点，尝试用基于目标序列的排序矩阵评价个体适应度的多目标遗传算法，求解了以发电与供水效益最大为准则的滦河大河口～西山湾串联水库系统的优化运行策略。计算表明遗传算法在水库的优化调度中，能有效地避免“维数灾”。
最后本文从理论上评述了两种优化结果的合理性，并结合实际提出有待进一步研究的问题。
本研究是国家自然科学基金委重点项目“京蒙沙源区植被建设中水资源优化配置”研究中一个子课题，在完成本论文过程中，得到自然基金委的资助。
Dahekou and Xishanwan two dams have located at Duolun County of Xilingaole Prefecture of Inner Mongolia. They have functions of electricity generating, irrigation, water supply and tourist. Optimal operating the dams has benefits for economic development of Xilingaoler Prefecture and ecology construction of Hunshandac desert land.
The two cascade reservoirs have been considered as single dam in terms of their operating rules and optimal operating polices for it have been determined by discrete stochastic dynamic programming model.
According to the variety of the genetic algorithm that produces stochastic variable and does not store a large number of discrete points, it renders an power generation and water supply optimal decision to a cascade dams system by using a multi-objective genetic algorithm which the appraising function in this method ranks the gene by comparing their performance in each objective function through the sorting matrix created by the objective function. The result shows that it can avoid of the COD problem.
At last, in theory it summarizes the work and in practice gives the directions in the further research.
The study is a sub-question of national nature science foundation major project “A Study of Water Resources Optimal Allocation for vegetation at Sand Source Area Between Beijing and Inner Mongolia.” In the course of writing thesis, we gain aid financially from national nature science foundation.
引文
1. 朝伦巴根.确定多目的单一水库系统优化运行策略的离散随机动态模型.内蒙古农牧学院学报，1986，12
2. 朝伦巴根等.水文水资源水环境管理程序库.科研报告. 内蒙古农业大学，1993，12
3. 朝伦巴根、高新科. 计算机数值方法程序集.内蒙古农业大学，1994，10
4. 朝伦巴根、刘廷玺.水资源管理. 内蒙古农业大学，1988
5. 冯尚友.多目标决策理论、方法与应用.武汉：华中理工大学出版社，1990.
6. 游进军、纪昌明、付湘.基于遗传算法的多目标问题求解方法.水利学报, 2003，(7) ：64-69
7. 方红远、邓玉梅、董增川.多目标水资源系统运行决策优化的遗传算法. 水利学报，2001，(9)：22-27
8. 高新科、朝伦巴根.计算机数值方法.水利电力出版社，1994，9
9. 金菊良、丁晶.水资源系统工程.成都：四川科学技术出版社，2002
10. 工程水文及水利计算.高等学校教材.水利出版社，1980，9
11. 刘保碇、赵瑞清.随机规划与模糊规划.北京清华大学出版社，1998，15-36
12. 唐爱华、韩志刚、庄淑贞.水库群—灌区水资源系统联合运行优化的一种算法.合肥工业大学
13. 叶秉如等.红水河梯级优化调度的多次动态规划和空间分解算法. 红水河水电最优开发数学模型研究论文集，1988，12
14. 谢新民、周知豪.混联水电站水库群系统优化调度问题研究.水电能源科学.1992，Vol.10（2）
15. R.A.霍华特.动态规划与马尔柯夫过程.李为政等译.上海科技出版社，1960
16. 谭维炎、黄守信等. 应用随机动态规划进行水电站水库最优调度.水利学报，1982，7
17. 张勇传等.水电站水库群优化调度方法研究.水利发电，1981，11
18. 张勇传主编. 优化调度理论在水库调度中的应用.湖南科技出版社，1985
19. 张勇传等.水库群随机优化调度新算法—RBSI法.水电能源科学，1990，1
20. 张勇传等.水库群优化调度规则函数.水电能源科学，6（1），1988
21. 张勇传.多阶段决策问题POA算法收敛于最优解问题.水电能源科学，18（1），1990
22. 董子傲、李英.大规模水电站群随机优化补偿调节调度模型.水利发电学报，1991，3
23. 董子傲编著，水库群调度与规划的优化理论和应用.山东科技出版社，1989
24. 武小悦、施熙灿等. 水电站水库群长期联合优化调度.1996，6
25. 邓育仁.年径流序列统计性质和随机模拟的初步研究.人民长江，1986，3
26. 丁晶、邓育仁.随机水文学.成都科技大学出版社，1988，11
27. 陈惠源等.径流随机过程描述有关问题的探讨.武汉水电学院学报，1989，4
28. 孙汉贤、王锐琛.黄河上游径流随机模拟及其初步应用.水文，1986，5
29. 魏强.电力系统梯级电站长期优化调度理论、方法和应用研究.华中理工大学，1997，6
30. 王白陆.小流域洪水预报及综合利用水库优化调度的应用研究.大连理工大学.2003，6
31. 黄强.径流描述方法对水库优化调度的影响.水电能源科学.1990，3
32. 黄强等.黄河干流水库联合调度模拟优化模型及人机对话算法.水利学报，1997，4
33. 李承军.水电站群长期优化调度研究.华中理工大学，1998，6
34. 林蜂、戴国瑞，库群优化调度的随机动态规划参数迭代法.武汉水利电力学院学报，1989，8
35. 李爱玲.黄河上游梯级水电站群兴利随机优化调度模型.河海大学，6
36. 黄守信等.多库联合优化调度的多维随机动态规划法.水电能源科学，6（2），1988
37. 张玉新、冯尚友.多目标动态规划逐次迭代算法.武汉水利电力学院学报，6，1988
38. 姚华明等. 水库群最优调度函数研究.水电能源科学，8（1），1990
39. 俞玉森等.数学规划的原理和方法.华中理工大学出版社，1993
40. 袁亚湘、孙文瑜.最优化理论与方法.科学出版社，1997
41. 周明、孙树栋.遗传算法原理及应用.国际工业出版社，1999
42. 马光文、王黎.遗传算法在水电站优化调度中的应用.水科学进展，1997（9）
43. 畅建霞、黄强、王义民.水电站水库优化调度几种方法的探讨.水电能源科学，2000（9）
44. 水利部长江流域规划办公室.综合利用水库调度.水利电力出版社，1990（3）
45. 王小平、曹立民.遗传算法理论、应用与软件实现.西安交通大学出版社，2002（1）
46. 张晓缋、戴冠中、徐乃平.一种新的优化搜索算法—遗传算法.控制理论与应用，1995（3）
47. 恽为民、席裕庚.遗传算法的运行机理分析.控制理论与应用，1996（6）
48. 恽为民、席裕庚.遗传算法的全局收敛性和计算效率分析.控制理论与应用，1996（8）
49. 孟庆春、贾培发.关于Genetic算法的研究及应用现状.清华大学学报（自然科学版），1995（5）
50. 焦李成、保铮.进化计算与遗传算法.系统工程与电子技术，1995（6）
51. 王大刚，程春田、李敏.基于遗传算法的水电站优化调度研究.华北水利水电学院学报，2001（3）
52. 邱林、陈守煜.水电站水库实时优化调度模型及其应用.水利学报，1997，3，74-77
53. 周晓阳、马寅午、张勇传.梯级水库的参数辩识型优化调度方法（Ⅰ）、（Ⅱ）.水利学报，1999，9，1-19
54. 王兴菊、赵然杭.水库多目标优化调度理论及其应用研究.水利学报，3003，3，104-109
55. 赖红松、董品杰、祝国瑞.求解多目标规划问题的Pareto多目标遗传算法.系统工程.2003，9，24-28
56. ChaoLunBaGen, Nathan Buras. Solution of the Groundwater Inventory Problem to the Desert Basin Using Stochastic Dynamic Programming . Science Repot of Arizona University USA.1988
57. ChaoLunBaGen, ZhuZhongYuan. A Study on Protecting Groundwater Resource from Oven-Pumping in the Charhatan Desert Groundwater Simulation. 南京大学出版社,1991
58. Buras. N. Conjunctive operation of dams and aquifers J. Hydraulic D: U Aimer Soc Civil Eng, 1989,6
59. Bellman，R. E. Dynamic Programming. Princeton Jersey：Princeton University Press，1957
60. Masse P.B.P les reserves et la Regulation de L Venire dams la Vic Economic, Hermann and Cie Paris, 1946
61. Little J. D. C., The use of storage water in a hydroelectric system, Opera. Res., 3,187-197,1955
62. Youny, G. K., Finding reservoir operating rules. J. Hydraulic. Div. Am. Soc. Civ. Eng., 93 (HY6) 297-321,1967
63. Howson. H. R., and N. G. Sancho, A new algorithm for the solution of multistage dynamic programming problems, math Program, Vol.8, No.1, 1975
64. Butcher. W., Stochastic dynamic programming for optimum reservoir operation, Water Resour.Bull.,7(1),115-123,1971
65. S. M. Ross, Introduction to Stochastic Dynamic Programming, Academic Press, 1983
66. W. W. G. Yen. Reservoir Management and Operations Model: A State-of-the-Airt Review. Water Resources Research 1985,21(12)
67. Dragon AN S, Godfreg A W. algorithms for least-cost design of water distribution networks J. Water Resource. Ping. And Mgmt, ASCE, 1997, 123(2): 67-77.
68. Halvah D, Walter G A, Ouazer D, etc. Water network rehabilitation with structured messy genetic algorithm. J. Water Rescuer. Ping. And Mime, ASCE, 1997, 123(2): 137-146
69. Robin Wardlaw, Mold Sharif. Evaluation of Genetic Algorithms for Optimal Resources. Journal of Water Resource Planning and Management, 1999,125(1): 25-33.
70. Fonseca C M, Fleming P J. Multi-objective optimization and multiple constraints handling with evolutionary algorithms－Part Ⅰ: a unified formulation. IEEE Transactions on systems, Man and Cybernetics, 1998, 28(1): 26-37
71. Scott E. Cieniawski, J. Wayland Eheart, and S. Ranjithan. Using genetic algorithms to solve a Multi-objective groundwater-monitoring problem. Water Resource Research. 1995,31(2), 399-409
2. 朝伦巴根等.水文水资源水环境管理程序库.科研报告. 内蒙古农业大学，1993，12
3. 朝伦巴根、高新科. 计算机数值方法程序集.内蒙古农业大学，1994，10
4. 朝伦巴根、刘廷玺.水资源管理. 内蒙古农业大学，1988
5. 冯尚友.多目标决策理论、方法与应用.武汉：华中理工大学出版社，1990.
6. 游进军、纪昌明、付湘.基于遗传算法的多目标问题求解方法.水利学报, 2003，(7) ：64-69
7. 方红远、邓玉梅、董增川.多目标水资源系统运行决策优化的遗传算法. 水利学报，2001，(9)：22-27
8. 高新科、朝伦巴根.计算机数值方法.水利电力出版社，1994，9
9. 金菊良、丁晶.水资源系统工程.成都：四川科学技术出版社，2002
10. 工程水文及水利计算.高等学校教材.水利出版社，1980，9
11. 刘保碇、赵瑞清.随机规划与模糊规划.北京清华大学出版社，1998，15-36
12. 唐爱华、韩志刚、庄淑贞.水库群—灌区水资源系统联合运行优化的一种算法.合肥工业大学
13. 叶秉如等.红水河梯级优化调度的多次动态规划和空间分解算法. 红水河水电最优开发数学模型研究论文集，1988，12
14. 谢新民、周知豪.混联水电站水库群系统优化调度问题研究.水电能源科学.1992，Vol.10（2）
15. R.A.霍华特.动态规划与马尔柯夫过程.李为政等译.上海科技出版社，1960
16. 谭维炎、黄守信等. 应用随机动态规划进行水电站水库最优调度.水利学报，1982，7
17. 张勇传等.水电站水库群优化调度方法研究.水利发电，1981，11
18. 张勇传主编. 优化调度理论在水库调度中的应用.湖南科技出版社，1985
19. 张勇传等.水库群随机优化调度新算法—RBSI法.水电能源科学，1990，1
20. 张勇传等.水库群优化调度规则函数.水电能源科学，6（1），1988
21. 张勇传.多阶段决策问题POA算法收敛于最优解问题.水电能源科学，18（1），1990
22. 董子傲、李英.大规模水电站群随机优化补偿调节调度模型.水利发电学报，1991，3
23. 董子傲编著，水库群调度与规划的优化理论和应用.山东科技出版社，1989
24. 武小悦、施熙灿等. 水电站水库群长期联合优化调度.1996，6
25. 邓育仁.年径流序列统计性质和随机模拟的初步研究.人民长江，1986，3
26. 丁晶、邓育仁.随机水文学.成都科技大学出版社，1988，11
27. 陈惠源等.径流随机过程描述有关问题的探讨.武汉水电学院学报，1989，4
28. 孙汉贤、王锐琛.黄河上游径流随机模拟及其初步应用.水文，1986，5
29. 魏强.电力系统梯级电站长期优化调度理论、方法和应用研究.华中理工大学，1997，6
30. 王白陆.小流域洪水预报及综合利用水库优化调度的应用研究.大连理工大学.2003，6
31. 黄强.径流描述方法对水库优化调度的影响.水电能源科学.1990，3
32. 黄强等.黄河干流水库联合调度模拟优化模型及人机对话算法.水利学报，1997，4
33. 李承军.水电站群长期优化调度研究.华中理工大学，1998，6
34. 林蜂、戴国瑞，库群优化调度的随机动态规划参数迭代法.武汉水利电力学院学报，1989，8
35. 李爱玲.黄河上游梯级水电站群兴利随机优化调度模型.河海大学，6
36. 黄守信等.多库联合优化调度的多维随机动态规划法.水电能源科学，6（2），1988
37. 张玉新、冯尚友.多目标动态规划逐次迭代算法.武汉水利电力学院学报，6，1988
38. 姚华明等. 水库群最优调度函数研究.水电能源科学，8（1），1990
39. 俞玉森等.数学规划的原理和方法.华中理工大学出版社，1993
40. 袁亚湘、孙文瑜.最优化理论与方法.科学出版社，1997
41. 周明、孙树栋.遗传算法原理及应用.国际工业出版社，1999
42. 马光文、王黎.遗传算法在水电站优化调度中的应用.水科学进展，1997（9）
43. 畅建霞、黄强、王义民.水电站水库优化调度几种方法的探讨.水电能源科学，2000（9）
44. 水利部长江流域规划办公室.综合利用水库调度.水利电力出版社，1990（3）
45. 王小平、曹立民.遗传算法理论、应用与软件实现.西安交通大学出版社，2002（1）
46. 张晓缋、戴冠中、徐乃平.一种新的优化搜索算法—遗传算法.控制理论与应用，1995（3）
47. 恽为民、席裕庚.遗传算法的运行机理分析.控制理论与应用，1996（6）
48. 恽为民、席裕庚.遗传算法的全局收敛性和计算效率分析.控制理论与应用，1996（8）
49. 孟庆春、贾培发.关于Genetic算法的研究及应用现状.清华大学学报（自然科学版），1995（5）
50. 焦李成、保铮.进化计算与遗传算法.系统工程与电子技术，1995（6）
51. 王大刚，程春田、李敏.基于遗传算法的水电站优化调度研究.华北水利水电学院学报，2001（3）
52. 邱林、陈守煜.水电站水库实时优化调度模型及其应用.水利学报，1997，3，74-77
53. 周晓阳、马寅午、张勇传.梯级水库的参数辩识型优化调度方法（Ⅰ）、（Ⅱ）.水利学报，1999，9，1-19
54. 王兴菊、赵然杭.水库多目标优化调度理论及其应用研究.水利学报，3003，3，104-109
55. 赖红松、董品杰、祝国瑞.求解多目标规划问题的Pareto多目标遗传算法.系统工程.2003，9，24-28
56. ChaoLunBaGen, Nathan Buras. Solution of the Groundwater Inventory Problem to the Desert Basin Using Stochastic Dynamic Programming . Science Repot of Arizona University USA.1988
57. ChaoLunBaGen, ZhuZhongYuan. A Study on Protecting Groundwater Resource from Oven-Pumping in the Charhatan Desert Groundwater Simulation. 南京大学出版社,1991
58. Buras. N. Conjunctive operation of dams and aquifers J. Hydraulic D: U Aimer Soc Civil Eng, 1989,6
59. Bellman，R. E. Dynamic Programming. Princeton Jersey：Princeton University Press，1957
60. Masse P.B.P les reserves et la Regulation de L Venire dams la Vic Economic, Hermann and Cie Paris, 1946
61. Little J. D. C., The use of storage water in a hydroelectric system, Opera. Res., 3,187-197,1955
62. Youny, G. K., Finding reservoir operating rules. J. Hydraulic. Div. Am. Soc. Civ. Eng., 93 (HY6) 297-321,1967
63. Howson. H. R., and N. G. Sancho, A new algorithm for the solution of multistage dynamic programming problems, math Program, Vol.8, No.1, 1975
64. Butcher. W., Stochastic dynamic programming for optimum reservoir operation, Water Resour.Bull.,7(1),115-123,1971
65. S. M. Ross, Introduction to Stochastic Dynamic Programming, Academic Press, 1983
66. W. W. G. Yen. Reservoir Management and Operations Model: A State-of-the-Airt Review. Water Resources Research 1985,21(12)
67. Dragon AN S, Godfreg A W. algorithms for least-cost design of water distribution networks J. Water Resource. Ping. And Mgmt, ASCE, 1997, 123(2): 67-77.
68. Halvah D, Walter G A, Ouazer D, etc. Water network rehabilitation with structured messy genetic algorithm. J. Water Rescuer. Ping. And Mime, ASCE, 1997, 123(2): 137-146
69. Robin Wardlaw, Mold Sharif. Evaluation of Genetic Algorithms for Optimal Resources. Journal of Water Resource Planning and Management, 1999,125(1): 25-33.
70. Fonseca C M, Fleming P J. Multi-objective optimization and multiple constraints handling with evolutionary algorithms－Part Ⅰ: a unified formulation. IEEE Transactions on systems, Man and Cybernetics, 1998, 28(1): 26-37
71. Scott E. Cieniawski, J. Wayland Eheart, and S. Ranjithan. Using genetic algorithms to solve a Multi-objective groundwater-monitoring problem. Water Resource Research. 1995,31(2), 399-409
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