水利关系到国计民生.doc

水利关系到国计民生，水利是国民经济的重要部门之一，在国民经济中具有举足轻重的地位，它为现代工业、现代农业、现代科学技术提供必不可少的保障，它和我们的日常生活息息相关。水利的发展必须优先于其它工业部门，整个国民经济才能不断前进。建国以来，我国的水利建设己经取得了令世人瞩目的成就，水利发展异常迅猛，水利设施的修建，大型水利枢纽的建设，南水北调工程，水利网络的建设，由零星的网络，逐渐发展成全国统一调配的水利大网。洪水灾害是我国与世界上大多数国家常见的严重自然灾害之一。由暴雨、融雪、冰凌、山洪、泥石流、海啸、风暴潮，以及已建水利工程溃坝等造成的灾害，通称洪水灾害。我国属于太平洋和印度洋季风影响的季风气候区，全年60-80%的降雨量集中在汛期，暴雨洪水造成的灾害是我国主要的洪水灾害。如何防治水害，提高防洪减灾能力，至关重要。防洪是一项复杂而艰巨的任务。日前解决洪水问题，其一是采用综合治理的方针，合理安排蓄、泄、滞、分的工程措施；其二是为了减少洪泛区洪灾损失，采取颁布和实施法令、政策及防洪工程以外的技术手段等方面的非工程措施。非工程措施可粗略分为:(1)洪泛平原管理，包括洪泛平原区划:(2)紧急措施，如:洪水预报和警报、建筑物防洪、抗洪抢险、临时疏散；(3)通过救济、恢复、以及洪水保险来分担洪水损失；(4)制订洪灾损失预防计划。非工程措施目前正为许多受洪水威胁的国家所采用，但通常是与工程措施相配合的。工程和非工程防洪措施的选择和配合取决于一个国家的政治、社会和经济情况，因而政府的政策对防洪措施的选择起相当的指导作用。工程措施受自然、技术、经济等条件的限制，非工程措施的使用就显得尤为重要，虽然仍不能完全制止所有的洪水灾害或杜绝一切洪灾损失，但可以通过管理和技术手段充分发挥措施的蓄、泄、滞、分等作用，尽可能的减少洪灾损失，保障国家人民生命财产安全，例如在美国密西西比河流域1993年的特大洪水灾害中，非工程防洪措施取得了显著的成效，这就是近几年来国内外学者十分重视非工程防洪措施的原因2。而在洪水期，洪水预报和警报、建筑物防洪、抗洪抢险、临时疏散是最重要的非工程措施。因此，在新技术突飞猛进的今天，如何利用新理论新技术，研究适合当代新技术特点的水库洪水调度系统，提高防洪决策水平，具有重要的理论价值和重大的经济和社会价值，其意义深远2从30年代开始，一些重要成果的出现，标志着水文预报科学从经验科学的转变，从而形成当今形态的起点。1931年，Horton提出了下渗5年-1938年，McCarthy总结了以“马斯京根法”著称的洪水演算预8年，Snyder提出了对短缺资料地区使用综合单位线的预报方法。这今的基本洪水预报技术3。50年代，由于系统理论的引入，洪水预趋于理论上的成熟。它经历了一个从个别方法的借用逐步到理论体。最初发现的是谢尔曼单位线与系统响应函数定义的一致性，于是离线识别算法推求单位线。1949年，Linsley,Snyder及Body等相用最小二乘法推求单位线。1964年，Levi和Valdes应用傅里p-卜变线。1965年，Dooge建议用拉盖尔系数代替调和系数推求单位线。leson建立了降雨一径流传递函数模型，使用维纳-霍夫方程的求解单位线。由于模拟模型绝大多数是着眼于水文现象客观规律的揭示，难以考时变特性和随机因素的影响，随着计算机技术和控制论理论的发展报技术相继出现，并得到了迅猛发展。系统动态识别及卡尔曼滤波tering)就是这类方法的典型4。在洪水实时预报方法研究上，最著名的学者是Todini。他在20世纪出了约束线性系统(CLS)、约束参数估计技术、降雨径流的片尔曼滤3应状态与参数估计算法、水文时间序列实时预报的状态模型、交互数(MISP)估计方法等系列概念、方法和模型，并建立了第一个具有的洪水预报模型，并与各国学者合作进行了许多实例应用研究。虽在算法收敛性、与约束线性系统的适配等方面存在不足之处，但对报技术的发展仍具有重大的意义5。国内关于现代洪水预报技术的研究起步较晚。1978年以后，我国水国际水文界的学术联系，逐步了解了国外研究的最新成果，许多学间内，通过引入和完善国外先进水文技术，取得了多项研究成果。了斯坦福W号模型、萨克拉门托模型在我国的应用进行研究，及两分析研究；袁作新、吴建春针对原IV号斯坦福模型在线性坡面出流可能出现死循环的弊病，进行了改进研究；朱希贤将水箱模型的连次洪进行预报研究6；葛守西提出了用罚函数法推求符合水文学意位线方法；夏军研究了罚函数法实现在水量平衡、响应函数非负约xner正交函数逼近，从而实现系统识别；张文尧等开展了我国第一统的试验研究；葛守西提出了线性系统的三种模型差分方程、响应间方程能够互换的理论，从而实现了汇流方法研究中线性模的统一洪水预报技术具有重要的理论和实际意义7。在实时预报技术领域，葛守西针对MISP算法存在的问题，提出了一在线识别、衰减记忆卡尔曼滤波和匹配法自适应滤波联合运用的算等使用了对模型误差协方阵递推处理的Sage和Hus。的极大后验次自适应卡尔曼滤波算法，并配合引用了托迪尼的MISP算法应用研究参数进行滤波校正对提高预报精度起关键作用9；夏军提出采用凋滤波方法，以解决洪水预报中卡尔曼滤波器的两种误差协方阵的估西将匹配法自适应卡尔曼滤波应用到一般线性汇流模型上，并在均建议了一种新算法，朱杰等通过实例应用表明，该算法较马斯京根方西通过分析广义ARMA和ARMAX模型的经典识别方法，提出了汇流系的基本算法。通过以上前期的国外先进技术的引进与吸收探索，到目在现代洪水预报基础理论和应用研究方面，取得了许多填补国内研。4赵人俊提出用线性水库模型描述集总汇流系统，并将它们视作时变函数，以便处理非线性作用，且导出了参数的计算公式10。对于新的率定，包为民首次在国内进行了大型概念性水文模型多参数自动针对模型的结构和参数设置，赵人俊等分析了参数的独立性与敏感分为四类(蒸散发、产流、分水源和汇流)，建议使用分属层次的调使16个参数能合理地优化率定，这种优选率定更切合水文模型的实将蓄满产流模型和CLS模型结合，提出了CLSN模型，并应用于汉江用新安江模型进行产流的计算对CLS模型再次进行改进，并用于汇了SCLS模型11。葛守西将卡尔曼滤波算法与蓄满产流模型结合，使性水文模型实现实时校正技术上突破，彻底解决了计算谢尔曼单位存在的单位线纵坐标的振荡问题；张恭肃提出了确定性水文预报模报结合的实时校正方法，经七个流域试验，取得了较好的改进预报将灰色系统理论引入到水文模型中，进行了从水文非线性系统的定、识别方法的特点和原则等方面基础性的理论研究，建议了一种灰型作为降雨一径流过程的系统数学模型。.2.洪水调度国外关于水库防洪调度的研究起步较早，始于20世纪初，当时由于文站的兴建，促进了河川径流理论的发展，水库调度学科随之得到迅的防洪调度主要是半经验、半理论的方法，即通过防洪控制图来进行意到前期水文气象因素(如温度、降雨等)对预留防洪库容的影响12代末期，随着遥感、遥测、电算技术在水库调度领域的应用，对于管理水平取到了极大的推动作用13。1961年日本在大河流域设立了所，着眼于流域开展洪水调度，取得了显著的防洪效益。随着科学电子计算机的出现，国外逐步引入优化理论开展洪水调度理论研究单库优化调度研究70年代初，国外开始进行水库群方面的优化调度2年南非学者Janison和Wickson，以预报洪水作为输入、发电量最大动态规划原理确定一次洪水的最优调度方案。进入80年代，水库防理论与应用中都有了新发展国外在大河流上普遍应用高新技术进行5度，建立了较为完整的遥感遥测系统，形成了以计算机网络为核心预警、优化调度的统一系统。在理论和模型研究方面，1983年.WasimilIas应用离散线性二次最优控制方法寻求水库系统的运行策型在洪水预报和水库调度等方面都进行了较多简化应用效果不太理Yazigil.H.等为Green River BasinEl471应用线性规划，建立了一期实时调度模型，其基本思想就是根据不断更新的洪水预报信息，行决策15。90年代后期国外开始注重工程措施和非工程措施联合的。我国系统开展防洪调度理论研究起步较晚，通过消化吸收国外先进度理论方面的研究工作得到了长足的发展，特别是20世纪80年代优到了充分的重视，并运用到防洪调度研究中16。1983年虞锦江提出报的最大可能洪水概念，建立了水电站水库洪水优化控制模型，其分:预报洪水过程和概率可能洪水，应用动态规划原理，以一次洪为目标制定水库最优调度方案，1987年他与管家宝又提出了梯级水调度模型17。1985年，王厥谋考虑了分洪区顺序、河道洪水变形及题，建立了水库防洪优化调度模型及线性规划求解方法，由于模型的入流资料，从而限制了该模型的应用。1987年胡振鹏、冯尚友在系统联合运行时，以分洪量和防洪库容最小为目标进行实时预报调统进行防洪、兴利、风险的多目标分析，提出了防洪系统联合运行型，并提出了“预报-决策-实施”的前向卷动决策方法18。1988年煌等利用模糊优化调度方法对大伙房水库进行优化调度19。同年，源以黄河下游防洪系统为背景，研究了并联水库防洪系统优化问题逐次优化算法模型，该模型由三阶段子模型和跨阶段子模型组成，取的防护点过程的峰值最小为目标函数，在解决河道水流滞后影响益的尝试。1989年，李春生、陈惠源研究了下游不分洪情况下的两系统洪水最优调度问题和汉江中下游防洪系统实时优化调度问题20本德等提出了以泄流设备应用状况或泄流量作为决策变量的水库(模糊优选调度模型。1994年河海大学黄志中、周之豪等利用大系统论进行了水库实时防洪调度研究21。1995年，陈惠源等建立了三峡防洪系统联合调度模型，该模型应用系统分析的方法，根据大系统了线性规划与动态规划相结合的防洪系统联合运行迭代算法，有效统中“维数灾”的问题。1995年，河海大学的杨侃等以网络理论为长江防洪系统的实时调度，建立了长江防洪系统的时空网络模型22张勇传、马寅午采用防洪系统洪水分类预测优化调度方法建立了洪体控制模型，该模型对历史洪水资料进行聚类分析，将洪水流量过型，采用归纳演绎的方法对未来洪水做出分类预测，针对不同类型度规则进行实时调度。1998年至2000年，付湘、纪昌明开展了洪灾及水库汛期调度的最大洪灾风险率等方面的风险分析研究23。9随着社会的进步，技术的不断革新，原有防洪调度系统的缺陷日益显现，需要研究新的方法、新的途径去满足当代防洪调度决策的需要。它们存在的问题主要是:多年来，防汛部门和水库管理部门，先后引进国外先进技术或委托国内有关科研、院校，开展了大量有关水库非工程防洪措施的研究，获得了许多理论和应用成果，发挥了较大的防洪效益。但从研究和开发的现状来看，由于参与研究设计与开发的单位较多，各单位开发人员水平差距大，面及软硬件环境标准不一致，标准不统一，相互间缺乏协调，使系统结构、功能、界集成一个较为完整的系统难度很大，难以获得全面的预报和调度信息，既不利于防洪的统一调度决策，各级防汛指挥部门又影响了水库防洪效益的发挥。尤其是当集成的环境从原有的内部局域或者私有专用的网络转移到Internet上，从原有的封闭的内部的集成转变为开放的外部的集成时，不同系统之间不同的系统平台、实现机制、实现标准等等各种差异造成了集成异常的困难。已有的那些用于分布式系统的技术或者标准，如DOOM,CORBA,E DI等等，他们的实现有着自身或多或少的缺陷或者不足:有的其设计的体系内部各系统之间的互相关系过于紧密，对于异构系统之间的相互作用效果不是很好，如CORBA和DCOM，或者因为自身的实现标准的私有化和过于复杂而导致难以被广泛采用，如EDIO水库防洪调度系统是一个典型的水利行业应用软件，由于水资源在地理上存在分布性和跨度性，还受到时间的影响，使得系统软件必须具有分布、松散的特点。同时，软件需要在分布的地理空间和多层次的行政区划内共享数据和信息，并且许多应用存在相同或相似的业务逻辑。但是由于水利行业自身的特点，难以实现如其他行业集中统一的软件开发模式，应用系统开发呈现出重复性、复杂性、孤立性和难维护性，系统间的信息共享和集VB程序的特点和优越性，主要表现在三个方面：第一，VB可以包含一个或多个窗体，或者是一个主窗体和多个子窗体，类似于操作系统的样子。有很少功能的对话框窗口（比如没有最大化和最小化按钮的窗体）可以用来提供弹出功能。第二，VB使用参数计算的方法来进行垃圾收集，这个方法中包含有大量的对象，提供基本的面向对象支持。第三，VB使得大量的外界控件有了自己的生存空间。大量的第三方控件针对VB提供。VB也提供了建立、使用和重用这些控件的方法，但是由于语言问题，从一个应用程序创建另外一个并不简单。1 、选择VB程序设计VB程序的特点和优越性，主要表现在三个方面：第一，VB可以包含一个或多个窗体，或者是一个主窗体和多个子窗体，类似于操作系统的样子。有很少功能的对话框窗口（比如没有最大化和最小化按钮的窗体）可以用来提供弹出功能。第二，VB使用参数计算的方法来进行垃圾收集，这个方法中包含有大量的对象，提供基本的面向对象支持。第三，VB使得大量的外界控件有了自己的生存空间。大量的第三方控件针对VB提供。VB也提供了建立、使用和重用这些控件的方法，但是由于语言问题，从一个应用程序创建另外一个并不简单。2、选择人工神经网网络方法设计人工神经网络的特点和优越性，主要表现在三个方面： 第一，具有自学习功能。例如实现图像识别时，只在先把许多不同的图像样板和对应的应识别的结果输入人工神经网络，网络就会通过自学习功能，慢慢学会识别类似的图像。自学习功能对于预测有特别重要的意义。第二，具有联想存储功能。用人工神经网络的反馈网络就可以实现这种联想。 第三，具有高速寻找优化解的能力。寻找一个复杂问题的优化解，往往需要很大的计算量，利用一个针对某问题而设计的反馈型人工神经网络，发挥计算机的高速运算能力，可能很快找到优化解。3、选择SOA集成模型通信：Web Service技术以其互操作性、普遍性、易于使用、行业支持、完好的封装性以及高度可集成能力得到广大厂商和技术人员的认可它被业界认为是继PC和Internet之后计算机IT技术的第三次革命，它将成为下一代分布式系统的核心Web Service的主要目标就是在现有的各种异构平台的基础上构筑一个通用的与平台无关、语言无关的技术层，各种不同平台之上的应用,依靠这个技术层来实施彼此的连接和集。面向服务