本發(fā)明涉及水利水電工程施工導(dǎo)流方案決策技術(shù)，特別涉及一種考慮上游水電站控泄的施工導(dǎo)流方案決策方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著西南地區(qū)諸多流域梯級(jí)水電站建設(shè)的不斷推進(jìn)，如雅礱江流域、大渡河流域、金沙江流域等，越來(lái)越多的水電工程建設(shè)面臨上游已建水電站的控泄影響。然而，這種情況下，施工導(dǎo)流方案牽扯不同的利益主體(即上游水電站與下游水電站)，不同利益主體的信息不對(duì)稱(chēng)，價(jià)值取向、決策偏好不同。比如上游水電站更重視電站本身的發(fā)電效益，下游水電站更重視如何減小汛期導(dǎo)流流量。隨著水電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈程度的提高，協(xié)調(diào)處理好各方面的利益關(guān)系，維護(hù)流域整體利益，促進(jìn)流域協(xié)調(diào)發(fā)展成為目前梯級(jí)水電站工程建設(shè)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。

但是，現(xiàn)有施工導(dǎo)流方案決策技術(shù)大多集中于在建水電站的初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選擇上，無(wú)法兼顧上游水電站的利益與偏好，難以實(shí)現(xiàn)流域開(kāi)發(fā)各方利益的協(xié)調(diào)與整體效益的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)中難以兼顧上游水電站的利益與偏好而存在的不足，提出一種考慮上游水電站控泄的施工導(dǎo)流方案決策方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種考慮上游水電站控泄的施工導(dǎo)流方案決策方法，包括以下步驟：

a.選取考慮上游水電站控泄的施工導(dǎo)流方案的決策指標(biāo)，并進(jìn)行計(jì)算分析；

b.由上、下游水電站根據(jù)各自利益分別推薦施工導(dǎo)流方案；

c.由上、下游水電站根據(jù)自身偏好賦予各指標(biāo)權(quán)重向量，并建立各自的方案評(píng)價(jià)函數(shù)；

d.基于協(xié)商對(duì)策及優(yōu)化理論，采用兩階段規(guī)劃方法求解，得出理想狀態(tài)最優(yōu)解；

e.對(duì)上、下游水電站的決策指標(biāo)矩陣和理想狀態(tài)最優(yōu)解進(jìn)行歸一化處理；

f.根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覐牧饔蛘w利益出發(fā)賦予各目標(biāo)的權(quán)重向量，采用模式識(shí)別理論方法求解最優(yōu)施工導(dǎo)流方案。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟a中，選取考慮上游水電站控泄的施工導(dǎo)流方案的決策指標(biāo)，具體方法包括：選取上游水電站的汛限水位和下游水電站的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的組合作為導(dǎo)流方案集；以U代表上游水電站，以D代表下游水電站，設(shè)x₁,x₂,...,x_n為U、D雙方共同關(guān)注的決策指標(biāo)。決策指標(biāo)為：上游水電站的淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)損失和期望發(fā)電量，以及下游水電站的圍堰施工強(qiáng)度、導(dǎo)流工程投資、潰堰風(fēng)險(xiǎn)損失指標(biāo)值。對(duì)于具體指標(biāo)的計(jì)算方法為現(xiàn)有技術(shù)，可參考張超(2014)《基于上-下游水電站協(xié)商定權(quán)的施工導(dǎo)流方案決策模型》一文中提供的計(jì)算方法，這里不再贅述。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟b中，以U代表上游水電站，以D代表下游水電站，設(shè)x₁,x₂,...,x_n為U、D雙方共同關(guān)注的指標(biāo)。設(shè)U、D均向流域公司M推薦n個(gè)備選導(dǎo)流方案，每個(gè)方案都包含m個(gè)指標(biāo)，方案決策指標(biāo)集分別為U_n＝(u_ij)_n×m和D_n＝(d_ij)_n×m，其中：u_ij、d_ij分別為U、D推薦的第i個(gè)導(dǎo)流方案的第j個(gè)目標(biāo)值，其中i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟c中，所述由上、下游水電站根據(jù)自身利益及偏好賦予各指標(biāo)權(quán)重向量，并建立各自的方案評(píng)價(jià)函數(shù)的具體方法包括：設(shè)U和D賦予各決策指標(biāo)的權(quán)重向量分別為：μ＝(μ₁,μ₂,…,μ_m)^T、γ＝(γ₁,γ₂,…,γ_m)^T。

構(gòu)造U、D的方案評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)于效益型指標(biāo)，有：

對(duì)于成本型指標(biāo)，有：

得到U和D的方案綜合評(píng)價(jià)函數(shù)分別為：

作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟d中，基于協(xié)商對(duì)策理論與優(yōu)化理論方法，采用兩階段規(guī)劃方法求解，以兼顧上、下游水電站雙方利益均衡和整體利益最大化為原則，第一階段的效用均衡規(guī)劃模型為：

促進(jìn)上、下游水電站雙方進(jìn)一步提高整體效益，第二階段的邊際效用規(guī)劃模型為：

通過(guò)兩階段規(guī)劃，由雙方提供的信息可得到雙方均可接受的理想方案的目標(biāo)狀態(tài)，即理想解為θ＝(θ₁,θ₂,…,θ_m)^T。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟e中，首先對(duì)U、D的指標(biāo)矩陣和理想解θ進(jìn)行歸一化處理，其中和則效益型目標(biāo)，歸一化公式為：

成本型目標(biāo)，歸一化公式為：

作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟f中，根據(jù)有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?，從流域整體利益角度出發(fā)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)與專(zhuān)業(yè)判斷賦予各指標(biāo)權(quán)重向量ω＝(ω₁,ω₂,…,ω_m)^T，計(jì)算各方案對(duì)理想解θ的貼近度分別為：

基于模式識(shí)別理論方法，從U和D提供的方案中選擇一個(gè)最為接近理想解的方案，即以opt＝max{s_u1,s_u2,…s_un,s_d1,s_d2,…,s_dn}作為最優(yōu)的施工導(dǎo)流方案。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與有益效果是：(1)提出了一種考慮上游水電站控泄影響的導(dǎo)流方案決策方法，決策過(guò)程中同時(shí)考慮了上游水電站與下游水電站的利益及偏好。(2)實(shí)現(xiàn)了施工導(dǎo)流方案的優(yōu)化決策，兼顧了上、下游水電站雙方利益均衡和整體利益最大化，決策過(guò)程更加符合工程實(shí)際。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中考慮上游水電站控泄的施工導(dǎo)流方案決策方法流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明旨在針對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)流方案技術(shù)中無(wú)法兼顧上游水電站的利益與偏好而存在的不足，提出一種考慮上游水電站控泄的施工導(dǎo)流方案決策方法，如圖1所示，該方法包括以下步驟：

a.選取考慮上游水電站控泄的施工導(dǎo)流方案的決策指標(biāo)，并進(jìn)行計(jì)算分析。

本發(fā)明選取考慮上游水電站控泄的施工導(dǎo)流方案的決策指標(biāo)，具體方法包括：選取上游水電站的汛限水位和下游水電站的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的組合作為導(dǎo)流方案集；以U代表上游水電站，以D代表下游水電站，設(shè)x₁,x₂,...,x_n為U、D雙方共同關(guān)注的決策指標(biāo)。決策指標(biāo)為：上游水電站的淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)損失和期望發(fā)電量，以及下游水電站的圍堰施工強(qiáng)度、導(dǎo)流工程投資、潰堰風(fēng)險(xiǎn)損失指標(biāo)值。對(duì)于具體指標(biāo)的計(jì)算方法為現(xiàn)有技術(shù)，可參考張超(2014)《基于上-下游水電站協(xié)商定權(quán)的施工導(dǎo)流方案決策模型》一文中提供的計(jì)算方法，這里不再贅述。

b.由上、下游水電站根據(jù)各自利益分別推薦施工導(dǎo)流方案。

本發(fā)明以U代表上游水電站，以D代表下游水電站，設(shè)x₁,x₂,...,x_n為U、D雙方共同關(guān)注的指標(biāo)。設(shè)U、D均向流域公司M推薦n個(gè)備選導(dǎo)流方案，每個(gè)方案都包含m個(gè)指標(biāo)，方案決策指標(biāo)集分別為U_n＝(u_ij)_n×m和D_n＝(d_ij)_n×m，其中：u_ij、d_ij分別為U、D推薦的第i個(gè)導(dǎo)流方案的第j個(gè)目標(biāo)值，其中i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n。

c.由上、下游水電站根據(jù)自身偏好賦予各指標(biāo)權(quán)重向量，并建立各自的方案評(píng)價(jià)函數(shù)。

本發(fā)明由上、下游水電站根據(jù)自身利益及偏好賦予各指標(biāo)權(quán)重向量，并建立各自的方案評(píng)價(jià)函數(shù)的具體方法包括：設(shè)U和D賦予各決策指標(biāo)的權(quán)重向量分別為：μ＝(μ₁,μ₂,…,μ_m)^T、γ＝(γ₁,γ₂,…,γ_m)^T。

構(gòu)造U、D的方案評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)于效益型指標(biāo)，有：

對(duì)于成本型指標(biāo)，有：

得到U和D的方案綜合評(píng)價(jià)函數(shù)分別為：

d.基于協(xié)商對(duì)策及優(yōu)化理論，采用兩階段規(guī)劃方法求解，得出理想狀態(tài)最優(yōu)解；

本發(fā)明基于協(xié)商對(duì)策理論與優(yōu)化理論方法，采用兩階段規(guī)劃方法求解，以兼顧上、下游水電站雙方利益均衡和整體利益最大化為原則，第一階段的效用均衡規(guī)劃模型為：

促進(jìn)上、下游水電站雙方進(jìn)一步提高整體效益，第二階段的邊際效用規(guī)劃模型為：

通過(guò)兩階段規(guī)劃，由雙方提供的信息可得到雙方均可接受的理想方案的目標(biāo)狀態(tài)，即理想解為θ＝(θ₁,θ₂,…,θ_m)^T。

e.對(duì)上、下游水電站的決策指標(biāo)矩陣和理想狀態(tài)最優(yōu)解進(jìn)行歸一化處理；

本發(fā)明首先對(duì)U、D的決策指標(biāo)矩陣和理想解θ進(jìn)行歸一化處理，其中和則效益型目標(biāo)，歸一化公式為：

成本型目標(biāo)，歸一化公式為：

f.根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覐牧饔蛘w利益出發(fā)賦予各目標(biāo)的權(quán)重向量，采用模式識(shí)別理論方法求解最優(yōu)施工導(dǎo)流方案。

本發(fā)明根據(jù)有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥瑥牧饔蛘w利益角度出發(fā)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)與專(zhuān)業(yè)判斷賦予各指標(biāo)權(quán)重向量ω＝(ω₁,ω₂,…,ω_m)^T，計(jì)算各方案對(duì)理想解θ的貼近度分別為：

基于模式識(shí)別理論方法，從U和D提供的方案中選擇一個(gè)最為接近理想解的方案，即以opt＝max{s_u1,s_u2,…s_un,s_d1,s_d2,…,s_dn}作為最優(yōu)的施工導(dǎo)流方案。

下面以一個(gè)具體的實(shí)例描述本發(fā)明的實(shí)施方案：

以本發(fā)明在某流域梯級(jí)水電工程開(kāi)發(fā)中實(shí)施為例，某流域已建水庫(kù)A，是一座以發(fā)電和防洪為主的綜合應(yīng)用水電工程。目前，正規(guī)劃建設(shè)位于水庫(kù)A下游的梯級(jí)水電工程B，其初期導(dǎo)流方式擬采用不過(guò)水土石圍堰全年擋水標(biāo)準(zhǔn)和隧洞泄流的方式，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，導(dǎo)流建筑物為3級(jí)臨時(shí)建筑物，經(jīng)綜合分析，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)重現(xiàn)期20～50年。根據(jù)流域地理和水文特點(diǎn)，主汛期主要以上游水庫(kù)A遭遇洪水為主，水庫(kù)庫(kù)區(qū)有耕地，允許淹沒(méi)高程為332m。初期導(dǎo)流考慮利用上游水庫(kù)汛限水位的調(diào)整來(lái)優(yōu)化下游水電站的施工導(dǎo)流方案。

結(jié)合該工程的實(shí)際情況，采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案對(duì)施工導(dǎo)流方案進(jìn)行決策。

1、選取考慮上游水電站控泄的施工導(dǎo)流方案的決策指標(biāo)，并進(jìn)行計(jì)算分析。

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算，存在的6個(gè)初期施工導(dǎo)流方案及風(fēng)險(xiǎn)成果如表1所示：

表1可行導(dǎo)流方案及風(fēng)險(xiǎn)

2、由上、下游水電站根據(jù)各自利益分別推薦施工導(dǎo)流方案。

在初步擬定的六個(gè)施工導(dǎo)流方案中，沖突雙方U和D綜合考慮自身利益及各方面情況下分別給出三個(gè)備選方案，各方案對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值如表2所示：

表2 推薦方案對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)值

3、由上、下游水電站根據(jù)自身偏好賦予各指標(biāo)權(quán)重向量，并建立各自的方案評(píng)價(jià)函數(shù)。

由上、下游水電站分別賦予各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重為：

μ＝(0.25,0.35,0.13,0.12,0.15)；

γ＝(0.15,0.20,0.25,0.16,0.24)

求得U和D的方案評(píng)價(jià)函數(shù)是：

SF_A(X)＝0.00327x₁+0.00114x₂-0.0565x₃-1.17e-4x₄-2.32e-5x₅-0.801；

SF_B(X)＝-0.00196*x₁+6.51e-4x₂-0.175*x₃-2.49e-4x₄-3.43e-5x₅+5.08

4.基于協(xié)商對(duì)策及優(yōu)化理論，采用兩階段規(guī)劃方法求解，得出理想狀態(tài)最優(yōu)解。

令SF_A(X)＝SF_B(X)，得：

-0.00131x₁+0.000489x₂+0.1185x₃+0.000132x₄+0.0000111x₅＝5.881

根據(jù)第一階段規(guī)劃，得最優(yōu)解：

X₁＝(305.7,4826.35,22.1038818,9464.41,4754.03)

目標(biāo)函數(shù)值為：

SF_A(X₁)＝SF_B(X₁)＝1.2349

再根據(jù)第二階段規(guī)劃，得最優(yōu)解：

X₂＝(305.7,4826.35,22.02,9464.41,4754.03)

目標(biāo)函數(shù)值為：

SF_A(X₂)+SF_B(X₂)＝2.4892；

SF_A(X₂)＝1.2396；

SF_B(X₂)＝1.2496

第二階段規(guī)劃較第一階段規(guī)劃均有所改善，則最終最優(yōu)解為：

θ＝X₂＝(305.7,4826.35,22.02,9464.41,4754.03)

5.對(duì)上、下游水電站的決策指標(biāo)矩陣和理想狀態(tài)最優(yōu)解進(jìn)行歸一化處理，如表3所示：

表3 歸一化成果表

6.首先，根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覐牧饔蛘w利益出發(fā)賦予各決策指標(biāo)的權(quán)重向量分別為ω＝(0.18,0.29,0.20,0.13,0.20)，然后，分別計(jì)算U和D各方案的貼近度為：

T_U＝(0.6744,0.6974,0.6793)；

T_D＝(0.7069,0.6346,0.6934)；

最終，利用模式識(shí)別方法，根據(jù)貼近度最大的原則優(yōu)選的最優(yōu)的施工導(dǎo)流方案為D提出的方案三，即上游水庫(kù)汛限水位取328m，下游施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)取5％。

按照本發(fā)明的方法，獲得了以下重要成果：由雙方U和D對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)所賦予的權(quán)重分配和推薦的導(dǎo)流方案可以看出各自的偏好和價(jià)值取向不同，U對(duì)上游水庫(kù)考慮較多，D對(duì)下游施工導(dǎo)流考慮較多，所以各自推薦的方案不同；決策過(guò)程中同時(shí)考慮了上游水電站與下游水電站的利益及偏好；實(shí)現(xiàn)了施工導(dǎo)流方案的優(yōu)化決策，兼顧了上、下游水電站雙方利益均衡和整體利益最大化，決策過(guò)程更加符合工程實(shí)際，符合流域梯級(jí)水電站滾動(dòng)開(kāi)發(fā)管理模式。

需要說(shuō)明的是，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。