改進NSGA-Ⅱ的黃河下游水庫多目標調度

在一種典型多目標進化算法nsga-ⅱ基礎上做了以下改進:1)引入了外部檔案集并提出一種基于局部搜索的算子,用于提高其收斂性及非劣解的分布性;2)為了便于決策者決策,采用一種基于偏好的簡單有效決策方法優(yōu)選調度方案;3)為提高算法的效率,在建立偏序集時,采用快速排序算法對子目標進行排序.最后,采用改進ns-ga-ⅱ算法求解三峽梯級水電站多目標發(fā)電優(yōu)化調度問題,結果表明算法能夠有效地處理復雜約束,得到分布完備且均勻的非劣調度方案集,并計算出各非劣調度方案的相對優(yōu)屬度以便于決策者進行決策.

黃河下游場次洪水來沙系數與下游河道的沖淤關系密切,進入下游的典型高含沙洪水的平均來沙系數為0.093~0.105,如洪水期在下游沿程無引水,小浪底水庫不調節(jié),則相應全下游淤積可占到來沙的59%~62%,故小浪底水庫攔蓄高含沙洪水為下游減淤是有必要的。但必須考慮由此導致的水庫淤積加重及入海沙量減少。本文提出了以小浪底水庫排沙比y表達的控制指標,對代表性洪水系列的計算表明,在現有洪水來沙系數范圍內,小浪底水庫正常運用的宏觀控制指標可取y=2/3,能兼顧水庫盡可能少淤、下游減淤及多排沙入海,確保減淤比在40%以上。在實際操作中需視洪水來沙系數預報值,據小浪底水庫合理攔沙運用的控制指標進行調控。迄今小浪底水庫淤積已占原設計攔沙庫容的30%以上,應考慮降低汛期水位,為洪水期水庫排沙比提高到y(tǒng)=2/3左右創(chuàng)造條件,以抑制庫容淤損過快的勢頭。

針對網架結構抗震設計,提出一種基于多目標進化算法nsga-ⅱ的抗震優(yōu)化設計方法。建立以網架用鋼量最小化和結構最大豎直位移最小化為目標的多目標優(yōu)化模型;結合有限元動力計算模型和顯式動力分析方法對網架結構進行地震響應分析;考慮到優(yōu)化模型帶有約束條件以及設計變量的特點,提出基于nsga-ⅱ的改進算法nsga-ⅱ+,采用該算法來求解優(yōu)化模型。為了驗證算法改進效果,對經典的空間桁架結構進行了優(yōu)化,并與其他算法的優(yōu)化結果進行比較,結果表明改進算法具有良好的收斂性和穩(wěn)定性。最后以ansys/ls-dyna為結構動力分析工具,混合編程實現了一個斜放四角錐網架的多目標抗震優(yōu)化設計。優(yōu)化實例表明,該方法能得到優(yōu)質解,具有實際工程意義。

指出了現行水庫調度方法的眾多不當之處,在實現社會經濟多種目標的基礎上,考慮河流的生態(tài)平衡,實行水庫的多目標生態(tài)調度。討論了水庫多目標生態(tài)調度的方法,包括建立相應法規(guī)體系;積極參考擁有自然水文情勢的水庫;控制水庫泥沙淤積、防止水庫富營養(yǎng)化;防治閘壩的污染調度等方面的調度技術。

天然河流上游修建大型水利樞紐后,必將引起水庫下游河道的再造床。黃河小浪底水庫自1999年10月下旬下閘蓄水以來,已運行十年有余。本文通過實測資料的分析,從河道的沖刷和河道的平面形態(tài)變化兩方面來闡明小浪底水庫攔沙運用十年來水庫淤積及下游河道的再造床過程及其特點,為小浪底水庫進一步水沙調控提供借鑒,也豐富了多泥沙河流興建大型水庫以后下游河道河床演變學科的內涵。

針對引漢濟渭工程運行初期三河口水庫研究不足,開展三河口水庫多目標調度規(guī)律的研究?？紤]工程調水、發(fā)電和生態(tài)需水等要求,建立水庫多目標優(yōu)化調度模型,采用nsga--ⅱ求解模型。從調度指標、調度目標、影響因素和調水潛力等方面分析計算結果,揭示了多目標轉化規(guī)律,量化了起調水位對發(fā)電量的影響,驗證了優(yōu)化模型計算結果的合理性和優(yōu)越性。研究表明：1）小幅降低發(fā)電量可顯著增加調水量;2）三河口水庫在豐水年、平水年能夠滿足規(guī)劃值,但枯水年不能滿足;3）起調水位對發(fā)電量影響顯著;4）典型年最大調水8.75億m^3;最小調水3.75億m^3。研究成果對水庫運行、提高水資源利用效率和工程效益提供了重要參考。

對黃河下游灘區(qū)的洪水風險進行了分析,結果表明:①灘區(qū)近期漫灘幾率為3~5年一遇;②灘區(qū)安全建設實施后能夠解決20年一遇以下洪水的人口淹沒和部分財產損失問題;③補償政策的實施能使灘區(qū)群眾承擔的洪水風險得到分擔與補償,初步解決與黃河下游防洪的矛盾。

在水利工程建設期間,由于擾動、開挖原地貌,從而使原地表土壤、植被遭到破壞,增加了裸露面積,表土的抗蝕能力減弱,加劇了區(qū)域內的土壤侵蝕.因此,在工程建設的同時必須采取有效的防護措施,保護生態(tài)環(huán)境,遏制水土流失.本文中并結合多年積累經驗,以黃河下游防洪工程的水土保持工作現狀為例,闡述了水利工程土壤侵蝕的防治目標和總體布局,可以供水利有關部門參考與借鑒.

該文從小浪底水庫建庫前后黃河下游泥沙粒徑粗細變化情況,分析總結出黃河下游河道河床質泥沙粒徑的沿程變化規(guī)律。合理利用小浪底水庫對水沙進行有效地控制和調節(jié),對實現下游河道沖刷或不淤積,具有十分重要的意義。

黃河下游現有引黃渠首工程１０７處，設計引水能力４２００ｍ３／ｓ，１９８５～１９９８年年平均引水量１０４億ｍ３，為兩岸國民經濟發(fā)展作出了巨大貢獻，但渠首工農業(yè)水價標準從１９８９年以來卻一直未變。通過對引黃渠首水價制度進行研究，分析了供水成本的變化情況、影響供水成本變動的主要因素、現行水價存在的問題以及水價偏低造成的危害等，提出了水價改革應采取的措施。

放淤固堤是黃河下游加固堤防的主要措施之一,針對放淤固堤施工中的一些難題,從管道架設、淤區(qū)施工、集漿池,尤其是機泵配套選擇方面逐一加以解決,提供了6pnl立式泥漿泵、250nd-22和10epn-30加壓泵及機泵配套最佳組合形式,以利于提高施工效率。

黃河下游防洪工程的建設與效益

通過實測輸沙資料和淤積物取樣分析發(fā)現，黃河下游的河道淤積物中粒徑≥００５ｍｍ的泥沙含量多年平均值（１９５０～１９９５年）大約為４０％，粒徑≥００２５ｍｍ的泥沙含量多年平均值（１９５０～１９９５年）約為７０％。從各年代不同粒徑泥沙的百分含量來看，粒徑≥００５ｍｍ的泥沙百分含量有逐漸減小的趨勢，５０年代為４２１％，到８０年代減少為３７２％，１９９０～１９９５年也只有３５４％，而粒徑≥００２５ｍｍ的泥沙百分含量變化不大，基本維持在６７％左右。同時，分析結果還表明淤積物中粒徑≥００２５ｍｍ的泥沙占多數。

基于黃河下游河流影響帶3條監(jiān)測剖面的監(jiān)測數據,結合環(huán)境地質調查及兩個時段的環(huán)境地質衛(wèi)星遙感圖像,分析了小浪底水庫運行后黃河下游環(huán)境的整體變化趨勢。結果表明:小浪底水庫運行后,避免了下游河道斷流,黃河徑流量趨于穩(wěn)定,下游灌區(qū)得以安全運行和發(fā)展,各灌區(qū)實灌面積得到穩(wěn)定和擴大,下游地下水調蓄功能增強,傍河水源地主要補給源穩(wěn)定、運行安全性提高;同時使河道帶土地沙化加重、濕地面積減小、水源地地下水位埋深增加。

2000年12月19日,濟南市天橋區(qū)大王廟險工1至12號壩突發(fā)大量根石走失,挑水壩前水深溜急,根石走失后坡度1:1左右,護岸寬度大于20m的淤積沙灘被水流沖失,已危及堤防臨河堤腳,險情發(fā)展較快。由于發(fā)現及時并立即拋石4320m~3以后,險情得以解除。此類險情在濟南河段是繼1981年9月25日歷城區(qū)王家梨行險工7至9號壩

本文針對黃河小浪底水庫調水沖沙以來下游黃河河床下切；水位大幅度降低使下游引黃灌區(qū)引水困難；給灌區(qū)生產、生活和環(huán)境帶來的影響進行剖析；提出修建黃河攔蓄工程等建議；使灌區(qū)能夠更好地為經濟社會發(fā)展服務.

從洪水發(fā)生的機理看,其與地質環(huán)境密切相關,是外動力地質作用的結果,所以可以說,黃河下游的洪水災害是地質災害。因此,從地質學角度來講,黃河下游防洪減災的對策有:①利用河道泥沙加寬大堤;②根據地質條件加固大堤;③重塑黃河下游河流地貌;④利用中游水利工程將泥沙輸送到大海;⑤增大黃河徑流量,減少下游河床淤積。

為研究黃河下游山區(qū)和引黃水庫水質狀況及潛在的健康風險,確定主要污染物及治理的優(yōu)先順序,采用美國環(huán)境保護署推薦的水環(huán)境健康風險評價模型,對5座典型水源水中有毒污染物通過飲水途徑引起的水環(huán)境健康風險進行了評價。結果表明：各水庫基因毒物質的平均濃度范圍分別為cd：0.25×10^-3～1.6×10^-3mg/l、as：0.24～3.5×10^-3mg/l、cr（ⅵ）：0.0020～0.0170mg/l;軀體毒物質濃度較低。5座水庫中基因毒物質由飲水途徑所致健康危害的個人年風險大小排序均為cr（ⅵ）〉cd〉as,軀體毒物質的個人年風險按大小排序為pb〉nh4＋〉hg〉cn^-1〉揮發(fā)酚,前組水平遠大于后組。5座水庫各污染物所致個人年總風險基本大于國際輻射防護委員會推薦的最大可接受值5×10^-5a^-1,其中以臥虎山和玉清水庫污染最嚴重,各類污染物所致健康危害的個人年總風險基本在10^-4a^-1水平;cr（ⅵ）是5座水庫的優(yōu)先控制污染物。

水庫攔沙期黃河下游洪水沖刷效率調整分析

內燃機氣門彈簧的設計一般屬于多目標優(yōu)化設計。根據內燃機氣門彈簧在實際中的設計要求,建立其多目標優(yōu)化模型。采用nsga-ii優(yōu)化算法對其進行多目標優(yōu)化,克服了傳統(tǒng)的試湊法和圖解法存在的不足,實現了多方案優(yōu)化設計,提高了氣門彈簧的設計質量和設計效率,具有較大的工程使用價值。

本文針對黃河下游地區(qū)勝利油田蓄水水庫的生物資源狀況進行摸底調查,確定了蓄水水庫中藻類、浮游生物、底棲生物的種類及變化規(guī)律.

通過對黃河南北展寬工程概況的介紹,分析了南北展寬工程取消的原因及取消后存在的問題,結合黃河防洪工程建設和臨黃堤工程管理的實際需要,提出了展寬工程取消后臨黃堤工程、移民安置及管理等問題及對策,為南北展寬區(qū)工程建設和移民安置提供參考。