基本信息出版社：科学出版社
页码：328 页
出版日期：2006年03月
ISBN：9787030166019
条形码：9787030166019
版本：第1版
装帧：精装
开本：16
正文语种：中文
图书品牌：科瀚伟业
内容简介 《流域水量调控模型与应用》以流域水量调控为主线，结合黄河、塔里木河流域水量调度重大的科学与实践问题，对流域水量调控的理论、模型及应用进行了系统深入的研究；针对流域水量调控涉及内容广、影响因素多、来水和用水具有不确定性和随机性的特点，提出并建立了自适应控制模型和基于复杂适应系统的水量优化配置理论，这一理论在流域水资源管理、水量统一调度等方面具有推广应用价值。 《流域水量调控模型与应用》可供从事水利工作特别是流域水资源管理和调度的人员参考，也可作为高等院校师生及科研院所技术人员的参考书。
编辑推荐 《流域水量调控模型与应用》为科学出版社出版发行。
目录
前言
第1章 流域水资源管理
1.1 流域管理现状及模式
1.1.1 美国的流域管理
1.1.2 英国的流域管理
1.1.3 法国的流域管理
1.1.4 德国莱茵河流域管理
1.1.5 澳大利亚的流域管理
1.1.6 日本的流域管理
1.1.7 中国的流域管理
1.2 流域管理发展趋势
1.2.1 流域管理共同特点
1.2.2 流域管理发展趋势
1.3 流域水资源配置与水量调度
1.3.1 流域水资源配置
1.3.2 流域水量统一调度
第2章 流域水量调控原理
2.1 流域水量调控
2.2 流域水量调控系统分析
2.2.1 水量调控系统
2.2.2 水量调控的基本特点
2.2.3 水量调控的基本原则
2.3 水量调控的模式与途径
2.3.1 水库群联合调控
2.3.2 地表水与地下水联合调控
2.4 流域水量调控模型框架
2.4.1 来水预报模型
2.4.2 需水预测模型
2.4.3 水量调配模型
2.4.4 河道演进模型
2.5 水量调控方案评价模型
2.6 水量调控方法
2.7 水量调控模型集成
第3章 自适应水量调控模型
3.1 自适应调控理论与方法
3.1.1 自适应控制理论与方法进展
3.1.2 自适应调控基本原理
3.1.3 自适应理论在水问题方面的应用进展
3.2 自适应水量调控问题描述
3.3 自适应调控模型框架
3.3.1 系统状态方程
3.3.2 系统状态参数估计
3.3.3 调控过程
3.4 自适应控制轨迹跟踪调度法
3.5 系统稳定性及误差分析
第4章 流域水资源配置整体模型
4.1 水资源系统分析与模型技术概述
4.1.1 水资源系统的宏观特性分析
4.1.2 水资源配置模型研究综述
4.1.3 水质水量综合管理研究
4.1.4 水资源系统中的经济估算
4.1.5 流域水资源配置综合模型(体系)
4.1.6 水资源配置模型研究方向
4.2 复杂适应系统理论及其建模方法
4.2.1 复杂适应系统理论的起源与发展
4.2.2 复杂适应系统理论及其建模方法
4.2.3 受限生成过程建模的基本步骤
4.2.4 受限生成过程建模的数学描述
4.2.5 水资源系统的复杂适应特性分析
4.3 基于复杂适应系统理论的水资源配置整体模型的构建
4.3.1 主体的分类
4.3.2 模型的框架结构
4.3.3 水资源系统整体模型的核心数学描述
4.3.4 水资源系统整体模型的求解
第5章 黄河流域水量变化规律分析
5.1 降水量基本特征
5.2 降水量时空变化特征及变化趋势
5.3 径流时空演化分析
5.3.1 径流量年际变化特点
5.3.2 径流量年内变化
5.3.3 径流量空间变化分析
5.4 流域地下水资源及其变化特征
5.4.1 流域地下水系统
5.4.2 地下水、降水和地表水转化趋势及特点
5.5 流域水资源利用与黄河断流
5.5.1 水资源利用现状及供需发展趋势
5.5.2 黄河断流及其流域水量调度
第6章 黄河流域整体模型与应用
6.1 基于整体模型的黄河水量优化调度
6.1.1 黄河水量调度年方案制定
6.1.2 整体模型在黄河流域的实现
6.1.3 模型的输入输出
6.1.4 数据校核和模型验证
6.2 整体模型应用
6.2.1 年方案制订步骤
6.2.2 计算实例及其边界设定
6.2.3 年方案制订实例结果
6.3 模型应用总结
6.3.1 理论特点
6.3.2 模型特点
第7章 黄河流域自适应水量调度
7.1 水量调控系统划分
7.2 系统调控目标
7.3 水量调控模型
7.3.1 河段区间水量平衡计算
7.3.2 水库水量平衡模型
7.3.3 水量分配模型
7.4 模型实现
7.5 系统输入
7.5.1 来水预报
7.5.2 汛期引水
7.5.3 初始流量
7.5.4 初始库容
7.6 状态参数估计
7.6.1 水流传播时间的计算方法
7.6.2 河道槽蓄量的计算方法
7.6.3 河道内不同流量级下的传播时间与槽蓄量计算结果
7.6.4 河道内流量演进计算
7.6.5 河道损失
7.6.6 退水比例
7.7 计算流程
7.7.1 水量调度方案编制系统输出
7.7.2 水量调度方案编制
7.8 自适应调控模型应用
7.8.1 年预案的编制
7.8.2 自适应月方案的编制
7.8.3 旬方案的编制
7.8.4 旬调度寻优控制
7.9 自适应调度与整体优化模型的对比分析
7.1 0水量调控模型应用分析
第8章 黄河干流日水量调控模型
8.1 重点河段流量演进的一维水动力学模型
8.1.1 初、边界条件的选取
8.1.2 阻力参数的确定
8.1.3 重点河段一维模型径流演进算例
8.2 全流域流量演进一维水动力模型
8.2.1 计算节点图
8.2.2 边界条件
8.2.3 初始条件
8.2.4 计算流程图
8.2.5 全干流流量演进算例与结果分析
8.3 日调度CARMA模型
8.3.1 模型结构辨识
8.3.2 参数辨识及仿真结果
8.3.3 结果分析
第9章 黄河水量统一调度与河口生态恢复
9.1 河口最小生态需水量及河流生态基流量
9.1.1 河口最小生态需水量
9.1.2 黄河下游河道生态基流量
9.1.3 讨论
9.2 水量调度实施对河口水量的影响
9.3 河口生态恢复评价
9.3.1 径流量入海率
9.3.2 断流时间率
9.3.3 水质状况
9.3.4 生物多样性
……
第10章 塔里木河流域水资源系统分析
第11章 塔里木河流域水量调整
第12章 塔河农业和生态用水优化调试
……
序言 合理配置和调度有限水资源是流域水管理重大的科学与实践问题。流域径流时空分布不均，年际和年内来水变化大，且大部分径流集中在源流区或中上游地区，降雨的多年变化和年内集中程度均很大，导致一级流域年际间来水量可相差数倍，年内最大四个月来水可达全年径流的80％。水资源不利的先天条件，造成我国许多地区农业灌溉的巨大用水缺口，生态环境脆弱，下游可利用量十分有限，甚至引起季节性断流。流域水资源短缺已严重制约了社会、经济和生态环境的可持续发展。 以黄河流域为例，黄河承担着我国西北、华北大部分地区的供水任务，其流域面积约占全国面积的8％，但其河川径流量仅占全国的2％，却承担了流域和下游引黄灌区占全国15％的耕地和12％的人口的供水任务。20世纪70年代以来的黄河下游断流，对流域工农业生产和居民生活、下游河道的排洪能力、生态环境等均产生严重影响，是流域水资源供需矛盾的集中体现。类似的情况在我国内陆河同样存在。塔里木河干流为纯耗散性内陆河，自身不产流，其水资源全部来自源流补给。由于源流对干流补给量的减少，致使干流面临着严重的生态环境问题：尾闾湖泊罗布泊和台特玛湖相继干涸，具有战略意义的下游绿色走廊濒临毁灭，流域生态环境问题已成为举世瞩目的重大问题。 水量调控是要维持水资源系统的和谐，保证系统的良性循环。系统科学原理揭示出协调与有序是内在联系的，比如经济系统协调、稳定发展就是有序，经济发展失调就是无序；维持生态平衡就是有序，否则就是无序。对于水资源系统，如果经济、社会、生态子系统都能够保持一定的秩序，而且在组合上协调、适度，那么整个系统就是有序的。因此，对水资源系统进行调控使之协调，也就是要提高水资源系统的有序性，实现向有序方向的演化。但是如何在较高的层次上来分析系统的演化，如何来衡量系统的有序性，理论上是系统科学研究的领域，应用上也是流域水量调控要解决的问题。充分利用流域骨干调蓄工程，合理调度流域上、中、下游的生活、生产和生态用水量非常重要。如何综合运用工程措施和非工程措施，特别是采用现代化的调控手段，实现流域水资源的合理调配，发挥水资源的最大效益，缓解水资源供需矛盾，是流域水资源面临的重大的理论和实践问题。 水量调控作为流域水资源管理的一种手段，有其可靠的理论基础。全书运用系统工程的理论方法，在分析流域水资源变化情势和国内外流域管理模式的基础上，提出流域水量调控的理论框架和模型体系，并在黄河和塔里木河流域水量调度中得到应用。全书共12章，第1章分析了国内外流域管理的现状和发展趋势。第2章提出流域水量调控的理论框架、模型体系，形成流域水量调控的方法。第3章分析了流域自适应水量调控问题，基于自适应控制的理论，建立了具有"总量控制、轨迹跟踪和滚动修正"功能的流域水量自适应调控模型。第4章基于复杂适应性理论，通过分析水资源开发利用与社会、经济和环境之间的相互关系，建立整体优化模型理论，提出流域水资源整体优化调控方案。在分析流域水资源系统的基础上，论述了复杂适应系统理论框架及模型构建，建立了流域水资源配置整体模型。第5章至第8章将水量调控模型应用于黄河流域。其中第5章论述了黄河流域水量时空演化规律，提出黄河流域水量调控的必要性和可行性。第6章建立了黄河流域整体调配模型，在分析流域用水主体特征和水资源模拟计算的基础上，优化出各用水单位用水指标，作为年调度参考指标。第7章针对黄河水量调度中来水、用水过程随机性的特点，基于自适应控制的理论和方法，利用状态识别和系统模拟技术，建立了水库调度与河道演进耦合的水量调控模型，通过对流域内水位、水量调控，根据控制断面的最小流量要求，自适应地调节水库入库和出库过程，以满足各省区和生态用水需求。第8章建立了全干流一维水力学模型、重点河段日调控模型和CARMA模型。第9章在计算河口最小生态需水量和河流生态基流量的基础上，对黄河水量统一调度前后的效果进行了对比研究，利用遥感等多种技术方法，对河口生态恢复进行了评价。第10章至12章研究了塔里木河流域水量调控模型。其中第10章分析了塔里木河流域水资源特点和干流水资源消耗特征。第11章介绍了塔里木河流域水量调度系统和自适应调控模型。第12章建立了塔里木河流域农业和生态用水优化调度模型，并对模型结果进行了对比分析。 本书的研究成果得到国家重点基础研究发展规划（973）项目"黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理"第七课题（G1999043607）、国家自然科学创新研究群体基金项目"流域水沙过程与临界调控机理"（50221903）以及黄河水量调度管理系统、塔里木河流域水量调度管理系统等重大生产课题的资助。 参加本项研究的主要人员除本书作者外，还有翁文斌、赵建世、张长春、夏军强、傅旭东、蔡治国、孙金辉、陈志祥、刘家宏、李铁键、刘荣华、李海红、陈良程、王晓霖等。 鉴于流域水资源管理的复杂性，流域水量调控涉及内容广泛，影响因素众多，而且诸多不确定因素相互制约、相互矛盾，加之作者水平和时间有限，书中难免会有疏漏或不足之处，恳请读者批评指正。
文摘 插图：
3.1.3 自适应理论在水问题方面的应用进展
自适应控制理论是一门高度综合的交叉学科，处于数学、计算机科学和工程技术科学相互作用的前沿，并且与自然科学和管理科学的各分支也有密切的联系。在城市供水、污水处理中，自适应控制理论已有不少应用，如Didier（1994）在研究为法国东南部小城瓦伦斯提供灌溉用水的小型流域（河道长40km）时，应用了离散的自适应控制器从而实现自动控制闸门开闭，采用一个多输入一多输出模型对系统进行模拟，模型参数通过卡尔曼滤波技术进行在线辨识，完成水量调度自动控制功能。Elbelkacemi（2001）在研究摩洛哥Ra-bat城市的淡水供水系统时，将离散时间自适应控制器应用于淡水供水系统，其主要的控制目标是根据供水量自动控制抽水量，把一个简单的输入输出模型用于系统控制，采用递推最小二乘法（reeursive least～squares，RLs）进行模型参数估计。结果表明自适应方案能够很好地控制供水过程。对于多数供水系统，水库调度是基于一些直观的方法，如调度曲线、调度人员的直观判断和一些定性的信息。Westphal（2003）建立了Boston市区自适应供水管理决策支持系统。该决策支持系统通过线性和非线性优化算法将流域模型、水库水力模型、水库水质模型集成在一个框架下，系统能够优化日和周的水库调度。基于短期环境预报，考虑了四个目标：最大供水量、理想的洪水控制水位、优化水库平衡和最大发电量。
工业供水和公共政策制定者面临的决策问题是选择合适的技术方法和供水管网，Jeffrey（1997）提出可持续系统应该能够自动适应变化的环境，基于这一思想，给出基于复杂模型的城市环境自适应供水系统的评价方法和用于设计和管理的基于自适应技术的理论框架，并开发设计出一项新的水循环技术和应急的“复杂系统”模型技术，用于设计能随城市社会和物理环境变化的自适应供水系统。Lobbreeht和Solomatine（2002）将实时控制（real-time control，RTc）系统应用于供水系统。在自来水供水系统中，为了控制氯残留，在层次框架下，采用非线性间接自适应参考模型控制器（indirect model referenceadaptive controller，IM RlAC），建立一种基于水质水量集成的控制模型（Polycarpou，1999：Tarnawskil，2003）。