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数字集水区集成化的水资源调配系统建模研究

黄牧涛  
【摘要】:数字集水区是中国水利现代化建设的重要组成部分,是集水区实施可持续发展和现代化管理的重要技术手段。论文第一部分针对目前集水区综合管理过程中面临的资源环境和管理问题,在全球信息化大背景下,以数字地球及其相关技术体系为主要技术手段构建数字集水区系统,提出数字集水区的内涵、主要建设内容、总体架构和实施方案,为我国集水区实施信息化建设提供可行性较高的理论基础框架。由于水资源在集水区社会经济发展中具有不可替代性的重要作用,对水资源进行优化调配是解决集水区水资源分布不均、供需不平衡、缓解部分地区严重缺水、实现水资源高效利用的主要途经。论文的第二部分首先对集水区水循环过程和物理机制进行了深入分析,并对现有的求解大型供水工程水资源优化调配问题的模型及算法的局限性进行了探讨,在充分考虑集水区水资源系统结构和运行调度规则的基础上,利用大系统分解协调原理建立了具有两层递阶结构的集水区水资源优化调配理论模型,并联合利用优化模拟技术和优化控制算法对模型进行求解。论文的第三部分提出了在数字化的环境下利用组件技术将水资源优化调配模型和基于GIS的多源信息综合管理系统进行有机融合和集成的理论方法。为解决模型和GIS集成过程中的数据匹配和统一管理问题,论文的第四部分建立了GIS环境下面向集水区管理的数据组织管理概念模型,并利用面向对向技术建立对象—关系模型和进行了数据表结构的设计。论文的第五部分是以数字集水区水资源优化调配模型为研究对象,以GIS环境下的数据组织管理模型和数据集成分析技术为手段,提出了集成化的水资源调配系统数据库的详细设计方案。论文最后对全文研究成果和创新点进行总结,并对有待进一步研究的问题做了展望。论文的主要创新点如下: (1)本文提出的数字集水区总体架构和实施策略充分考虑了中国集水区综合管理的现状、需求,具有层次分明、经济实用、智能化、网络化、可视化、信息资源高度集成等特点,有效克服了目前地区信息化过程中各个信息管理系统和应用平台重复建设,信息资源分散、共享能力差等潜在问题。 (2)本文提出的集水区水资源优化调配理论模型采取与以前研究方法不同的研 WP=4 究思路:①根据集水区水土资源分布不均的情况和水利工程的布置特点,将集水区分为若干个子集水区,依据子区域的缺水状况和各用水部门的需水情况,将水库群优化调度和渠道输配水两者整合起来建立优化模型,以使集水区有限的水量优化分配给各个子集水区的各用水部门,以达到集水区水资源优化调配的目的。②通过权重系数来调节水资源在各用水部分的分配以及在各子区间的分配,使得配水决策具有较大的灵活性,充分考虑各用水部门的经济重要程度以及各行业的用水紧迫性和重要性,以提高供水的经济效益。③基于智能推理和专家知识,对系统约束条件进行简化和优化。 (3)本文建立了面向应用的“工程-项目-专题图层-图层-地物类-空间实体(点、线、面、体)”多源数据组织管理概念模型,这种结构使数据组织流程清晰,层次分明、易于理解,很容易和现实的集水区工程布置网络对应起来,不仅充分考虑了集水区现有数据及其结构的复杂性、特殊性,而且强调空间数据分析和水资源管理的专业需要,有效地解决了模型和GIS集成过程中的数据统一管理和匹配问题。 (4)本文提出的模型与GIS系统集成的方法不仅充分利用模型对水文物理过程进行动态模拟分析和决策的功能,而且充分利用GIS的空间数据管理能力,具有可移植性强、重用性高的优点。


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