本文關(guān)鍵詞： 物理?xiàng)⒌啬M 模糊邏輯推理 生態(tài)需水 生態(tài)調(diào)度 多目標(biāo)優(yōu)化 河流生態(tài)健康　出處：《華中科技大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：水資源是一種清潔可再生能源,它對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。通過水利工程的建設(shè)和運(yùn)行,人類對(duì)自然徑流過程進(jìn)行人工干預(yù)從而實(shí)現(xiàn)天然徑流能量的轉(zhuǎn)換和資源的重新分配。水利樞紐在防洪、供水、發(fā)電、航運(yùn)、灌溉等方面產(chǎn)生了巨大的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。但是,大壩阻隔造成河道破碎化、片段化現(xiàn)象嚴(yán)重,水庫的調(diào)度運(yùn)行對(duì)水資源時(shí)空分布也產(chǎn)生了劇烈的改變,這些不利影響導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)遭到較為嚴(yán)重的破壞,引發(fā)了一系列生態(tài)問題如庫區(qū)富營養(yǎng)化、生物多樣性下降、濕地退化等。隨著生態(tài)問題的日益凸顯以及社會(huì)環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng),如何通過水庫合理運(yùn)行減輕水利工程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的不利影響已成為水庫調(diào)度研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問題。目前,我國已建大壩數(shù)量位居世界首位,大規(guī)模的流域水電建設(shè)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重甚至不可逆轉(zhuǎn)的破壞。傳統(tǒng)以經(jīng)濟(jì)效益最大化為核心的調(diào)度理念已無法適應(yīng)實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)的工程需求,加之我國水庫生態(tài)調(diào)度研究與實(shí)踐起步較晚,因此亟需研究并發(fā)展具有科學(xué)性且符合我國國情的生態(tài)調(diào)度建模理論與方法。本文圍繞長(zhǎng)江中游主要水生態(tài)問題,以河流生境改善和修復(fù)為目標(biāo),采用生態(tài)水文學(xué)、生態(tài)水力學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)建模理論相結(jié)合的建模途徑,對(duì)水庫生態(tài)調(diào)度建模理論與方法進(jìn)行了深入的研究,初步取得了以下具有理論意義及工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的研究成果。 (1)考慮到已有物理?xiàng)⒌啬Ｐ蛢H能在具有較完備生態(tài)監(jiān)測(cè)資料河段使用的局限性,本文提出了基于Mamdani型模糊推理和基于自適應(yīng)神經(jīng)模糊系統(tǒng)的物理?xiàng)⒌啬M方法。研究采用三角形網(wǎng)格上求解二維淺水方程的Godunov型有限體積模型進(jìn)行流場(chǎng)模擬,從而計(jì)算得到棲息地內(nèi)各單元的流速及水深。以此為基礎(chǔ),分別采用Mamdani型模糊推理機(jī)及自適應(yīng)神經(jīng)模糊系統(tǒng)將河流物理要素轉(zhuǎn)換為適宜度,最終建立研究河段流量-加權(quán)可用面積關(guān)系曲線,并以此確定生態(tài)需水量。為驗(yàn)證模型有效性,以長(zhǎng)江珍稀保護(hù)物種中華鱘為研究對(duì)象,對(duì)其葛洲壩下產(chǎn)卵場(chǎng)進(jìn)行物理?xiàng)⒌啬M。與已有研究及生態(tài)監(jiān)測(cè)資料的對(duì)比結(jié)果表明,本文提出的模型可靠有效,有助于生態(tài)監(jiān)測(cè)資料匱乏的河流開展相關(guān)生態(tài)保護(hù)及河流管理。 (2)以水利工程對(duì)河流天然徑流過程的影響為切入點(diǎn),采用水文變指標(biāo)法、變異范圍法、Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)法以及R/S法定量計(jì)算并分析了三峽梯級(jí)建設(shè)運(yùn)行對(duì)河流生態(tài)水文特征的影響。此外,提出采用生態(tài)水力學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)水利工程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的方法,并以中華鱘為目標(biāo)物種,定量評(píng)價(jià)了三峽水庫蓄水對(duì)中華鱘自然繁殖的影響,從而為實(shí)施水庫生態(tài)調(diào)度提供了理論支撐與數(shù)據(jù)支持。 (3)針對(duì)長(zhǎng)江中游生境改善與修復(fù)的需求,提出了一種考慮多重生態(tài)需水的水庫多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度模型。研究以月為時(shí)間尺度,考慮生態(tài)系統(tǒng)、四大家魚產(chǎn)卵、中華鱘產(chǎn)卵的生態(tài)需水量及防止氣體過飽和與河口咸潮入侵發(fā)生的臨界流量,建立了以生態(tài)溢缺水量最小及年發(fā)電量最大為目標(biāo)的水庫多目標(biāo)調(diào)度模型,采用智能優(yōu)化算法對(duì)模型進(jìn)行求解,快速得到了關(guān)于不同目標(biāo)的非劣調(diào)度方案集,并以此為基礎(chǔ)對(duì)各調(diào)度目標(biāo)間的相互影響規(guī)律進(jìn)行解析。研究結(jié)果表明,實(shí)施水庫生態(tài)調(diào)度可在犧牲部分經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),有效提高下游河流生態(tài)系統(tǒng)需水的保證率。研究成果可為三峽梯級(jí)水庫實(shí)施生態(tài)調(diào)度提供理論支撐與技術(shù)指導(dǎo)。 (4)生態(tài)需水量計(jì)算方法眾多,針對(duì)不同的對(duì)象和保護(hù)目標(biāo),可得到不同的河流生態(tài)需水量。由于生態(tài)系統(tǒng)的特殊性和復(fù)雜性,這些生態(tài)流量難以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)和確認(rèn)。此外,徑流在年內(nèi)分配不均,使得河道內(nèi)流量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康的影響呈現(xiàn)高度非線性。針對(duì)這些問題,本文建立了基于Vague集相似度量的水庫生態(tài)多目標(biāo)調(diào)度模型。模型將適宜生態(tài)流量的邊界定義為區(qū)間,將針對(duì)不同生態(tài)保護(hù)目標(biāo)計(jì)算所得的生態(tài)流量納入考慮,采用Vague集描述水庫下泄流量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)需求的滿足程度,推求該滿足程度Vague集與理想情況Vague集的相似度,建立了以該相似度最大為生態(tài)目標(biāo)和年發(fā)電量最大的水庫多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度模型。研究工作以三峽梯級(jí)為實(shí)例,進(jìn)行了模擬仿真演算,取得了合理的結(jié)果。研究成果不僅豐富了水庫生態(tài)調(diào)度的建模思路,而且也拓展了模糊數(shù)學(xué)在該領(lǐng)域的應(yīng)用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TV697.1;TP18

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1537861