基于雅鲁藏布江水利工程数学模型研究多目标规划模型

期刊: 环球科学 2023年第8期 DOI: PDF下载

王佳林1 何钧2 陈颖3 刘娜3 常佳欣3 林茂3

(重庆人文科技学院 )

摘要

雅鲁藏布江是中国最长的高原河流,也是世界上最高的河流,全长2057公里。它从喜马拉雅山北麓流向印度,水位落差大,储量丰富。有人认为建设一系列梯级水电站可以实现“碳调峰”和“碳中和”;出发建议引入西北水。本文将从以下几个问题进行建模分析和解答。


关键词

多目标规划;雅鲁藏布江;线性规划模型,层次分析法

正文

对于论题,为了确定雅鲁藏布江干流最适合建设水电站的位置,查询了近年来影响我国西北地区水电站建设的数据,对影响水电站建设的投入收益、水文条件、地质、环境等因素建立了判断矩阵,并利用层次分析法得出了各因素的权重。其次,通过权重,对雅鲁藏布江干流的不同地方进行编号,利用多元线性回归建立模型,选择最适合建立水电站的各种影响因素。


问题背景:

雅鲁藏布江是中国最大的河流,也是世界上最长的河流之一。它流经中国西南部,从青藏高原的唐古拉山出发,经过云南、四川和甘肃三省,最后流入中印边境的恒河。雅鲁藏布江具有重要的经济价值,是中国最重要的水利开发区之一。[1]

中国最大的水电项目之一,位于雅鲁藏布江上游,总装机容量为22.5万千瓦。此外,雅鲁藏布江已被开发为“红旗河”项目。该项目位于雅鲁藏布江上游,总装机容量6.3万千瓦。该项目不仅能为当地人口提供水源,还能为周边地区提供大量的可再生能源。

在雅鲁藏布江上建立水电站需要考虑水量、地形、环境、安全和其他因素,以及有效利用雅鲁藏布江等自然资源供电,以实现“碳峰值”和“碳中和”的目标。红旗河工程是位于中国江西省南昌市红旗河流域的大型水利工程。该项目不仅将有效开发当地的水资源,还将确保当地农村人口的生存和发展。[2]

问题需求

基于上述背景和查询参考数据,我们开发了以下数学模型。

(1)为了在雅鲁藏布江上建立水电站,并对方案的可行性进行建模和分析,我们查询并确定了影响雅鲁藏布江建立的因素,包括水力发电、收入、水电财政拨款、水资源总量等数据。对数据进行整理,通过计算得到所有数据中的最佳参数。

 

论题的分析

对于论题,我们采用层次分析法进行建模,层次分析法(AHP)是多层次决策(MCDM)中综合评价的重要方法,它是将一个复杂的问题分解成若干个可比较的层次来解决子问题,将复杂的问题构造成层次结构,用于决策支持,然后对层次结构进行定量分析,根据比较的结果得到最佳方案。我们分析确定了雅鲁藏布江的建立因素,将因素参数化,判断重要度标度,得到判断矩阵,用特征值求权重,最后进行一致性检验。


符号描述

标志

意义

质量()

速度()

时间()

点击()

点击()

水压()

管道范围()

管的电阻率和物体阻力系数

水库容量()

流速()

水的密度()

重力加速度()

发电()

水力发电机的效率系数

发电量()

地区总用电量()

水电站供电在地区总用电量中的比重

水电站数量

时间函数

 

模型建立和求解

论题的模型建立和求解:

根据雅鲁藏布江的重要性因子和表1的标度,将标度包含在表2的判断矩阵中,然后提取判断矩阵的元素,得到判断矩阵。

5.1因素重要性等级

规模

意义

同样重要

3

有点重要

5

显然很重要

这非常重要

9

极其重要

2, 4, 6, 8

两个相邻判断的中间值

倒数

如果A和B的比例是3,那么B是A的1 / 3

 

5.2判断矩阵


投入

收入

水文条件

地质学

环境

使进入

1/5

1/3

1/4

收入

1/5

1/3

1/4

水文条件

5

5

3

地质学

3

3

1/4

1/2

环境

1/3

2

得到判断矩阵后,我们用特征值法计算权重,权重结果分别为0.0655,0.0655,0.4779,0.1525,0.2385。重量结果的数据用于计算一致性指数CI,CI计算为0.0361。

 

对应于表3的RI表,我们找到相应的RI值。

5.3平均随机一致性指数RI表

n

2

3

5

6

8

9

10

11

12

13

14

15

印度尼西亚

0

0

0.52

0.59

1.12

1.26

1.36

1.41

1.46

1.49

1.52

1.54

1.56

1.58

1.59

然后,计算一致性比例CR。如果CR < 0.1,则判断矩阵的一致性可以认为是可接受的;否则,应修正判断矩阵。MATLAB计算结果CR=0.0322,因为CR <0.10,所以判断矩阵A的一致性是可以接受的!

通过以上搜索数据并计算权重,我们将喜马拉雅山不同地点编号为1-20,建立水电站,并找到相关因素,以收入(亿元)为变量Y,以水电拨款投资(亿元),用于洪水、滑坡和泥石流的费用(万元),污染治理的总投资(万元)建立多元线性规划模型。

利用公式计算线性回归参数b,在MATLAB中编程。

 

b的值计算为0.16619、0.25373、0.14499、1.1508,因此,多元线性回归模型用于:

 

 

数据5.1多元线性回归模型图

对模型结果的分析

使用一些官方数据对模型进行了评估。然而,由于缺乏全面的数据和许多评价指标来衡量调水的质量,这里很难进行非常全面的评价。


建议

加强安全技术研发

1.加强和完善雅鲁藏布江沿岸地区水位和水质测量网络,建立安全监测系统,定期采样检测,避免电站及时发现水污染,河水变化缓慢。

2.设立技术检测站,及时监测水质和电站、水质监测仪的安全指标,随时发现异常有害物质,及时处理问题。

3.制定抗洪措施,收集、分析和设计电站安全数据的防洪措施,避免洪水造成的损失。

加强水文监测

1. 继续开展雅鲁藏布江水库、中关村水库洪水预报模型,提供实时反馈信息,准确预报洪水,提前做好应急准备。

2.定期观测雅鲁藏布江,包括水位变化、河道变化、水质变化、汇流等。,为发电和降水提供重要依据。

3.研究雅鲁藏布江洪峰形成机制,连续观测洪水过程,开展区域水文调查,定量描述洪水特征。

实施可持续发展

1.倡导节约用水,加强水资源调度,减少水资源损失,改善节水环境,合理配置水资源,减少发电引起的水位变化,降低雅鲁藏布江两岸修建水库的必要性。

2.实施绿色发电,采用绿色技术发电,保护环境,利用发电带来的便利和成本。

3.注重生态环境的保护,加强生态治理,根据雅鲁藏布江的特点建立规范化的保护模式,防止生态恶化,确保发电带来的最大经济效益和环境效益。

改善治理体系

1.建立雅鲁藏布江管理体系,明确指导发电和引水经济优化的步骤和比例,提高科学可持续管理技术,支持发电企业和国家水利部门共同完善发电管理体系。

2.改善调水和供水管理,提高调水效率,减少水的最终损失。

3.完善处理设施,对发电和引水技术设施进行安全可靠的检测,完善技术设备管理,防止发电系统和水系统发生安全事故。

以上是雅鲁藏布江和西北引水上水电站建设的内容,可以综合考虑,协调推进。参考文献

[1] 张宏,张立林,李军,等.应用P-LSA和EOF方法监测雅鲁藏布江流域陆地蓄水量的时空变化[J].总体环境科学,2020,713: 136274。

[2] 郭锐,季旭,刘春,等.雅鲁藏布江-雅鲁藏布江流域积雪时空变化及其与气温和降水的关系[J].山地科学杂志,2022,19(7): 1901-1918。

[3] 徐瑞,胡宏,田芳,等.气候变化对雅鲁藏布江-雅鲁藏布江未来径流的影响[J].水资源与环境科学,2002 .全球和行星变化,2019,175: 144-159。

[4] 用耦合的LTM、优化的ARIMA和基于地理信息系统的SCS-CN模式对LULC和气候动力学进行地表径流预报[J].阿拉伯地球科学杂志,2018,11: 1-16。

 

 

 


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