地下水庫調蓄能力綜合評價方法探討_圖文

1、 水 2004 年 10 月 利 學 報 第 10 期 SHUILI XUEBAO 約束條件： a j =1 m 2 j =1 (9 這是一個以aj(j=1，m為優(yōu)化變量的復雜非線性優(yōu)化問題，用傳統(tǒng)的優(yōu)化方法處理比較困難，可 10 采用基于實數(shù)編碼的遺傳算法來解決其高維全局尋優(yōu)問題 。遺傳算法是一種通用的全局優(yōu)化方法，利用 實數(shù)編碼遺傳算法優(yōu)化一維投影方向的基本思想是在單位超球面中隨機抽取若干個初始投影方向，計算其 投影指標的大小，根據指標選大的原則，進行多次遺傳算法操作，最后確定最大指標對應的解為最優(yōu)投影 方向。當確定了目標函數(shù)及優(yōu)化參數(shù)的值域后，就可以實施遺傳算法的優(yōu)化策略。 (5綜合評價

2、。根據優(yōu)化得到的最優(yōu)投影方向a，由式(5便可計算反映各評價指標綜合信息的投影特 征值zi,以zi的差異水平對樣本進行分類、排序、尋優(yōu)等綜合評價分析。 4 下遼河平原地下水庫調蓄能力評價 下遼河平原位于遼寧省中部，地勢平坦，為一斷陷盆地，區(qū)域基底為上第三系碎屑巖，局部是灰?guī)r和 變質巖，上部覆蓋著深厚的松散堆積物，第四系孔隙水較豐富，是區(qū)域地表水和地下水的匯聚場所。從水 文地質構造單元上看，庫區(qū)東西兩側為對稱分布的山前沖洪積傾斜平原，中部為沖積平原，南部為濱海三 角洲平原。含水層自東西兩側向中部變厚，從北到南第四系厚度由50m增至400多米，含水層厚度也隨之增 11 大，使地下具有很大的調蓄庫容，

3、是典型的地下水庫，開發(fā)潛力很大 。而下遼河平原各區(qū)的地表水開發(fā) 利用程度多為50%以上的高開發(fā)水平，東部山前平原地下水開發(fā)利用程度屬于100以上的超采區(qū)，部分地 區(qū)如沈陽、遼陽、鞍山、海城等已形成降落漏斗區(qū)。因此在下遼河平原地區(qū)修建地下水庫，將汛期不可利 用的地表洪水、河水和水庫泄棄洪水通過人工干預引滲補給到地下水庫中，最大限度地發(fā)揮地下水庫的潛 在防洪與興利功能，對提高區(qū)域水資源利用率和流域地表水庫與地下水庫的聯(lián)合優(yōu)化調度，具有深遠而重 大的現(xiàn)實意義。 根據該區(qū)的水文地質條件和地形地貌條件，將下遼河平原地下水庫劃分成三類12個分區(qū)，各分區(qū)具體 指標特征值見表1，將指標特征值歸一化并去除相關性

4、后的數(shù)值見表2。 首先，因各分區(qū)樣本指標值相差很大，因此在建模之前采用式 (2對數(shù)據進行標準化處理。其次，利用各分區(qū)的標準指標值建立 投影尋蹤模型，其中n=12，m=7，將樣本集代入式(5(7計算出 投影指標函數(shù)后，根據遺傳算法的優(yōu)化過程，經過計算得到最優(yōu)投 影方向a=(0.6958,0.3601,0.2404,0.4985,0.1083， 0.2004,0.1673，將a代入式(5即可計算相應的投影特征值 zi(i=1，2，12。同時，根據最優(yōu)投影方向向量還可計算得各 評價因素對投影特征值的貢獻率，結果列入表2。根據表2，以分區(qū) 序號為橫坐標，投影值為縱坐標，繪制投影散點分布見圖2。 圖2

5、評價樣本的投影值散布 6 水 2004 年 10 月 利 學 報 第 10 期 SHUILI XUEBAO 表1 下遼河平原各區(qū)地下水庫調蓄能力綜合評價指標特征值 地下水多年平 均可開采資源 量×106(m3/ 年 73.28 63.25 15.70 70.20 181.03 77.94 85.19 28.11 72.97 548.46 179.99 82.05 含水層 單井涌 水量 /(m3/d 2500 5000 5000 5000 1500 5000 5000 5000 2500 1500 1500 500 多年平均 地下水補 給資源量 ×106/(m3/ 年 93.

6、03 80.30 19.93 96.85 229.82 107.18 116.13 76.09 115.85 747.70 247.52 112.83 最大調 分區(qū)名稱及代號 蓄庫容 8 3 含水層導 水系數(shù) 2 多年平均 降水總量 ×10 /m 6 3 多年平均河 川徑流總量 ×10 /m 6 3 ×10 /m 1東沙河沖積 扇 2羊腸河沖積 西 部山 前平 原 扇 3黑魚溝沖積 扇 4大小凌河沖 積扇 5西部扇前 (間平原 1遼河沖積扇 2渾河沖積扇 東 部山 前平 原 3太子河沖積 扇 4海城河沖積 扇 5東部扇前 (間平原 中 部沖 積平 原 1新民-遼中

7、平 原 2遼中-臺安平 原 /(m /d 2.8581 4.0283 3.5807 15.9923 11.8484 26.7367 11.2725 30.2952 4.1999 42.1639 67.9092 73.1067 573.96 755.21 755.21 1492.71 233.03 1134.79 718.54 2088.54 526.46 333.13 625.63 1135.63 121.900 170.316 151.392 303.300 1414.615 760.120 609.102 499.845 237.558 3721.315 1769.500 806.625

8、17.4900 25.3980 23.1072 48.5280 233.7190 147.1200 133.3800 120.5300 41.6160 543.8845 249.1456 116.1540 注：表中中數(shù)據摘自文獻11，中數(shù)據摘自文獻遼寧省水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀分析報告(1995。 投影特征值實質上就是各評價因素的線性加權，其值越大說明該區(qū)地下水庫的調蓄能力就越大。將投 影特征值zi從大到小排列，可得下遼河平原各區(qū)地下水庫調蓄能力大小的優(yōu)劣排序(表2。分析其排序規(guī)律 可知地下水庫調蓄能力較大的依次為5、1、2；調蓄能力中等的依次為3、1、4、2、5；調蓄 能力較小的依次為2、3、4、

9、1。 7 水 2004 年 10 月 利 學 報 第 10 期 SHUILI XUEBAO 表2 下遼河平原各區(qū)地下水庫調蓄能力綜合評價歸一化的指標特征值與評價結果 分區(qū)名稱及代號 1東沙 河沖積 扇 2羊腸 河沖積 扇 西部 山前平 原 3黑魚 溝沖積 扇 4大小 凌河沖 積扇 5西部 扇前 (間平 原 1遼河 沖積扇 2渾河 沖積扇 3太子 東部 山前平 原 河沖積 扇 4海城 河沖積 扇 5東部 扇前 (間平 原 1新民 中部 沖積平 原 -遼中 平原 2遼中 -臺安 平原 各評價因素對投影特征值的 貢獻率(% 30.64 15.86 10.59 21.95 4.77 8.83 7.37

10、 8 12 1.0000 0.4864 0.1902 0.1874 0.1245 0.0000 0.1277 1.0449 3 11 0.9260 0.2116 0.4577 0.4401 0.3084 0.2222 0.3127 1.1802 2 10 0.5595 0.0539 1.0000 1.0000 1.0000 0.2222 1.0000 1.4677 1 9 0.0191 0.1581 0.0321 0.0458 0.1075 0.4444 0.1318 0.2235 11 8 0.3906 1.0000 0.1050 0.1957 0.0233 1.0000 0.0772 0.

11、9705 4 6 7 0.3399 0.1198 0.4860 0.2617 0.1773 0.1354 0.2463 0.2202 0.1168 0.1304 1.0000 1.0000 0.1199 0.1322 0.8100 0.5566 5 7 5 0.1280 0.0000 0.3591 0.4108 0.3103 0.2222 0.2884 0.5066 8 4 0.1870 0.6789 0.0504 0.0590 0.1023 1.0000 0.1057 0.6453 6 3 0.0103 0.2814 0.0082 0.0107 0.0000 1.0000 0.0000 0.

12、3162 10 2 0.0167 0.2814 0.0135 0.0150 0.0893 1.0000 0.0830 0.3476 9 1 0.0000 0.1837 0.0000 0.0000 0.1081 0.4444 0.1004 0.1837 12 序號 xi1 xi2 xi3 xi4 xi5 xi6 xi7 投影特 特值zi 調蓄能 力排序 水 2004 年 10 月 利 學 報 第 10 期 SHUILI XUEBAO 5 結語 本文對地下水庫的概念、調蓄原理和調蓄能力的分析與評價進行初步探討，提出地下水庫調蓄能力的 定義并建立地下水庫調蓄能力綜合評價的指標體系。在此基礎上采用基于

13、遺傳算法的投影尋蹤評價模型對 地下水庫調蓄能力進行綜合評價，投影尋蹤技術是根據樣本資料自身的特性進行聚類和評價，無需預先給 定各評價因素的權重，避免了模糊綜合評判等方法中的專家賦權的人為任意性。實例應用表明該方法切實 可行，可操作性強，為多指標體系的地下水庫調蓄能力綜合評價提供了一條新途徑。 參考文獻： 1 杜漢學，常國純，張喬生，等.利用地下水庫蓄水的初步認識J.水科學進展，2002，13(5：618-622. 2 趙天石.關于地下水庫幾個問題的探討J.水文地質工程地質，2002，(5：65-67. 3 戴長雷，遲寶明.地下水庫調蓄能力分析J.水文地質工程地質，2003，(2：37-40.

14、4 余強， 趙云章， 苗晉祥， 等.南水北調中線工程地下水庫的基本特征與調控管理J.水科學進展， 2003， 14(2： 209-212. 5 趙云章，邵景力，焦紅軍，等.黃河下游影響帶地下水庫的基本特征J.水利學報，2003，(5：90-93. 6 高彥春，劉昌明.區(qū)域水資源開發(fā)利用的閾限分析J.水利學報，1997，(8：73-79. 7 龍騰銳，姜文超.水資源(環(huán)境承載力的研究進展J.水科學進展，2003，14(2：249-253. 8 王順久，侯玉，張欣莉，等.流域水資源承載能力的綜合評價方法J.水利學報，2003，(1：88-92. 9 陳述云，張崇甫.多指標綜合評價方法及其優(yōu)化選擇研

15、究J.數(shù)理統(tǒng)計與管理，1994,13(3：18-21. 10 張欣莉，丁晶，金菊良.基于遺傳算法的參數(shù)投影尋蹤回歸及其在洪水預報中的應用J.水利學報，2000，(6：45-48. 11 譚世燕.下遼河平原地下水庫資源及其開發(fā)潛力分析J.國土與自然資源研究，1995，(5：33-39. Evaluation method for regulation and storage capacity of underground reservoir ZHENG De-feng, WANG Ben-de (Dalian University of Technology, Dalian 116024, Ch

16、ina Abstract: The regulation and storage capacity of underground reservoir is defined from the point of view of keeping ecological balance and sustainable development and utilization of water resources of the watershed. The grey relation analysis model is combined with correlation analysis to establ

17、ish the index system for comprehensive evaluation of the capacity. The projection pursuit model is introduced to establish the method for evaluation. This model is applied to evaluate and optimize the regulation and storage capacity of the underground reservoirs in lower Liaohe plain. The result shows that the projection pursuit mo