松耦合模型驅(qū)動的流域水資源管理決策支持系統(tǒng)研究及應用.pdf

1、流域水資源具有發(fā)電、供水、航運、灌溉、養(yǎng)殖等多種適用價值和功能,如何合理開發(fā)、利用、節(jié)約和保護水資源并防治水害是一個事關科學發(fā)展的全局性根本性問題,同時也是一個關系國計民生的戰(zhàn)略問題。我國水資源相當貧乏,水問題異常突出,且隨著人類活動對水資源系統(tǒng)擾動程度的加深以及社會發(fā)展進程的高速推進,水資源的供需矛盾將更加嚴重,另一方面,近些年極端氣候事件頻發(fā)態(tài)勢進一步增加了流域水資源管理的復雜性與不確定性。如何在流域范圍內(nèi)以最少的水資源、資金和人力

2、的投入獲得最大的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益是當前流域水資源管理的首要目標。流域水資源系統(tǒng)是一個受諸多方面因素影響的復雜系統(tǒng),且流域水資源管理決策過程涉及社會、經(jīng)濟、水文、水動、水工和生態(tài)等多個領域,是一個典型半結構化的多層次、多主體、多目標決策問題,以信息管理系統(tǒng)為代表的傳統(tǒng)模式已無法適應現(xiàn)代流域水資源管理的需求?；陬A報、分析、局部搜索、多目標多屬性決策、最優(yōu)化、模擬、評估、知識、方法、數(shù)字化技術等多學科輔助決策運算單元(本文范疇內(nèi)

3、統(tǒng)稱為“模型”,Model)的決策支持系統(tǒng)將輔助流域水資源管理部門更好地開展水資源規(guī)劃管理工作,其中保證面向決策需求的動態(tài)適應性與異質(zhì)包容性是決定此類決策支持系統(tǒng)性能的關鍵。本文首次提出了一種以模型為中心,以決策行為優(yōu)化環(huán)與決策技術優(yōu)化環(huán)雙層松耦合迭代優(yōu)化結構為主要特點的決策支持系統(tǒng)建模與設計方法,定義它為松耦合模型驅(qū)動決策支持系統(tǒng)(Loose-couplingModel-drivenDecisionSupportSystem,簡稱LC

4、MD-DSS),并詳細闡述了其決策機理、體系架構以及相關關鍵技術。近四年來,這一系統(tǒng)方法被成功應用到包括國家973計劃項目應用示范在內(nèi)的水資源管理實際工程應用中,應用效果表明LCMD-DSS具有良好的異質(zhì)包容性、動態(tài)適應性與普適性推廣前景。另一方面,隨著相關知識產(chǎn)權保護規(guī)范與模型應用協(xié)議體系的完善,LCMD-DSS將極大地促進科研院所先進的流域水資源管理領域理論算法與實際工程實踐相結合的學-研-產(chǎn)新模式的高速發(fā)展,為科學地開展流域水資源

5、管理工作,實現(xiàn)“水資源可持續(xù)利用”國家戰(zhàn)略提供理論基礎與技術支撐。本文的主要研究成果和創(chuàng)新點包括:
　　(1)針對流域水資源管理決策過程多層次、多主體、多目標且半結構化的特點,設計了基于雙層迭代優(yōu)化結構的持續(xù)集成松耦合系統(tǒng)體系,明確了系統(tǒng)框架下各相關角色的作用與分工,探討了這一系統(tǒng)方法在流域水資源管理領域的決策機理,提出了松耦合模型驅(qū)動的流域水資源管理決策支持系統(tǒng)方法;
　　(2)針對LCMD-DSS系統(tǒng)集成所面對的海量多源

6、異構數(shù)據(jù)集成、網(wǎng)絡分布式開放模型集成與基于GIS動態(tài)生成交互平臺搭建等難題,綜合運用地球科學、信息科學、計算機科學、空間科學、通信科學、管理科學、經(jīng)濟人文科學等多學科理論和技術成果,結合數(shù)字工程方法克服傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的物理邊緣、技術邊緣、功能邊緣和邏輯思維邊緣,建立了流域水資源管理統(tǒng)一數(shù)據(jù)共享平臺,研發(fā)了網(wǎng)絡分布式模型驅(qū)動的水資源管理智能化開放式模型庫,設計并實現(xiàn)了基于WPF與GIS的動態(tài)生成交互平臺,為LCMD-DSS雙層迭代優(yōu)化機制提

7、供了核心技術支撐;
　　(3)針對流域水資源管理情景推演需求,綜合考慮不規(guī)則邊界和復雜地形的淺水流動數(shù)值計算問題,基于不規(guī)則三角形網(wǎng)格單元求解二維淺水方程的高精度Godunov型有限體積模型;研發(fā)了一系列用于數(shù)據(jù)分析與可視化轉(zhuǎn)換的普適性GP服務,以模型的形式集成到系統(tǒng)開放式模型庫,實現(xiàn)了流域水資源管理情景推演的數(shù)值仿真及可視化模擬;
　　(4)以國家治水方針、水利部可持續(xù)利用治水新思路為指導,以輔助水行政主管部門自上而下調(diào)度