基于混合多目标粒子群算法的梯级橡胶坝群蓄洪调度研究

摘要

[目的]城市段河道梯级橡胶坝群蓄洪调度问题具有非线性、多维性和高约束性，研究其高效稳定的求解方法，有助于在保证防洪安全的前提下充分利用洪水退水期的水资源补充坝内库容，对提高汛期洪水利用效率具有重要意义。研究考虑社会目标、生态目标和效率目标，建立梯级橡胶坝群多目标蓄洪调度模型。[方法]为提升模型求解性能，提出了一种混合多目标粒子群算法(HMOPSO)用于模型求解，该算法通过Logistic映射初始化种群，采用差分进化策略优化迭代过程，并引入轮盘赌法选择全局最优解。以阜新市细河城市中心段梯级橡胶坝实际工程为例，选取该区域1994年和2013年的典型洪水过程为条件进行多目标蓄洪调度模型求解，将HMOPSO算法结果与MOPSO和NSGA-Ⅱ算法结果进行对比，利用多种性能指标评价各算法的Pareto前沿，并对调度解集进行规律性分析。[结果]各算法均满足求解需求，而HMOPSO算法相较于其他算法的GD指标优越28.57%以上，HV指标优越19.96%以上，证明HMOPSO算法在收敛性、均匀性和多样性方面均优于其他对比算法，能更有效应对不同洪水情景下的蓄洪调度需求；生态目标与效率目标之间存在负相关关系，若侧重于生态目标的实现，则整体调度时间会增加；洪水退水期的线形特征对调度的解集范围具有影响，洪尾可蓄水量、可调度时间越长，可行解集范围则越大。[结论]基于HMOPSO算法为城市段河道梯级橡胶坝群的合理蓄洪调度提供了理论依据，可为类似地区的研究提供参考。

关键词

梯级橡胶坝群 / 蓄洪调度模型 / 多目标粒子群算法 / 洪水资源利用