水系统控制论：提出背景、技术框架与研究范式

摘要

现代水系统是一个复杂的巨型混联系统，涵盖数量庞大、类型多样的对象实体，运行管理与调度控制十分困难。现有的集中控制策略仍存在单点故障风险高、可扩展性和灵活性差、数据安全风险大、精细化管理程度不足等问题，亟须新的理论和技术来提高水资源管理效率和科学性。本研究系统综述流域水系、梯级水电站群、调水工程与灌区渠系、城市供排水系统等典型水系统控制研究的对象、目标、关键问题及方法体系。在传统研究水系统规划问题的基础上，引入控制论和信息论，提出水系统控制论，对系统进行建模、仿真、调度和控制，并阐述其技术框架与基本原理。首次构建统一的水系统控制研究范式，将复杂多样的水系统对象划分为被控单元和控制单元两大类别，依据建模方法进一步细分为产流单元、传输单元和控制单元3类，并确立精准建模、模型降阶、同步孪生及实时控制4个关键技术体系。水系统控制论的提出能够为解决当前水系统管理面临的挑战提供新的理论框架和方法指导，为推进智慧水利建设奠定重要基础。

关键词

水系统控制论 / 精细化管理 / 技术框架 / 研究范式 / 智慧水利