2012-04-18
水利水电学院
•现代科学技术：使系统思想定量化，定量处 理系统各组成部分相互联系 •计算机技术：为定量化系统思想的应用提供 了强有力工具
•社会实践活动的大型化和复杂化：要求系统 思想方法定性与定量相结合
2012-04-18
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耗散结构理论（普利高津，1969）
•开放且远离平衡
系统的快变量由慢变量（序参量）支配，即役使原
理
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非线性理论 •一个系统不仅是其部分的总和
•一个系统的性能如何随时间变化？
•有没有稳定的终态？
•在非线性动力学中，就是定常状态、分岔、 不动点、振荡、混沌问题
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系统分析方法
• 系统分析：是运用逻辑思维推理和定量分 析相结合的方法，对系统问题进行的分析
分形理论
• 研究自然界不规则现象及其内在的规律 • 当尺度改变时，他的结构具有不变性，具有这种特 点的几何图形称为分形
2012-04-18
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灌区灌溉渠道系统分形特征研究
总干渠
二分干渠
三干渠
二支三分干渠
二支二分干渠
二干渠
一支渠
二支一分干渠
一份干渠

二支渠
二支干渠
三分干渠
四分干渠
五分干渠
一分干渠
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水资源评价技术
• 模糊数学
• 灰色系统 • 非线性理论 • 神经网络 • 小波分析 • 信息技术
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模糊数学
•概念的亦此亦彼性、非排他性 •丰、中、枯不同年型模糊识别 •汛期与非汛期划分 •隶属度函数
•模糊综合评价
•模糊聚类分析 •模糊控制 •模糊优化 •模糊不确定性
距离 /km
东西方向
南北方向
东 西 方 向
南 北 方 向
图4-1
韶山灌区有向信息传输示意图
图4-2
双牌灌区有向信息传输示意图
结论： 有向信息传输指数随距离增加而减少，表明随距离增
2012-04-18
大，站点之间ET0信息传递将减少，关联程度降低
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遗传算法
• 是模拟自然界生物进化机制的一种算法 • 特点：
4 x 10
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540 月
预测方法
预测值 (万m3)
实测值 (万m3)
相对误差 (%)
二项式回归预测 灰色预测 时间序列分解预测 混沌预测
2105.1 1833.9 1669.4 1375.5
1483.8 1483.8 1483.8 1483.8
二支一分干渠
二分干渠
二支二分干渠
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图8-2 漳河灌区渠系布置图
•一般常用三种维数来描述 一种分形结构，即： •豪斯道夫维数D， •信息维数
DI lim
0
N ( ) i 1
p
i
log pi
log
I lim 0 log
x
xj
•关联维数
•应用： •（1）分析水文过程形 态特征 •（2）用分形理论划分 洪水分期
300
360
420
480
540
月
最大Lyapunov指数计算方法
最大Lyapunov指 数
Wolf法
小数据量法 小数据量改进算法
2012-04-18
0.1903
0.0051 0.0067 0.0674
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平均值
举水流域麻城站1956-2005年的月径流量数据进行混沌预测
径流量 (万 m 3)
水资源系统工程
邵东国
2013年5月
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主要内容
第一章 水资源系统工程概论 第三章 水资源系统优化配置 第四章 水资源系统优化调度 邵东国 3h（第10周） 胡铁松 6h（第11周） 付湘 6h（第12周）
第二章 水资源系统评价与模拟 邵东国 3h（第10周）
第五章 水资源系统风险分析
复习3小时（第15周三）罗强
2012-04-18
xT
j
点 集 xT ( j)
图3-3
时间序列转换为点集示意图
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灌区灌溉渠道系统分形特征研究
表8-1 漳河灌区渠系盒维数分析
总干渠
二干渠
三干渠 一支干渠 二支干渠
渠道
一支 二支 一分 二分 一分 二分 三分 四分 五分 渠 渠 干渠 干渠 干渠 干渠 干渠 干渠 干渠 一分 二分 三分 一分 二分 干渠 干渠 干渠 干渠 干渠 维数 1.2451.175 1.219 1.009 1.0331.2471.0451.0811.1911.1031.0931.1961.0081.002
–是对参数进行编码运算,不需要有关体系的任何先验知识 –沿多种路线进行平行搜索, –能在许多局部较优中找到全局最优点
2012-04-18
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大系统多目标优化
大系统递阶分析原理与方法 多目标决策的基本原理与求解技术 大系统多目标递阶分析与方法
2012-04-18
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大系统研究方法
• 多重建模与分析 • 基本思想是对有多个互联子系统的大系 统，采用分解和多重建模的方法 • 分解是把系统整体建模处理为各子系统 的建模问题，然后再建立关联模型，组 成大系统的整体模型
最大Lyapunov指数计算方法
最大Lyapunov指数
Wolf法
小数据量法 小数据量改进算法
2012-04-18
0.2664
0.0550 0.0868 0.1361
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平均值
举水流域1956-2000年共45年的灌溉用水量分析
灌溉用水量(10 8m3)
6
5
4
3
2
1
0 0
60
120
180
240
•基本要素：目标、可行方案、费用、模型、 效果、准则、结论 •定量方法：投入产出模型、数学规划法等
•定性方法：因果分析法、德尔菲法等
2012-04-18
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系统评价
•对系统开发提供的各种可行方案进行综合考察，全 面权衡利弊得失，为系统决策选择最优方案提供科学 依据
•难点：指标难量化、不同方案难取舍 •原则：指标数量化、归一化、客观性、可比 性、系统性和政策性
2012-04-18 水利水电学院
灰色系统理论
• 灰色系统理论把自然界中已知的信息视为白 色系统，把未来的信息视为黑色系统，而把 介于两者之间的系统叫做灰色系统 • 信息封闭性、不完全性、可部分确知性
• 关联度
• 水情预测、规划、调度、控制、决策、评价、 不确定性分析
2012-04-18 水利水电学院
水利水电学院
管理科学部
面向网络/复杂数据的智能决策分析与知识管理 复 杂 管 理 系 统 的 研 究 方 法
配 水 管 理 用 水 管 理
水转化效率提升机制
科学问题
水资源预报调配机制 生态环境系统响应机制
农 业 生 产 管 理
多主体协商
信息管理
工程管理
生态环境保护
可 持 续 发 展 管 理 与 宏 观 政 策
2012-04-18
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大系统控制形式
• • • • • 递阶控制：象金字塔式的结构 特性： 由一定优先和从属关系的决策单元构成 有一个总目标，一个或多个单元目标 存在垂直向的多级间信息交换
2012-04-18
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分散控制
• 对多输入多输出的大系统，每个子系统 负责整体系统中的一部分单独运行
• • • • • • 水文学：极端事件安全保障率最大 资源学：用水总量控制 经济学：用水效率最大 生态学：生态流量稳定 环境学：水功能区达标率最大 社会学：利益公平分配
2012-04-18
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水资源系统规划管理技术
• • • • • • • •
2012-04-18
工程技术 信息技术 管理技术 生态修复技术 环境保护技术 生物技术 新型材料 系统分析技术
41.9 23.6 12.5 7.3
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参考作物潜在腾发量的信息熵理论

有向信息传输指数特征
DITI
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
DITI
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
0
50
100
150
200
250
0
50
100
150
200
250
300
距离/km
动态系统
控制器1
控制器2
2012-04-18
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递阶控制的结构形式
• 在递阶控制系统中，各子系统的地位、 作用、功能、相互联系方式、信息交换 不同，结构形式也不同 • 多级递阶控制结构 • 多重递阶控制结构 • 多层递阶控制结构 • 多段递阶控制结构
2012-04-18 水利水电学院
大系统分解协调原理
结论： 分形维数能反映分形体的结构特征。渠道空间分布的 分形维数值越大，表明渠道的弯曲程度越高，渠道能均匀地布置 在其控制范围内
2012-04-18 水利水电学院
混沌分析
混沌是确定性系统中出现的一种貌似规则、类似随机的现象
基本特征： • 非周期性 • 对初始条件的敏感性