一种基于可拓传导效应的区域水能承载能力计算方法

摘要

一种基于可拓传导效应的区域水能承载能力计算方法，所述计算方法包括以下步骤：1）考虑到不同设计要素之间的耦合关系及地区等条件差异，确定拟建水站设计变量和河段评判的指标要素及其计算方法；2）构建设计问题之间的问题模型，并进行相关分析，得到核问题模型及传导矛盾环；3）传导矛盾环的转化机制研究，给出主动变量，建立可拓变换操作过程模型计算不同设计要素之间的传导效应，并得到综合评判结果，通过该结果的归类比较，将生态指标、社会指标和技术指标综合考虑，最终获得最优方案。最后应用于浙江水资源的27个河段区域水能承载能力计算中实现区划。本发明充分考虑了拟建水站设计变量与区域水能承载能力设计要素之间的关联性和传导性，有效实现了这两者的不相容问题，计算过程简洁明了、客观及实用性强。

主权项

1.一种基于可拓传导效应的区域水能承载能力计算方法，该方法包含以下步骤：（1）初始设计要素确定按照水电站设计要求和经济发展规划，确定拟建水电站主要设计变量x_i及设计变量个数n；结合河流段区域水能承载能力特点及各地方的水资源建设、使用和管理条例或方案作为参照标准，确定拟建水电站河段的区域水能的3个评价指标及其指标体系中的设计因素v_i和设计因素个数m。（2）设计要素指标体系构建及多维物元建模在初始设计要素确定基础上，构建以拟建水电站和拟建河段作为一级指标、水电站和3个评价指标为而级评价指标及n个设计变量和m个设计因素作为三级计算指标的一个综合区域水能承载能力计算体系。并建立由多维物元模型M表示的指标体系：$M=\left[\begin{array}{ccc}{O}_1& c_{11}& t_{11}\\ \oplus O_2& c_{21}& t_{21}\\ & c_{22}& t_{22}\\ & c_{23}& t_{23}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{M}_{11}\\ M_{21}\\ M_{22}\\ M_{23}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\{M_{111},& ...,& M_{11n}\}\\ \{M_{211},& ...,& M_{21m_1}\}\\ \{M_{221},& ...,& M_{22m_2}\}\\ \{M_{231},& ...,& M_{23m_3}\}\end{array}\right]---\left(1\right)$O₁,O₂分别表示为拟建水电站和拟建河段名称，为连接符号且表示可组合，c_ii为一级指标特征（下一级物元的名称），t_ii为关于c_ii的具体量化值或者是特征程度描述。M_i={M₁，M₂}为一级指标集，M_ij={M₁₁,M₂₁,M₂₂,M₂₃}为二级指标集，为三级指标集，且m₁+m₂+m₃=m。（3）设计要素冲突问题可拓形式化建模当拟建水电站的设计变量与现有河段区域水承载能力设计因素相冲突时，就需要对其中的设计要素进行变换，使得这两者能相容。因此，就需要对冲突问题进行一个量化的建模描述。设定问题解决目标G是拟建水电站、问题解决条件L是拟建地区区域水能承载能力，则冲突问题P的问题模型可表示为：（4）设计要素冲突问题解决目标和条件相关分析依据拟建水电站设计变量和现有河段区域水能承载能力设计因素的关联性，对设计要素进行相关分析，建立设计要素相关分析网。设计要素之间的相关符号用“～”表示，同一级的指标相关表示为：M_ij~M_ik，不同级的指标相关表示为：M_i~M_ij。若一个设计要素基元存在与多个同级设计要素基元相关，则可表示为：与多个同级和异级设计要素相关表示为：其中m′,m″为相关的设计要素个数。通过相关链中设计要素的重合性，构建设计要素相关网。（5）设计要素冲突核问题模型及传导矛盾环构建以冲突问题模型为基础、问题解决目标和条件的相关网为推导方法，找出冲突的根源和最迫切需要解决的核心问题目标g和核心问题条件l。核问题模型p表示为：$p=g*l=\left[\begin{array}{ccc}{O}_1,& x_1,& X_1\\ & x_2,& X_2\\ & .& .\\ & .& .\\ & .& .\\ & x_n,& X_n\end{array}\right]*\left[\begin{array}{ccc}{O}_2,& v_1,& Z_1\\ & v_2,& Z_2\\ & v_3,& Z_3\\ & .& .\\ & .& .\\ & .& .\\ & v_m,& Z_m\end{array}\right]---\left(3\right)$其中X_i和Z_j分别表示为对应设计要素x_i和v_j的参数值或特征程度描述。利用核问题模型削减相关网，再判断相关前项物元与相关后项物元的传导特性，并用符号“→”或“←”替代符号“~”，从而构建设计要素的传导矛盾环。（6）设计要素冲突问题消解当传导矛盾环中任一节点（设计要素）的变换都会引起其他节点的连锁变换。对拟建水电站设计变量中的任一设计变量做主动变换依据相关度的大小，生成其他的传导变换生成相应的传导效应。用符号表示对不满足要求的设计变量的域值进行调整，该符号前端是主动变换事元、后端为传导变换事元集。主动变换用事元形式描述为：其中表示所实施变换的名称，对设计要素所作的主动变换主要针对要素的特征参数值或者是特征程度描述，选取增加变换、减小变换、分解变换或是这几者的组合变换。即主动变换对象M_11i的一阶一次传导效应为：其中c(M_11i)、c(M_11i′)表示设计变量M_11i变换前后的参数值或者特征程度描述。则主动变换关于设计变量M_11i特征的一阶n次传导效应为：其中传导变换所实施的变换名称中的一种变换或几种变换组合。为当一阶传导变换不能满足冲突问题消解时，就需要对其做多阶变换，包括传导步长设定等。构建主动变换生成的主动变量及其引起传导变换的传导效应比值的综合评判模型E为：$E=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}\frac{\left|{\mathrm{\Delta X}}_i\right|}{X_i}}{\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}|c\left(B_{\mathrm{ji}}^{\prime }\right)-c\left(B_{\mathrm{ji}}\right)|/c\left(B_{\mathrm{ji}}^{\prime }\right)}---\left(6\right)$（7）基于传导效应的方案选择通过公式（6）计算得到各个河段的综合评判模型E的计算值，按照E值的大小对其进行分类：I型[0，0.1]、II型[0.1，0.5]、III型[0.5，1]、IV型[1，5]和V型[5，+∞]，且优先级I>II>III>IV>V。当只有一个河段的E值所属类型优于其他类型时，选择该河段作为拟建水电站最合适的区域水能。当有多个河段的E值所属类型优于其他类型时，需要依据技术指标、社会指标、生态指标作。拟建水电站设计变量与技术指标中设计因素比较输出技术指标评价值（使用A,B,C,D标记并赋予相应的评价值）。社会指标以最为关心的价格作为核心，通过设计变量与社会指标中设计因素之比μ作为评价值输出，公式为：由于生态指标具有等级性，且该指标中的设计因素以特征程度描述为主，首先赋予其初始权重λ₀，再结合评价指标级别η_i，重新定义权重λ：λ=（1+η_i）×λ₀                （8）通过各项指标的计算值及当地发展规划的倾向性，再综合衡量输出最适合拟建水电站的区域段。