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水 利 学 报

2025 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 7 期

文章编号：0559-9350（2025）07-0885-13

基于云计算的水库群实时防洪多目标风险调度模型

陈 娟 1，2 ，张 璐 ，孙飞飞 ，邓如霞 ，钟平安 1
3
1
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（1. 河海大学 水文水资源学院，江苏 南京 210098；2. 河海大学 调水工程研究院，江苏 南京 210098；
3. 宁波市水利水电规划设计研究院有限公司，浙江 宁波 315000）
摘要：水库群实时防洪调度是受诸多因素影响的不确定性调度，开展水库群实时防洪多目标风险调度研究对保障
流域防洪安全具有重要意义。本文考虑水文预报误差的不确定性，以各水库最高水位最低、下游防洪断面最大过
水流量最小为目标函数，建立水库群实时防洪多目标风险调度模型；针对复杂水库群“维数灾”问题，基于云计
算采用多目标金鹰优化算法 （MOGEO） 求解水库群实时防洪多目标风险调度模型，从智能优化算法、风险因子
模拟、并行计算、云计算四个角度优化模型求解时间，满足实时防洪调度高时效性的需求；再根据非劣解集的空
间分布，提出改进的点云体素下采样法提取最优调度方案。以淮河中上游史灌河流域为背景开展实例研究，结果
表明：MOGEO 在防洪调度方面的适应能力较强，模型求解时间由第三代非支配排序遗传算法 （NSGA-Ⅲ） 的
1542 s 缩短至 830 s，快速收敛至 Pareto 前沿；基于改进拉丁超立方的风险因子模拟在确保抽样精度可靠的情况下，
缩减了 2/3 的计算时间；采用云分布式集群的模型求解时间为 113 s，为云服务器单机 12 核并行计算时间的 1/6、
串行计算时间的 1/30，大幅度提高了模型求解效率。
关键词：水库群；实时防洪调度；不确定性；云计算；分布式集群
中图分类号：TV697 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240738

1 研究背景

水库群防洪调度需要综合考虑水库自身安全和下游公共防洪点的安全，是一个多目标优化问题。
［1］
目前求解多目标优化问题的方法主要有两大类：（1）通过权重法与约束法 将多目标问题转化为单目
［2］
标问题间接求解优化模型。黄志中等 以水库自身安全、堤防安全和防洪保护区安全为目标，建立水
库群实时防洪多目标优化调度模型，采用权重法调整各目标权重系数将多目标转化为单目标进行求
［3］
解，得到模型的非劣解集。由于权重法与约束法需事先确定权重系数和次要目标的约束限值 ，这些
数值的选取往往需要经验或专家知识，难以量化，且无法得到完整的 Pareto 前沿。（2）采用多目标智能
优化算法对模型进行直接求解，常见的有基于进化机制的多目标算法、基于物理机制的多目标算法和
基于群体行为的多目标算法 。传统群智能算法在实际解决复杂多目标优化问题中存在收敛性不足的
［4］
［5］
缺陷 ，近年来，诸多新型群智能算法被提出用来求解多目标优化问题，其适用性强、收敛稳定，被
广泛应用于水库防洪调度方向 ［6-9］ ，并在求解实际复杂问题中取得了较好的实验效果。
在水库群实时防洪调度的过程中，由于水文、水力、社会经济、人为因素、模型结构和参数等不
确定性的存在，给实时防洪调度带来了风险。因此，优化不确定性对防洪调度造成的风险成为大多数
学者研究的重点。常用不确定性分析方法包括：机会约束规划法和随机模拟法。机会约束规划 ［10］ 是通

收稿日期：2024-11-14；网络首发日期：2025-06-04
网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20250603.1352.001
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基金项目：国家自然科学基金项目（52479011，51909062）；国家重点研发计划项目（2022YFC3202801）
作者简介：陈娟（1989-），博士，副教授，主要从事水资源规划与管理研究。E-mail：chenjuanhhu@hhu.edu.cn
通信作者：钟平安（1962-），教授，主要从事水资源规划与管理研究。E-mail：pazhong@hhu.edu.cn
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