[发明专利]一种面向河道生态需水的水资源配置的方法

说明书

本发明公开了一种面向河道生态需水的水资源配置的方法，包括：在水资源配置模型中，将河流生态需水断面概化为生态单元，建立水源与生态单元间联系，并满足水资源配置模型的约束，在紧邻生态单元的上游设定虚拟水库，构建面向生态调度的水资源配置模型，生态单元耗水率设置为0，虚拟水库的库容设为0；在生态调度过程，面向生态调度的水资源配置模型按如下规则调度：上游水库下泄水量、区间汇流，均进虚拟水库，来水量先用于生态单元供水，多余水下泄；若生态单元供水不足，向上游水库发调水指令，进行生态补水。本发明实现多目标的长系列模拟过程，满足不同用水对象的需求，对开展流域综合治理及在规划层面制定流域生态补水方案具有重要意义。

技术领域

本发明涉及生态调度领域，具体涉及一种面向河道生态需水的水资源配置的方法。

背景技术

生态调度旨在抢救或恢复已受损的河流生态系统，促进河流生态系统自我修复能力提高而实施的各项河流和水工程调度措施的统称，其实质就是将生态因素纳入到现行水库调度和区域水资源配置方案中进行多目标综合调度。其通常做法是充分考虑水库调节性能和河道输送特性，利用水库库容适时蓄存或泄放径流以调整天然水沙过程，改善库区和下游的河流水环境条件，保障河流生态系统水需求，实现防洪、发电、供水、灌溉、航运等社会经济多种目标。

在生态调度的研究中，考虑生态环境流量需求的水利工程优化调度模型通常有三种形式：

第一种是约束控制型模型，即在传统优化模型的约束条件中加入生态环境流量的约束条件，这类模型最早出现的是包括最小生态流量约束模型(MEF模型，MinimumEcological Flow)，由于其新增的生态流量约束条件简单且固定，在传统优化模型上修改方便，容易实现，因此应用较广，但其对生态系统的保护效果正越来越受到人们特别是生态学者的质疑。为弥补MEF模型的缺点，学者开始考虑将目标物种的适宜生态流量作为约束建立优化调度模型(CEF模型，Calculated Ecological Flow)，与MEF相比，CEF模型中生态流量是动态变化的，响应不同生物不同生活史阶段的用水流量需求；其约束条件的设定保证了水库调度时目标物种随时间变化的适宜流量下限值；CEF模型主要优点在于针对性强，对目标物种的保护效果较好，但适宜生态流量的求解较MEF要复杂得多，且建模成本较高，需要大量的生态及水文数据。模型在运用中还需注意目标物种的甄选，以求最大程度的保护河流生态系统。后期有发展出综合流量约束模型则简称为IEF模型(IntegratedEcological Flow)，将河流生态系统是一个复杂的综合系统，当存在多个河流生态管理目标时，IEF模型可能是一种较好的选择。

第二种是目标控制型模型，即在传统优化模型的目标函数中加入生态环境流量的目标，并逐步发展出了RVA(Shiau and Wu,2007)、IDH等模型方法，这种模型符合水库多目标调度问题的实质，是考虑生态流量优化调度模型发展的新阶段，对水库优化调度提出了更高的生态要求。但是，这类模型求解得到的调度方案往往对水库社会经济利益带来较大影响。

第三种是生态价值目标型模型，通过推求生态环境流量的经济效益，形成生态价值目标；在该模型中，生态流量的施放被视作一种经济活动，产生相应的成本和收益，该因子与水库调度的其他成本和收益一起构成“成本—效益”模型，将水库目标全部实现货币化，并根据当地实际情况，定义反映水库整体效益的经济函数，通过全成本核算的方法来优化水库的调度方案。

综上所述，以上三种生态环境流量需求的水利工程优化调度模型都具有片面性，具体如下：

(1)上述模型通常只能对单个水库进行生态调度计算，而不是在全流域层面进行计算；

(2)对生态流量的约束方面，只能在约束控制型和目标控制型中选择其一，不能同时兼顾两种约束控制方法，并且都涉及到对原有水资源配置模型的重新构建，程序开发工作量大；

(3)上述模型通常只能对河道生态流量的一种目标进行模拟，不能完全考虑流域内其他社会经济供需过程，水资源配置目标综合效果不均衡。