[发明专利]一种基于启发式大系统分解协调思想的水资源配置方法

说明书

本发明公开了基于启发式大系统分解协调思想的水资源配置方法，以天然河道拓扑结构为依据，以计算单元个数为循环，逐时段对各个计算单元进行水资源配置；以各子系统缺水量为启发信息，考虑河道的最大可补充量及计算单元内供水能力，处理完缺水的计算单元后，再进行河道内断面生态流量的补偿调度；遵循地下水补充配置需同时考虑各时段地下水提水能力约束和年总量控制，以子系统缺水量和区域地下水用水量为启发信息，将地下水用量进行配置。本发明提出的水资源配置方法计算速度快、计算效率高。通过模拟模型和与实际运行规则相结合，能够较好地处理配置问题的相关约束，比启发式智能算法的随机寻优策略更加贴合实际，具有较好的工程实用价值。

技术领域

本发明属于水资源配置技术领域，特别涉及一种基于启发式大系统分解协调思想的水资源配置方法。

背景技术

水资源配置问题是一个多层次，多水源的高纬度的大规模非线性规划问题，具有多决策变量、多目标、多约束、多耦合等特点。水资源配置涉及到的水利工程有地表水系统的本地河网水引提水工程、水库蓄水工程、外调水工程、区域外调入水工程和地下水系统提水工程，流域内大量水利工程运行过程等均为模型的决策变量。同时需要满足各类水利工程的约束、天然河道的约束等。水利工程间存在时间和空间耦合，例如下游水库(断面)的入库流量受上游下泄流量影响，计算分区的回归水量在一定的时间后汇入河道影响区域水资源的供需分析等，为水资源配置模型的求解带来了极大的困难。

针对此类问题的求解思路有两种，第一是通过启发式智能算法对多目标问题直接寻优；第二是通过大系统分解协调等降维理论将问题拆分为各个关联的低维度的子问题进行求解。由于传统数学规划算法的不适用性，第一类求解方法很好地解决了水资源配置模型在高维度寻优空间的优化问题，是目前应用最广泛的方法，但大部分启发式智能算法并未考虑约束处理，水资源配置问题的大量显示约束和隐式约束制约了启发式智能算法在水资源配置模型求解中的效果。第二类求解方法难点在于如何协调子问题间的关系以及子问题与总问题的关系，因此存在两方面问题：如何将区域缺水最小这个总问题分解到各个子系统并确定子系统的调控对象；如何协调各子系统间的缺水量，达成区域缺水量最小目标。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的存在的缺陷或改进需求，提供一种基于启发式大系统分解协调思想的水资源配置方法，在综合考虑需要配置的水资源系统的基础上，通过大系统分解协调思想将配置对象拆解为包含计算分区供水的蓄水工程、引提水工程、地下水工程等水资源利用工程及连接各个工程的天然河道及输水管道的基本计算单元子系统；将配置问题拆解为本地地表水资源配置、水库联合优化配置及地下水补充配置三个层次，以子系统缺水量(包括子系统的区域缺水量和河道生态缺水量)和区域地下水用水量为启发信息通过启发式策略协调各子系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于启发式大系统分解协调思想的水资源配置方法，包括如下步骤：

步骤S1：以天然河道拓扑结构为依据进行搜索，将搜索到的汇水节点作为支流，再从支流的最上游重复搜索，确定计算单元的配置循序，初始化计算单元的缺水量为该计算单元的总需水量；

步骤S2：以计算单元个数为循环，逐次对各水利工程的节点进行分析计算，优先配置取水口水量，确定各子系统缺水量并更新；

步骤S3：以计算单元内水库蓄水工程个数为循环，依次从上游到下游，逐时段对各个计算单元进行本地水库蓄水工程水量配置；

步骤S4：以各子系统缺水量为启发信息，将缺水或各河道断面不能满足的计算单元作为进一步配置的缺水计算单元；

步骤S5：以缺水计算单元个数为循环，设定初始缺水量，遍历拓扑结构，寻找上游所有的水库蓄水工程，依次确定补偿供水的蓄水工程；

步骤S6：以天然河道内生态缺水的计算单元个数为循环，设定初始生态补水流量，对天然河道内断面生态流量进行补偿调度；