[发明专利]一种基于“分区-分级”理论的复杂水资源系统优化配置方法

说明书

本发明公开了一种基于“分区‑分级”理论的复杂水资源系统优化配置方法，步骤如下：首先获取水资源系统基本信息数据，其次对复杂水资源系统进行概化；然后按照水库、泵站、河道、输水管道与水厂之间的供给水关系对整个水资源系统进行分区，并建立不同分区水力关系数字化矩阵；最后按照供水水源类型构建和求解多级水资源系统优化配置模型，确定合理的优化配置方案集合。本发明可实现复杂水资源系统的简单化，为水资源高效利用提供新的途径。

技术领域

本发明属于水资源配置领域，具体涉及一种基于“分区-分级”理论的复杂水资源系统优化配置方法。

背景技术

为了解决水资源分布时空不均问题导致的水资源短缺问题，开展水资源优化配置研究能够提高水资源利用率，具有明显的社会和经济效益。然而随着社会经济的快速发展，水资源优化配置需要考虑的因素日益增多，尤其是针对复杂水资源系统，在优化配置模型的构建和求解过程中，容易出现维数灾难问题，因此有必要对系统进行分区处理，实现系统的有效降维，以提高计算效率。同时，以往的水资源优化配置模型通常以全区域的总供水保证率最大为社会效益目标，难以保证各分区用水户效益的公平性。另外，在优化配置模型的求解方面，Mirjalili等人(2014)提出的灰狼优化算法(GWO)已被证明在对函数求解精度和稳定性上要明显优于粒子群算法(PSO)、差分算法(DE)和遗传算法(GA)等优化算法，但也存在着收敛速度慢、全局搜索能力弱、容易陷入局部最优的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂水资源系统优化配置方法，该方法基于“分区-分级”理论进行水资源优化配置模型构建，同时对灰狼算法进行改进，并应用于模型求解，确定最优配水方案集合。该方法能够简化多维优化求解过程，避免陷入局部优化提高计算效率，且保证各用水户的公平性及提高供水保证率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于“分区-分级”理论的复杂水资源系统优化配置方法，包括以下步骤：

步骤1，获取水资源系统基本信息数据，包括水库水位-库容关系曲线，水库、泵站、河道、输水管道、水厂的基本特征参数、地理位置信息等；

步骤2，将复杂水资源系统概化为不同单元，包括节点和有向线段；

步骤3，对整个复杂水资源系统进行片区划分，分别建立不同分区水力关系数字化矩阵；

步骤4，按照供水水源类型构建和求解多级水资源系统优化配置模型，确定合理的水资源优化配置方案集合。

上述技术方案中，进一步地，所述步骤2中将系统中的水库、泵站、河道、水厂分别概化为节点，输水管道概化为有向线段。

进一步地，所述步骤3中分区原则是以水厂为分区中心，按照水库、泵站、河道、输水管道与水厂之间的水力关系进行片区划分。

更进一步地，所述步骤3中将不同分区之间的交汇处概化为虚拟节点。

进一步地，所述步骤3中水力关系均以0，-1和1数字化表示，其中0表示无水力关系，-1表示出流，1表示入流。

进一步地，所述步骤4中的供水水源包括本地水和外调水，其中本地水包括水库和河道水。

进一步地，所述步骤4按照供水水源类型构建和求解多级水资源系统优化配置模型，包括以下步骤：

步骤4-1，仅考虑本地水，建立第一级水资源单目标优化配置模型。以分区水资源系统为对象，分别构建各分区以水厂供水保证率最大为目标函数，以水量平衡、本地水源可供水量、泵站过流能力、管道输水能力等为约束的水资源单目标优化配置模型，其中，目标函数：