[发明专利]一种基于多阶段多目标的水库水资源优化配置方法

权利要求书

1.一种基于多阶段多目标的水库水资源优化配置方法，其特征在于，该方法为固定组合随机分式规划的水资源优化配置方法，包括如下步骤：

步骤A、预测流域内的水资源可利用量和水资源需求量，将其作为水资源优化配置模块的输入数据；

步骤B、以单位水资源利用效益最大化为目标，以水库水量平衡、灌溉、发电需水量和盐度淋洗为约束条件，构建水资源优化模型；

步骤C、以耦合固定组合随机规划和分式规划对模型进行优化求解；根据优化结果，确定各部门的配水量，并且根据不同来水和发电水平下所得水资源短缺量，安排水力发电和作物种植模式以达到单位最大配水收益。

2.根据权利要求1所述基于多阶段多目标的水库水资源优化配置方法，其特征在于，所述步骤A包括：

步骤A1：根据研究区的经济发展情况及人类活动影响，预测流域内各用户的水资源需求量，进而设定各用户需水量的上下界；

步骤A2：依据流域内自然地理状况，预测流域内的水资源可利用量，将获得的水资源可利用量作为优化模型的输入边界；

步骤A3：将获得的各用户水资源需求量以及水资源可利用量作为水资源优化配置模块的基本输入数据。

3.根据权利要求1所述基于多阶段多目标的水库水资源优化配置方法，其特征在于，所述步骤B，构建的水库水资源优化配置模型中，边际效益最大化的目标函数Maxf，包括(a)水利发电和农业灌溉活动产生的系统收益，其中包括预期收益和预期目标无法满足时的经济惩罚(经济损失)；(b)总用水量，具体表示如下：

Max f＝(a)/(b)

其中，

式中：i表示具体农作物类型(i＝1,2,3,4,5)；j表示具体区域(j＝1,2,3)；t表示具体时期(t＝1,2,3,4,5)；h表示不同的来水水平(h＝1,2,3,4,5)；f为边际效益(美元)；NB_ij为j地区i作物的净效益；TA_ij为j地区i作物的灌溉目标；TEg_t为t时期水力发电目标；NP_t为t时期水力发电净效益；Eg_t为t时期水库发电量；p_th为t时期h来水水平发生的概率；C_ij为j地区i作物灌溉目标无法满足时的经济惩罚；CP_t为t时期水力发电目标无法满足时的经济惩罚；AC_ijth为各作物种植面积；SW_ijth为各作物灌溉配水量；GW_th为水力发电配水量；m_jt为期j地区t时期渠道输送效率。

约束条件为B01～B09

B01)水量平衡约束

式中，S_th为t时期末h来水水平下水库的蓄水量；S_(t-1),h为t时期初h来水水平下水库的蓄水量；q_th为t时期h来水水平下水库的来水量；WR_th为t时期h来水水平下水库泄水量；E_th为t时期h来水水平下水库蒸散发水量。

B02)水资源可利用性约束

式中，LW_ijth为各作物盐度淋洗配水量。

B03)可灌溉水资源量约束

式中，WPC_ijt为j地区作物i在t时期单位面积需水量；θ_jt为j地区t时期田间灌溉效率。

B04)土壤盐度淋洗约束

式中，LF_ijt为t时期j地区i作物盐度淋洗分数

B05)发电水资源量约束

式中，GW_min,t为t时期水力发电的最低需水量；GW_max,t为t时期水电站装机容量对应的需水量。

B06)电力供应约束

式中，PED_ijt为t时期j地区作物i的单位输水所需电量；EP_jh为j地区t时期最大灌溉配电量。

B07)耕地面积约束

B08)粮食安全约束

式中，TAC_j为j地区最大允许耕地面积；为j地区i作物的最大面积比；为j地区i作物的最小面积比。

B09)农业允许排放面源污染约束

式中，MF_ij为t时期j地区i作物的施肥量；PP_k为肥料中污染物k含量；为t时期污染物k排放率；TP_kt为t时期污染物k总排放量。

4.根据权利要求1所述基于多阶段多目标的水库水资源优化配置方法，其特征在于，所述步骤C包括：

步骤C1：针对流域内水资源基本状况与用户实际需水情况，开发固定组合随机分式规划方法，优化安排各用户配水量。相较于传统方法，该算法能够同时处理模型中以概率函数表示的不确定性和两个目标之间的矛盾关系；

步骤C2：选取5种来水水平(h＝1,2,3,4,5)和5种水力发电水平(α＝1,0,75,0.6,0.45,0.3)，利用Lingo编程软件计算不同水平组合下的子模型，得到水库水资源优化配置方案，从而缓解上游水力发电和下游农业灌溉之间的用水矛盾。