[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

说明书

本发明公开了属于水资源管理技术领域的一种基于多阶段多目标的水库水资源优化配置方法，包括如下步骤：A、预测流域内的水资源需求量、水资源可利用量、社会经济等基础数据；B、以单位水资源利用效益最大化为目标，以水库水量平衡、灌溉和发电需水量，盐度淋洗等为约束条件，构建水资源优化配置模型；C、耦合固定组合随机规划和分式规划方法对模型进行求解，根据不同概率水平下所得水资源短缺量安排生产以达到最大单位配水收益。本发明充分考虑了水库管理系统中上游水力发电和下游农业灌溉联合管理的必要性，对流域内的水资源、土地资源和能源进行合理配置，获得最大的单位配水效益，从而缓解用水矛盾，提高资源的利用效率。

技术领域

本发明属于水资源管理技术领域，特别涉及一种基于多阶段多目标的水库水资源优化配置方法，具体说是一种固定组合随机分式规划的水资源优化配置方法。

背景技术

水资源是人类生存不可或缺的自然资源，由于人口的不断增长和气候变化的加剧，导致了一系列的水资源短缺、粮食安全和能源危机等问题。例如，上游水力发电和下游农业灌溉之间的用水矛盾：上游国家为了满足电力需求，增加夏季水库的蓄水量，用于冬季水力发电，这就导致下游国家冬季洪水频发，而夏季无水灌溉。此外，水资源管理系统是一个动态的、不确定性的复杂系统：由于降水和气候变化的随机性，导致水资源可利用量存在很大的随机不确定性；因为人类意识的主观性以及区域信息的不完整性，导致数据获取和模型构建的不精确性。此外，水资源配置不仅涉及到水资源的有效利用，还受到社会经济因素(如水价、输水渠道等)的影响。不同决策者具有不同的目标需求，例如，财政部门追求最大的经济效益，而水资源管理部门想要最小的耗水量，冲突的目标使得水资源管理系统更加复杂。如何在有限的水资源和土地资源的约束下，选择合适的水库水资源配置方案，缓解上游水力发电和下游农业灌溉用水矛盾，从而保障生产要求是一个重要问题。

然而，传统的研究要么只考虑系统中存在不确定性，忽略多个目标之间的相互影响和作用，不能从整体的视角均衡各利益相关者之间冲突的目标；要么只考虑系统中多目标性，忽略了系统中随机不确定性对决策的影响，导致水资源优化配置模型具有很大程度的不合理性。传统研究很少同时考虑系统的多重不确定性和多目标性，这也已成为制约水资源合理配置研究的重要瓶颈。因此，本发明开发了一种固定组合随机分式规划方法用于水库水资源优化配置，该方法既能充分表征系统中存在的多重不确定性，又能权衡两个不同目标之间的矛盾，将水力发电和农业灌溉进行联合管理，实现水资源的高效利用。

发明内容

本发明的目的是提供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。

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。

所述步骤B中，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：