[发明专利]面向河流生态系统保护的流域地表水可利用量确定方法

摘要

一种面向河流生态系统保护的流域地表水可利用量确定方法，首先确定河流最小生态需水量，并选取AAPFD指数衡量河流水文情势的扰动程度，建立了水库调度曲线和生态流量调度规则相结合的水库调度规则，然后在保证河流最小生态需水和河流水文情势扰动维持在可接受的范围内的基础上，运用遗传算法，对水库调度曲线参数、水库各个月的适宜生态下泄流量和流域月规划供水量等三类优化变量进行优化，得到最大可供水量，即流域地表水可利用量。该发明能更充分保证河流生态系统健康，同时克服了传统计算方法中对汛期不可利用洪水量计算不够精确的不足，能更加准确的确定流域地表水可利用量。

主权项

面向河流生态系统保护的流域地表水可利用量确定方法，其计算步骤如下：(1)通过水文学、水力学或生态模拟等方法确定河流各个月的最小生态需水量MINEFRk(k＝1，2，…，12)；(2)采用AAPFD(amended annual proportional flow deviation)指数衡量河流水文情势扰动程度，并将AAPFD指数小于5作为保证河流生态系统健康的河流水文情势扰动阈值；(3)建立水库调度规则水库下调度曲线(1ower limit curve)和关键调度曲线(critical limit curve)分别用6个参数来表示，其中两个参数用来表示曲线的上、下水位高度(X1，X2：下调度曲线；X3，X4：关键调度曲线)，另外四个参数用来表示曲线转折的时间(T1，T2，T3，T4：下调度曲线；T5，T6，T7，T8：关键调度曲线)；规定各个月适宜的生态下泄流量Ek(k＝1，2，…，12)，该流量不小于相应月的最小生态需水量；水库调度规则包括生态流量调度规则和人类用水调度规则，具体如下：a)生态流量调度规则为：●当水库入流量大于或等于适宜生态下泄流量Ek时，水库需维持的河流生态流量等于适宜生态下泄流量Ek；●当水库入流量小于适宜生态下泄流量Ek时，水库需维持的河流生态流量等于水库入流量；b)人类用水调度规则为：●当水库水位高于上调度曲线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度曲线水位，并向用水户提供规划的水量；●当水库水位位于上调度曲线和下调度曲线之间时，水库正常供水；●当水库水位位于下调度曲线和关键调度曲线之间时，水库供水减小α％；●当水库水位位于关键调度曲线和死库容线之间时，水库供水减小β％；●当水库水位低于死库容线时，水库不供水也不下泄；其中α和β为参数，并且0＜α＜β＜100；(4)确定影响流域地表水可利用量的优化变量及约束条件流域地表水可利用量AWR为流域实际可供水量S的最大值；因此，确定流域地表水可利用量是一个以流域实际能提供的供水量S最大化为目标函数的优化问题，优化变量包括水库的调度曲线参数Xi(i＝1，2，3，4)、Tj(j＝1，2，…，8)、各个月的适宜生态下泄流量Ek(k＝1，2，…，12)、流域月规划供水量P，即：AWR＝Max(S)＝Max[f(Xi，Tj，Ek，P)] (1)本优化问题需要满足多个约束条件，首先，水库的运行和取水需要保证河流水文情势扰动在可接受的范围内，即AAPFD指数小于5；其次，各个月的适宜生态下泄流量Ek(k＝1，2，…，12)需不小于河流最小生态需水量，月规划供水量P需不大于流域历史最大月平均径流量；另外，水库调度曲线参数Xi和Tj需要满足以下约束条件：MAXlevel＞X1＞X2 (2)MAXlevel＞X1＞X3 (3)X2＞X4＞MINlevel (4)X3＞X4＞MINlevel (5)1≤T1＜T2＜T3＜T4≤36 (6)1≤T5＜T6＜T7＜T8≤36 (7)式中，MAXlevel和MINlevel分别为水库最高和最低允许水位；(5)确定流域地表水可利用量采用遗传算法，以实际可供水量最大化为目标，对水库的调度曲线参数Xi和Tj、各个月的适宜生态下泄流量Ek以及规划供水量P这些优化参数同时进行优化，按照步骤3中建立的水库调度规则，对不同优化参数下的水库运行情况进行模拟，得出不同参数下的实际供水量和水文情势扰动程度，进而得出水文情势扰动在可接受范围内的流域实际最大可供水量，即流域地表水可利用量。