[发明专利]一种基于优化的河流时间水权实时调度管理方法

摘要

本发明涉及一种基于优化的河流时间水权实时调度管理方法，属于环境保护与资源综合利用技术领域。根据流域管理部门规定的水量分配目标，确定优化目标和约束条件，通过引水闸门不同时间的开闭定量控制河流时间水权的分配，建立基于河流时间水权的混合整数优化调度模型；确定优化的闸门开闭调度方案，进行闸门关闭的概率计算分析，确定闸门关闭的起始时间和时间长度，得到较优的河流时间水权实时调度管理方法。本方法明确了河流时间水权实时调度管理的数学量化方法，有利于市场经济下水资源的高效利用；根据优化模型能得到更合理的时间水权调度规则，保障最严格水资源管理制度的实施，具有理论意义明确、技术方法先进、便于实际应用的优点。

主权项

一种基于优化的河流时间水权实时调度管理方法，其特征在于该调度管理方法包括以下各步骤：(1)根据河流管理部门的要求，确定中游供水区的需水量和下游供水区的需水量Wddem，将它们作为河流的供水目标，其中j为河流中游供水区的序号，j＝1，2，…，m，m为河流中游供水区总数，河流下游有一个供水区，每个供水区通过一条渠道从河流引水，每个供水区通过一条分支回流至河道，中游的每个渠道入口设有闸门，通过河流中游和下游的控制断面的水量全部供给下游供水区使用，下游供水区直接从不受闸门控制的河流引水；(2)建立一个基于河流时间水权的0‑1混合整数优化调度模型，优化模型的目标函数为：MinZ=Σt=t0tn(Σj=1mw1Wmlackj(t)+w2Wdlack(t))]]>上式中：t为优化模型的时段指标，t＝t0、……tn，t0为第一个时段，tn为模型计算的最后时段，为t时段河流中游第j个供水区的缺水量，Wdlack(t)为t时段河流下游供水区的缺水量，w1、w2为权重系数，通过随机或人工生成，满足w1+w2＝1；(3)设定优化模型关于河流、河流中游供水区、河流下游供水区、汇流节点、渠道和闸门的约束条件，如下：河流：Wriv_inj(t)=Wriv_outj(t)+Wriv_supj(t)+Lrivj(t)]]>Wriv_inj(t)≤Qriv_max]]>Wriv_supj(t)≤Qd_max]]>河流中游供水区：Wsupj(t)=Wconj(t)+Wretj(t)]]>Wsupj(t)=Wmdemj(t)-Wmlackj(t)]]>Wsupj(t)=α(t)×Wcha_outj(t)]]>河流下游供水区：Wdsup(t)＝Wddem(t)‑Wdlack(t)+Wdinc(t)汇流节点：Wcon_out(t)=Σl=1NWcon_inl(t)]]>渠道：Wcha_outj(t)=(1-β)×Wriv_supj(t)]]>闸门：α(t)∈{0,1}其中，分别为第t时段向中游第j个供水区供水的河流入流量、河流出流量，河流供水量和河流损失量，Qriv_max为河流的过流能力，Qd_max为河流的引水能力，和分别为第t时段河流中游第j个供水区得到的供水量、耗水量、回归下游河流的水量、需水量和缺水量，Wdsup(t)、Wddem(t)、Wdlack(t)、Wdinc(t)分别为第t时段河流下游供水区的供水量、需水量、缺水量和加大量，Wcon_out(t)为第t时段汇流节点的出流量，表示第t时段汇流节点的第l个分支入流量，N为流入同一汇流节点的分支总数，为第t时段向中游第j个供水区供水的渠道出流量，α(t)为第t时段闸门开启或关闭状态，取值为0或1，β为渠道的损失系数，取值范围为0‑1的实数，上述约束条件中，河流的过流能力、河流的引水能力和渠道的损失系数由河流管理部门提供；(4)采用混合整数规划方法求解，以天为时间步长，根据30年水文历史资料中的河流上游入流量Wriv_in(t)，求解上述步骤(2)和步骤(3)构成的混合整数优化调度模型，得到优化的30年内第t时段河流中游第j个供水区的缺水量河流下游供水区缺水量Wdlack(t)和第t时段闸门开启或关闭状态α(t)；(5)随机或人工生成多组w1、w2，得到权重集合wΩ，重复步骤(4)，计算得到30年的多组优化的第t时段河流中游第j个供水区的缺水量河流下游供水区缺水量Wdlack(t)和第t时段闸门开启或关闭状态α(t)，形成一个由多组优化的第t时段河流中游供水区的缺水量河流下游供水区的缺水量Wdlack(t)和闸门开启或关闭状态α(t)组成的非劣解集WΩ(Wdlack(t)，α(t))；(6)根据上述步骤(5)多组优化的第t时段河流中游第j个供水区的缺水量和第t时段河流下游供水区的缺水量Wdlack(t)，通过下式计算得到河流中游供水区缺水率Rm_lack和河流下游供水区缺水率Rd_lack：Rm_lack=Σt=t0TΣj=1mWmlackj(t)/Σt=t0TΣj=1mWmdemj(t)]]>Rd_lack=Σt=t0TWdlack(t)/Σt=t0TWddem(t)]]>当河流中游供水区缺水率Rm_lack与河流下游供水区缺水率Rd_lack的值相等时或与一个特定的协调值相等时，从上述非劣解集WΩ中检索出与河流中游供水区缺水率Rm_lack和河流下游供水区缺水率Rd_lack相等条件下或与某一个特定的协调值相对应的α(t)；(7)根据上述步骤(6)的α(t)值，利用概率统计方法，得到河流中游一年内每天闸门关闭的分布概率Pi，Pi＝N(i)/30，N(i)为30年中第i天闸门关闭的次数，i＝1，2，…，365；(8)将上述一年内每天闸门关闭的概率Pi划分为四个调度时期计算每个调度时期内闸门关闭的天数期望值Tx，作为该调度时期内河流下游供水区授权取水的时间长度：Tx=Σi=1MxPi]]>其中，x＝1,2,3,4，分别代表四个调度时期，Mx为每个调度时期的天数；(9)取每个调度时期内闸门关闭的起始时间Tx0＝tx0，tx0为每个调度时期的起始时间，然后根据上述每个调度时期内闸门关闭的天数期望值Tx，依次计算每个调度时期内闸门连续Tx天关闭的累积频率Px，得到多个累积频率Px，Px=Σi=Tx0Tx0+TxPi/Tx]]>其中，Tx0为满足tx0≤Tx0≤tx0+Mx‑Tx中的正整数，从多个累积频率Px检索出与最大累积频率Px_max相对应的闸门关闭起始时间Tx0；(10)根据河流管理部门提供的河流从上游流至下游所需的时间△t，以Tx0‑△t作为每个调度时期闸门关闭的起始时间，得到以Tx0‑△t、Tx为优化参数的河流时间水权实时调度管理方法。