CN105913146B - 南方湿润地区的水资源优化配置系统 - Google Patents
南方湿润地区的水资源优化配置系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种南方湿润地区的水资源优化配置系统，包括：水资源智能分析子系统，用于导入和存储研究对象区域包括基础工程数据和水文数据的水资源数据，检查数据的合理性，对数据进行分析，根据分析结果，将数据进行规范化处理与智能整编，生成数据列表，同时计算研究对象子区域和节点的雨量和来水量；水资源优化配置子系统，用于根据水资源智能分析子系统生成的数据列表和研究对象子区域和节点的雨量和来水量数据对水资源进行配置，并对南方湿润地区水资源供需平衡进行计算。这种前后继承关系的双子系统实现了系统的有机结合，确保对水资源数据的精确高效计算，同时也确保了系统的高效运行及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及水资源优化配置技术领域，更具体地说是一种南方湿润地区的水资源优化配置系统。
背景技术
随着水资源的日益紧张，为了使水资源能够更加合理利用，解决不同区域供水不平衡问题，缓解生活、生产与生态用水之间的竞争态势，同时有效提高水资源的利用效率，人们越来越重视对水资源优化配置的研究。
我国南方湿润地区是指年降雨量在800mm以上的区域，大致以秦岭-淮河一线南侧为主，自然水资源十分丰富，水资源优化配置技术发展缓慢。而我国北方干旱地区降雨量少，用水紧张，在水资源量少而使用需求大的双重压力的推动下，北方干旱地区水资源配置技术也较早发展，相关水资源优化配置技术包括：中国水科院等单位开发出的华北宏观经济水资源优化配置模型，该模型总结了以往工作经验，将宏观经济、系统方法与区域水资源规划实践相结合，同时运用宏观经济的多层次、多目标和群决策方法相结合，为大系统水资源配置研究开辟了新道路；甘泓、杨小柳等研制出可适用于巨型水资源系统的智能型模拟模型，该模型给出了水资源配置的目标量度和分配机制，并对水资源配置进行动态模拟，为相应的决策提供了有效的支持；所采用的研究软件主要有MIKEBASIN、WMS和Waterware等。然而，由于南方湿润地区的水资源远远多于北方干旱地区的水资源，我国现有的水资源优化配置技术在参数的设定上并没有考虑到南方湿润地区的水资源因素，同时无法满足南方湿润地区大量水资源数据的精确计算，因此无法完成对南方湿润地区的水资源优化配置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种能够实现南方湿润地区水资源数据精确计算并对水资源进行优化配置的南方湿润地区的水资源优化配置系统。
为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种南方湿润地区的水资源优化配置系统(SWROD)，包括：
水资源智能分析子系统(WDM)，用于导入和存储研究对象区域包括基础工程数据和水文数据的水资源数据，检查数据的合理性，对数据进行分析，根据分析结果，将数据进行规范化处理与智能整编，生成数据列表，同时计算研究对象子区域和节点的雨量和来水量；
水资源优化配置子系统(WROD)，用于根据水资源智能分析子系统生成的数据列表和研究对象子区域和节点的雨量和来水量数据对水资源进行配置，并对南方湿润地区水资源供需平衡进行计算。
所述水资源智能分析子系统包括：
数据库设置模块，用于为水资源优化配置子系统的运行提供数据库连接机制；
数据处理模块，用于为水资源优化配置子系统运行提供所需的基础工程数据和水文数据，并分析数据的完整性及合理性；
雨量计算模块，用于计算研究对象子区域和节点的雨量；
来水量计算模块，用于计算研究对象子区域和节点的来水量。
进一步的，所述数据处理模块包括用于导入数据的数据导入模块和用于分析数据的数据完整性分析模块；所述雨量计算模块包括用于计算区间雨量的区间雨量计算模块和用于计算水库雨量的水库雨量计算模块；所述来水量计算模块包括用于计算区间来水的区间来水计算模块和用于计算水库来水的水库来水计算模块。
进一步的，所述水资源优化配置子系统包括：
配置属性设置模块，用于对配置计算的研究对象节点关系及配置参数进行设置，根据水资源智能分析子系统生成的数据列表中的数据同节点关系进行结合匹配；
优化配置计算模块，用于对配置属性设置模块匹配的数据进行计算并保存，完成系统的运行。
进一步的，所述基础工程数据包括社会经济数据和水利工程设施分布数据，所述水文数据包括国民经济各行业用水参数、生活生态用水参数和过境水数据。
进一步的，所述数据列表包括：
配置基本信息表，用于存储分析区域的节点基本属性，计算时间等基本信息；该表包括以下内容：分析区域里子区域的个数、水库的个数、过境水的个数、长系列水文资料的年个数、年内子计算时段的个数以及需要计算的供水水平年信息；
子区域基本属性表，用于存储子区域的基本属性信息；该表包括以下内容：子区域的名称、子区域的代号、子区域所在行政区的总面积、子区域的总面积、子区域里面水库的集水面积以及子区域里面区间来水的集水面积；
各水平年子区域水利工程能力信息表，用于根据供水水平年的个数n细分为n个表，每个表的信息对应该供水水平年下的子区域水利工程能力信息，每个表包括以下内容：子区域的名称、子区域的代号、子区域总的设计供水能力、水库供水能力、蓄水工程供水能力、引水工程供水能力、提水工程供水能力、调水工程供水能力、地下水供水能力、其他工程供水能力以及污水回用能力；
水库特征值信息表，用于存储水库的运行特征值信息；该表包括以下内容：水库的名称、水库的代号、水库的集水面积、水库的总库容、水库的兴利库容、水库的防洪限制库容、水库的死库容以及水库的直接供水能力；
水资源利用系数信息表，用于存储子区域的水资源利用系数信息；该表包括以下内容：年份、年内时间段、子区域的名称、子区域的代号以及子区域的水资源利用系数；
耗水系数信息表，用于存储子区域的耗水系数信息；该表包括以下内容：子区域的名称、子区域的代号、一产耗水系数、二产耗水系数、三产耗水系数、生态耗水系数、生活耗水系数以及综合耗水系数；
区间来水信息表，用于存储子区域的区间来水信息；该表包括以下内容：年份、年内时间段、子区域的名称、子区域的代号以及区间来水量；
水库来水信息表，用于存储水库的来水信息；该表包括以下内容：年份、年内时间段、水库的名称、水库的代号以及水库来水量；
各水平年需水信息表，用于根据供水水平年的个数n细分为n个表，每个表的信息对应该供水水平年下的子区域内各产业的需水量信息；每个表包括以下内容：年份、年内时间段、子区域的名称、子区域的代号、一产需水量、二产需水量、三产需水量、生态需水量以及生活需水量；
各水平年配水权重信息表，用于根据供水水平年的个数n细分为n个表，每个表的信息对应该供水水平年下的子区域内各产业的配水权重值信息；每个表包括以下内容：子区域的名称、子区域的代码、一产p＝5％配水权重、一产p＝10％配水权重、一产p＝25％配水权重、一产p＝50％配水权重、一产p＝75％配水权重、一产p＝90％配水权重、一产p＝95％配水权重、二产配水权重、三产配水权重、生态配水权重以及生活配水权重。
进一步的，水资源优化配置子系统(WROD)是一个包括多水源、多用户，需要满足近、远期不同用户不同供水保证率要求的大系统，结构比较复杂，影响因素和决策变量很多。拟采用大系统“分解-协调”理论作为技术支持，进行递阶分析。递阶模型如附图4。水资源优化配置系统采用多目标分析方法。多目标分析是将生态、经济、水资源等多个规划目标综合在一起，进行整体优化分析，进行多目标分析的模型简称为MOA模型。
水资源优化配置子系统(WROD)采用递阶模型的工作过程如下：
1.确定工作目标。包括防洪减灾目标，保证防洪安全；生态环境目标，提供必要的生态环境用水，维持流域生态系统平衡和河流健康生命。为解决生态系统用水和断流问题，必须保证主要控制断面一定流量，满足生态基流；水资源利用目标，追求缺水量最小，并且分布合理，重点解决地区间的水量合理分配，及不同需水部门的水资源分配问题。
2.确定配水传输模型。流域水资源调配传输系统主要由水库流域水系等输水河道组成。一般采用区域内河库联合调度配水。水库供水量按照长系列入库流量过程通过调蓄计算确定，水量在河道传播过程中考虑区间径流的加入和取出。以节点控制水量平衡，将节点输水方案反馈至协调级进行配水协调。
3.平衡协调级。按大系统递阶分析的关联预估原理，协调级根据全系统用户的需水要求，预估它们的供水过程，供、需水模型据此按前述模型进行优化，然后将求得的指标反馈到协调级，后者根据这些指标和本级的目标修正关联预估值。本级是多目标规划问题，考虑的目标有各用户的供水保证率或缺水率要求达到规定值。因此，修正关联预估值时，要调整权重向量及供水分配系数矩阵。当某类用户的供水保证率普遍达不到规定值时，可加大其权重。对各子系统间的供水保证率或缺水率不够均衡等情况，可调整后，得到新的预估值，重复以上步骤，直至上述目标达到优化为止。
4.规划协调级。规划协调级的功能就是从决策者的高度，对各种方案反馈上来的各项指标进行综合评判，最终选出满意的方案作为水资源调配的运行方案。由于上述水资源优化决策问题是多目标优化，根据前述多目标分析原则，各目标间有一定的优先层次，决策模型按照优先层次进行求解，可获得一定意义上的优化解，也就是解决水资源短缺有关方案。再把方案所对应的参考目标值提供给决策者参考，在决策阶段，决策者在比较满意的目标下给出使其目标值作出让步的宽容量，以换取使不满意目标得到改善，再把这些信息提供给分析者继续求解。这就是逐步宽容约束法求解多目标问题的思想。它是以“决策过程导向”进行多目标优化问题研究，不断向决策者提供应用信息，引导决策分析不断深入协助决策者获得一套正确的策略，即全局意义上的优化方案。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)系统分为水资源智能分析子系统(WDM)、水资源优化配置子系统(WROD)两部分，在参数的设定上考虑到南方湿润地区的水资源因素，将基础工程数据与水文数据等大量水资源数据单独放在水资源智能分析子系统(WDM)进行精确分析处理，水资源优化配置子系统(WROD)负责对配置属性进行设置，进行水资源优化配置计算，这种前后继承关系的双子系统实现了系统的有机结合，确保对水资源数据的精确高效计算，同时也确保了系统的高效运行及稳定性。
(2)水资源智能分析子系统(WDM)对基础工程数据与水文数据等进行了智能分析处理，采用灵活的用户界面使得数据可以方便地进行用户需要的二次处理，节省了水资源优化配置的大量前期数据分析处理工作所需的人力及时间。
(3)水资源优化配置子系统(WROD)实现了计算分区、节点关系等配置属性的灵活设置，加强了系统的实用性及适用性。
附图说明
图1本发明实施例的系统框图。
图2本发明实施例的水资源智能分析子系统组成示意图。
图3本发明实施例的水资源优化配置子系统组成示意图。
图4本发明水资源优化配置子系统递阶模型框架图。
图5本发明实施例东江流域水资源分区图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的解释说明。附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
如图1至图3所示，一种南方湿润地区高强度用水下的水资源优化配置系统(SWROD)，包括：
水资源智能分析子系统(WDM)，用于导入和存储研究对象区域包括基础工程数据和水文数据的水资源数据，检查数据的合理性，对数据进行分析，根据分析结果，将数据进行规范化处理与智能整编，生成数据列表，同时计算研究对象子区域和节点的雨量和来水量；
水资源优化配置子系统(WROD)，用于根据水资源智能分析子系统生成的数据列表和研究对象子区域和节点的雨量和来水量数据对水资源进行配置，并对南方湿润地区水资源进行供需平衡计算。在工作过程中，水资源智能分析子系统(WDM)提供水资源优化配置子系统(WROD)所需的基础数据。
所述水资源智能分析子系统(WDM)包括数据库设置模块、数据处理模块、雨量计算模块和来水量计算模块，所述水资源优化配置子系统(WROD)包括配置属性设置模块和优化配置计算模块。
所述数据库设置模块具体用于添加、保存用户需要的数据库到系统中，或从系统中删除数据库。数据处理模块具体用于将excel数据导入数据库，对导入的数据进行编辑处理，对数据的完整性进行分析。雨量计算模块具体用于对区间及水库范围内的雨量数据进行分析处理，即可选择雨量数据平均计算，也可选择雨量数据加权计算，得出区间及水库雨量。来水量计算模块具体用于对径流数据进行分析处理，根据区间及水库雨量、面积，按比例分配得到区间及水库的来水量。
所述水资源优化配置子系统(WROD)包括：
配置属性设置模块，用于对配置计算的研究对象节点关系及配置参数进行设置，根据水资源智能分析子系统生成的数据列表中的数据同节点关系进行结合匹配；
优化配置计算模块，用于对配置属性设置模块匹配的数据进行计算并保存，完成系统的运行。
所述数据列表包括配置基本信息表、子区域基本信息表、各水平年子区域水利工程能力信息表、水库特征值信息表、水资源利用系数信息表、耗水系数信息表、区间来水信息表、水库来水信息表、各水平年需水信息表和各水平年配水权重信息表。
本实施例中，水资源智能分析子系统(WDM)的数据库设置模块为水资源优化配置子系统(WROD)的运行提供数据库连接机制；所述数据处理模块为水资源优化配置子系统(WROD)处理分析运行提供所需的基础工程数据及水文数据等，并分析数据的完整性及合理性；所述雨量计算模块是来水量计算模块的前提，两者有机结合，计算得出用于水资源优化配置子系统配置计算的区间及水库的水资源量。
本实施例中，以水资源优化配置系统在广东省东江流域水资源配置问题中的应用进行说明。东江从江西省安远水、寻邬水流入广东省境内，其中江西省东江流域面积为0.35万km2。从全流域水资源合理配置出发，充分考虑江西省东江流域未来经济发展需水要求，选用珠江流域委员会提供的执行年广东省东江流域入境水径流系列作为本方案入境水过程。
如图5所示，东江流域水资源存在9个最小流量控制断面，分别是枫树坝水库大坝、下矶角、江口、新丰江出口、东岸、东新桥、石龙桥、九龙潭、观海口。按9个最小流量控制断面划分，东江流域共10个控制分区。10个控制分区分别是枫树坝水库大坝以上、新丰江出口以上、江口-枫树坝水库大坝、下矶角-江口、东岸-下矶角、东新桥以上、石龙桥-东岸、九龙潭以上、九龙潭-观海口和石龙桥以下片区。
水资源优化配置系统需要大量的基础数据，本应用实例中的数据主要来源于“广东省水资源综合规划”、“广东省东江流域水资源分配方案”等项目的基础数据。根据以上的基础数据，结合水资源智能分析子系统(WDM)对来水量的分析成果，以及需水量的预测结果，经过一定的技术处理，得到1956-2008年长系列的旬可供水量与旬需水量数据，作为水资源智能分析子系统(WDM)工作采用递阶模型的主要输入条件。
水资源优化配置子系统(WROD)的工作过程如下：
一、属性设置
东江流域主要调度水库包括新丰江水库、枫树坝水库和白盆珠水库。根据控制区间与水库的相互关系，分别设置区间水库对应关系，设置上下游水量传递关系，设置区间过境水关系和设置区间水库供水范围。
二、采用递阶模型
第一级:需水来水预测
(1)需水预测——需水模型
根据需水模型对各控制区域未来时间段内的蓄水序列进行预测，包括总需水量和各行业需水量等数据信息。同时确定各行业用水权重和保证率。
(2)来水预测——配水传输模型：
东江流域水资源调配传输系统主要由三大水库及各中型水库与东江流域水系等输水河道组成。鉴于东江流域水库、河系的具体情况，采用区域内河库联合调度配水。水库供水量按照长系列入库流量过程通过调蓄计算确定，水量在河道传播过程中考虑区间径流的加入和取出。以节点控制水量平衡，将节点输水方案反馈至协调级进行配水协调。
地表水库水量平衡公式
Vt-1、Vt分别为t时段初、末地表水库蓄水量；Lt为t时段地表水库损失(包括蒸发损失和渗漏损失)系数；It为t时段地表水库入库流量；Qt为t时段地表水库灌溉供水量；Xt为t时段水库弃水量。
调节周期约束为V0＝Vr，对于年调节水库，要求年初蓄水量V0和年末蓄水量Vr相等。
地表水库死库容约束为Vt≥VD，即任何时期地表水库的蓄水量Vt不能小于死库容VD。
地表水库调节库容约束为Vt≤V0+KrVp，Vt为地表水库兴利库容；Kt为反映不同时期对水库水位限制要求的系数，汛期Kt＜1，非汛期Kt＝1。
防洪水量平衡约束为
为设计洪水在
时段初的入库流量；
为
时段泄洪洞泄洪流量；
为
时段有闸门溢洪道的泄洪流量；
为
时段闸门溢洪道的泄洪流量。泄洪流量概化为水库蓄水量的函数。
防洪库容约束为
Vu为地表水库极限库容。
防洪汛期兴利库容约束为
Kmin为Kt中最小者。
防洪水库下游最大安全泄量约束：
θp为防洪保护区允许的最大泄洪流量。
节点水量平衡为Qt,i＝Qt,i-1+Rt,i-Ut,i-St,i-Dt,i，Qt,i、Qt,i-1分别为t时段本节点和进入本节点的流量；Rt,i，i为t时段进入河段的区间径流；Ut,i为t时段河段水量损失(包括蒸发损失、渗漏损失和输水损失)；St,i为t时段本节点总供水流量；Dt,i为t时段经本节点向下节点的分流量。
节点水质约束为SSt,i＝ξiSt,iβi，水质满足要求βi＝1，反之βi＝0。SSt,i为t时段本节点实际净供水流量；βi为本节点水质控制系数；ξi为本节点供水的有效利用系数。
水位约束为Zt,i≥ZSt,min，Zt,i、ZSt,min分别为t时段本节点河道水位和河道取水最低要求水位。
非负约束为一切变量都不能取负值。
根据水库的入库径流系列逐时段进行水库调蓄计算，得到库群指标，主要包括库群给各用户的供水过程、弃水量等，反馈给协调级进行协调。
第二级:平衡协调级——供需水协调
按大系统递阶分析的关联预估原理，协调级根据全系统用户的需水要求，预估它们的供水过程，对供、需水模型进行优化，然后将求得的指标反馈到协调级，后者根据这些指标和本级的目标修正关联预估值。本级是多目标规划问题，考虑的目标有各用户的供水保证率或缺水率要求达到规定值。因此，修正关联预估值时，要调整权重向量及供水分配系数矩阵。当某类用户的供水保证率普遍达不到规定值时，可加大其权重。对各子系统间的供水保证率或缺水率不够均衡等情况，可调整后，得到新的预估值，重复以上步骤，直至上述目标达到优化为止。
水资源优化配置决策要素：
a.优化配置执行年：水平年为本项目投入使用后的逐年；
b.供水设计保证率：生态、环境、农业90％，工业和生活97％；
c.决策时段：月，以水文年划分；旬；
d.决策变量：时段内水资源系统各节点(分区、分级)供水量；
e.状态变量：时段初各取水节点河段流量。
平衡协调级采用了多目标分析模型，具体为：
模型主要按地表水水系并结合东江流域最小流量控制断面等因素将水资源系统划分为10个子系统(即上述10大片区)。多目标分析模型的功能是根据预估的供水变量结合各子系统其他可利用的水资源量，在各子系统和各用户间进行优化分配。如此可得各子系统水资源供需平衡指标，包括各子系统城市生活、工业和农业等用户需水的满足程度：供水保证率
和缺水率
将这些指标反馈到协调级，在整个水资源系统内进行协调。据此，可建立如下水资源优化配置多目标分析模型。
防洪减灾目标函数min(max(abs(QC(m,t)-Qf(t))))，式中QC(m,t)指主要防洪断面t时段的流量，Qf(t)为t时段断面满足防洪要求的流量。
控制水库防洪水位及下泄流量，确保大坝水库及下游地区安全目标函数Zmin(m,t)≤Z(m,t)≤Zmax(m,t)，QRcmin(m,t)≤QRc(m,t)≤QRcmax(m,t)，式中Z(m,t)、QRc(m,t)分别为第m水库t时段的水库水位和下泄流量。
生态环境目标函数QSmin(t)≤QC(m,t)，式中QC(m,t)为控制断面t时段的流量，QSmin(t)断面最小生态环境需水量。
水资源利用目标函数
式中w为缺水量，i为供水子系统的编号，根据节点图，i＝1,2,3,…,10；t为计算总时段，t＝1,2,3,…,T。θ(t)为t时段缺水判别系数，当QP(i,t)-QG(i,T)<0时，不缺水，θ(t)为0，当QP(i,t)-QG(i,T)<0时θ(t)为1。
第三级:规划协调级
规划决策级的功能就是从决策者的高度，对各种方案反馈上来的各项指标进行综合评判，最终选出满意的方案作为水资源调配的运行方案。
模型参数率定及配水矩阵：
参数的率定
优化模型中权重系数W主要根据经济效益、社会效益以及用水户的重要性进行率定，在优化计算中需要进行适当调整，以达到优化的目的。
Wnd＝qndfndW′nd；Wni＝qnifniW′ni；Wna＝qnafnaW′na，式中Wna、Wnd、Wni分别为各用水子系统中农业、生活、工业的用水权重；W′na、W′nd、W′ni分别为各用水子系统中农业、生活、工业单位供水量的净效益；qn为社会效益系数，fn为用水户重要程度系数。在计算中，如结果不满足决策者的要求，可调整qn、fn，再次进行优化计算，直到满意为止。
在市场经济的条件下，水资源的配置往往是通过水价来实现的。但是，由于水既是商品又是人类生存所必须的资源这一两重性，以及其它一些牵涉到政治和社会发展的复杂原因，在此取W′ni＝工业总产值/工业用水量；W′na＝农业总产值/农业用水量；W′nd取为生活用水水价。
2015年和2020年东江流域各行政区水资源供需平衡计算结果分别如表1(a～g)和表2所示。可以看出，2015年东江流域水资源供需总体缺水明显，来水频率P＝5％、P＝10％、P＝25％、P＝50％、P＝75％、P＝90％、P＝95％来水条件下均存在缺水，其中90％来水条件下东江流域缺水量为14.31亿m3，深圳市缺水最为明显。
表1(a)2015年供需平衡分析(P＝5％)
表1(b)2015年供需平衡分析(P＝10％)
表1(c)2015年供需平衡分析(P＝25％)
表1(d)2015年供需平衡分析(P＝50％)
表1(e)2015年供需平衡分析(P＝75％)
表1(f)2015年供需平衡分析(P＝90％)
表1(g)2015年供需平衡分析(P＝95％)
表2 2020年供需平衡分析(P＝95％)
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种南方湿润地区的水资源优化配置系统，其特征在于，包括：
水资源智能分析子系统，用于导入和存储研究对象区域包括基础工程数据和水文数据的水资源数据，检查数据的合理性，对数据进行分析，根据分析结果，将数据进行规范化处理与智能整编，生成数据列表，并计算研究对象子区域和节点的雨量和来水量；
水资源优化配置子系统，用于根据水资源智能分析子系统生成的数据列表和研究对象子区域和节点的雨量和来水量数据对水资源进行配置，并对南方湿润地区水资源供需平衡进行计算；
所述水资源智能分析子系统包括：
数据库设置模块，用于为水资源优化配置子系统的运行提供数据库连接机制；
数据处理模块，包括数据导入模块和数据完整性分析模块，用于为水资源优化配置子系统提供所需的基础工程数据和水文数据，并分析数据的完整性及合理性，生成数据列表；
雨量计算模块，包括区间雨量计算模块和水库雨量计算模块，用于计算研究对象子区域和节点的雨量；
来水量计算模块，包括区间来水计算模块和水库来水计算模块，用于计算研究对象子区域和节点的来水量；
所述水资源优化配置子系统包括：
配置属性设置模块，用于对配置计算的研究对象节点关系及配置参数进行设置，根据水资源智能分析子系统生成的数据列表中的数据同节点关系进行结合匹配；
优化配置计算模块，用于对配置属性设置模块匹配的数据进行计算并保存，完成系统运行；
所述水资源优化配置子系统的工作过程如下：
(1)确定水资源合理分配的工作目标；
(2)确定配水传输模型，流域水资源调配传输系统主要由水库流域水系输水河道组成，水量在河道传播过程中以区间径流的方式加入和取出，以节点控制水量平衡，将节点输水方案反馈至协调级进行配水协调；
(3)平衡协调级，采用加大权重的方式对各子系统间的供水保证率或缺水率不均衡情况进行调整；
(4)规划协调级，确定水资源的各项指标，选出水资源调配运行方案。
2.根据权利要求1所述的南方湿润地区的水资源优化配置系统，其特征在于，所述基础工程数据包括社会经济数据和水利工程设施分布数据，所述水文数据包括国民经济各行业用水参数、生活生态用水参数和过境水数据。
3.根据权利要求1所述的南方湿润地区的水资源优化配置系统，其特征在于，所述数据列表包括配置基本信息表、子区域基本信息表、各水平年子区域水利工程能力信息表、水库特征值信息表、水资源利用系数信息表、耗水系数信息表、区间来水信息表、水库来水信息表、各水平年需水信息表和各水平年配水权重信息表。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7103479B2 (en) * | 2004-04-30 | 2006-09-05 | Ch2M Hill, Inc. | Method and system for evaluating water usage |
| EP2351887A2 (en) * | 2008-05-19 | 2011-08-03 | The University Of Exeter | Water distribution systems |
| CN102156914A (zh) * | 2011-03-30 | 2011-08-17 | 东华大学 | 一种非汛期水量协同优化调度方法 |
| CN103543639A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-01-29 | 武汉大学 | 河湖水体量质耦合自优化模拟调控方法 |
| CN104268398A (zh) * | 2014-09-25 | 2015-01-07 | 中国水利水电科学研究院 | 水功能区与水资源分区映射技术 |
| CN105297827A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-02-03 | 贵州省水利水电勘测设计研究院 | 一种考虑多用户需水和多水源供水的水资源配置方法 |
-
2016
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7103479B2 (en) * | 2004-04-30 | 2006-09-05 | Ch2M Hill, Inc. | Method and system for evaluating water usage |
| EP2351887A2 (en) * | 2008-05-19 | 2011-08-03 | The University Of Exeter | Water distribution systems |
| CN102156914A (zh) * | 2011-03-30 | 2011-08-17 | 东华大学 | 一种非汛期水量协同优化调度方法 |
| CN103543639A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-01-29 | 武汉大学 | 河湖水体量质耦合自优化模拟调控方法 |
| CN104268398A (zh) * | 2014-09-25 | 2015-01-07 | 中国水利水电科学研究院 | 水功能区与水资源分区映射技术 |
| CN105297827A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-02-03 | 贵州省水利水电勘测设计研究院 | 一种考虑多用户需水和多水源供水的水资源配置方法 |
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