CN110334456A - 一种基于二层结构的流域生态调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于二层结构的流域生态调度方法，其包括以下步骤：S1、根据用水需求、水利工程、气候数据、非常规水源利用数据、地下水开发数据和下垫面数据建立目标区域水量调配总控模型，即第一层结构；S2、根据生态用水和水利工程的库容要求调整水利工程的下泄流量，进而建立水利工程生态调度模型，即第二层结构；S3、将第一层结构的水量调配量和水量平衡作为约束条件，在第二层结构中将供水量最大作为流域生态调度的目标函数，采用粒子群算法获取流域生态调度方案。本发明有利于水利工程对水资源的掌控，便于提高流域水资源的综合利用效率，进而提高水利工程的经济效益以及生态效益。
Description
技术领域
本发明涉及流域生态调度领域，具体涉及一种基于二层结构的流域生态调度方法。
背景技术
水利工程影响地表水与地下水的交换补给关系。水利工程补给地下水、地下水位上升，工程附近容易出现盐渍化；远离工程的下游地区，由于河川径流减小，原有湿地、湖泊面积减小甚至消失；同时也影响工程下游区域生活、生产和生态用水。水温的变异使得水质恶化，影响水中所含的溶解氧以及悬浮物的数量，从而影响水生物的生命周期、繁衍生息和人类生活及工农业生产用水；水利工程改变河流流态后，导致库区内水温出现垂直分层；水深增加、流速减小会使河流中有机物增加和水藻化，甚至出现异重流和热成层。受工程下泄水流影响，下游河道水温年内变化幅度减少，加剧了河流热污染，对于某些生物具有致命的威胁。
此外还有其生态他影响，如工程的引水灌溉还使河流水质盐化等影响。
以维护健康生态环境为目标，制定水利工程的优化调度方式，实施运行管理，被称作水利工程的生态调度。传统的生态调度是模拟自然河流的水文过程，使径流贴近自然过程，但问题是生态效益的实现必然会带来经济效益的损失，在上下游生态补偿机制尚不明确的条件下，极易造成水资源的浪费与利用不充分等问题，生态与经济二者之间难以实现协调。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于二层结构的流域生态调度方法解决了传统流域生态调度难以协调生态与经济的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种基于二层结构的流域生态调度方法，其包括以下步骤：
S1、根据用水需求、水利工程、气候数据、非常规水源利用数据、地下水开发数据和下垫面数据建立目标区域水量调配总控模型，即第一层结构；
S2、根据生态用水和水利工程的库容要求调整水利工程的下泄流量，进而建立水利工程生态调度模型，即第二层结构；
S3、将第一层结构的水量调配量和水量平衡作为约束条件，在第二层结构中将供水量最大作为流域生态调度的目标函数，采用粒子群算法获取流域生态调度方案。
进一步地，步骤S1的具体方法为：
采用复杂水资源系统模拟模型，根据用水需求、水利工程、气候数据、非常规水源利用数据、地下水开发数据和下垫面数据建立目标区域水量调配总控模型。
进一步地，步骤S3的具体方法为：
根据公式
Vt+1＝Vt+(Qt,来-Qt,损-Qt,结合-Qt,城镇-Qt,生内-Qt,弃水)Δt
Vmin≤Vt≤Vmax
Qmin≤Qt,发电≤Qmax
P灌溉≥Pagr，P城镇≥Purb，P生内≥Peco
Q渠道≥Qt,灌溉
Qt,灌溉≥0,Qt,城镇≥0,Qt,生内≥0,Qt,发电≥0
获取水量平衡约束条件；其中Vt和Vt+1分别为第t时段初和t时段末的水库库容；Qt,来为第t时段水库的来水流量；Qt,损为第t时段水库损失水量；Qt,结合为第t时段灌溉和发电的结合引水流量；Qt,城镇为第t时段城镇供水量；Qt,生内为第t时段河道内的生态用水流量；Qt,弃水为第t时段水库弃水流量；水力工程正常发电时Qt,结合＝max(Qt,发电,Qt,灌溉)；汛期时Qt,结合＝max(Qt,发电,Qt,灌溉)；非汛期时Qt,结合＝Qt,灌溉；Δt为t时段的长度；Qt,发电为第t时段水库的发电引水流量；Vmin和Vmax分别为第t时段水库库容限制的上下限；Qmin和Qmax分别为第t时段发电引水流量限制的上下限；P灌溉为当前满足灌溉需求的保证率；Pagr为灌溉需求的保证率阈值；P城镇为当前满足城镇供水的保证率；Purb为城镇供水的保证率阈值；P生内为当前满足河道内的生态用水的保证率；Peco为河道内的生态用水的保证率阈值；Q渠道为渠道灌溉引水量的上限；
根据公式
建立目标函数，采用粒子群算法获取流域生态调度方案；其中F为工程年供水量；T为总时段数；Qt,灌溉为第t时段灌溉供水量。
本发明的有益效果为：本发明在综合全流域的水量调配基础上进行水利工程的生态调度，实现了流域层面的水资源与水生态的均衡调度与管理，有效解决了复杂水资源系统中的生态问题。本发明将各类影响因素相互组合，形成水量调度方案，对全流域的水量传递与转换关系进行总体调配，从而确定天然水循环和水资源开发利用侧支循环下工程的实际入流，有利于水利工程对水资源的掌控，便于提高发水用水分配量，进而提高水利工程的经济价值。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该基于二层结构的流域生态调度方法包括以下步骤：
S1、根据用水需求、水利工程、气候数据、非常规水源利用数据、地下水开发数据和下垫面数据建立目标区域水量调配总控模型，即第一层结构；
S2、根据生态用水和水利工程的库容要求调整水利工程的下泄流量，进而建立水利工程生态调度模型，即第二层结构；
S3、将第一层结构的水量调配量和水量平衡作为约束条件，在第二层结构中将供水量最大作为流域生态调度的目标函数，采用粒子群算法获取流域生态调度方案。
步骤S1的具体方法为：采用复杂水资源系统模拟模型，根据用水需求、水利工程、气候数据、非常规水源利用数据、地下水开发数据和下垫面数据建立目标区域水量调配总控模型。
步骤S3的具体方法为：根据公式
Vt+1＝Vt+(Qt,来-Qt,损-Qt,结合-Qt,城镇-Qt,生内-Qt,弃水)Δt
Vmin≤Vt≤Vmax
Qmin≤Qt,发电≤Qmax
P灌溉≥Pagr，P城镇≥Purb，P生内≥Peco
Q渠道≥Qt,灌溉
Qt,灌溉≥0,Qt,城镇≥0,Qt,生内≥0,Qt,发电≥0
获取水量平衡约束条件；其中Vt和Vt+1分别为第t时段初和t时段末的水库库容；Qt,来为第t时段水库的来水流量；Qt,损为第t时段水库损失水量；Qt,结合为第t时段灌溉和发电的结合引水流量；Qt,城镇为第t时段城镇供水量；Qt,生内为第t时段河道内的生态用水流量；Qt,弃水为第t时段水库弃水流量；水力工程正常发电时Qt,结合＝max(Qt,发电,Qt,灌溉)；汛期时Qt,结合＝max(Qt,发电,Qt,灌溉)；非汛期时Qt,结合＝Qt,灌溉；Δt为t时段的长度；Qt,发电为第t时段水库的发电引水流量；Vmin和Vmax分别为第t时段水库库容限制的上下限；Qmin和Qmax分别为第t时段发电引水流量限制的上下限；P灌溉为当前满足灌溉需求的保证率；Pagr为灌溉需求的保证率阈值；P城镇为当前满足城镇供水的保证率；Purb为城镇供水的保证率阈值；P生内为当前满足河道内的生态用水的保证率；Peco为河道内的生态用水的保证率阈值；Q渠道为渠道灌溉引水量的上限；
根据公式
建立目标函数，采用粒子群算法获取流域生态调度方案；其中F为工程年供水量；T为总时段数；Qt,灌溉为第t时段灌溉供水量。
综上所述，本发明在综合全流域的水量调配基础上进行水利工程的生态调度，实现了流域层面的水资源与水生态的均衡调度与管理，有效解决了复杂水资源系统中的生态问题。本发明将各类影响因素相互组合，形成水量调度方案，对全流域的水量传递与转换关系进行总体调配，从而确定天然水循环和水资源开发利用侧支循环下工程的实际入流，有利于水利工程对水资源的掌控，便于提高流域水资源的综合利用效率，进而提高水利工程的经济效益以及生态效益。
Claims (3)
1.一种基于二层结构的流域生态调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据用水需求、水利工程、气候数据、非常规水源利用数据、地下水开发数据和下垫面数据建立目标区域水量调配总控模型，即第一层结构；
S2、根据生态用水和水利工程的库容要求调整水利工程的下泄流量，进而建立水利工程生态调度模型，即第二层结构；
S3、将第一层结构的水量调配量和水量平衡作为约束条件，在第二层结构中将供水量最大作为流域生态调度的目标函数，采用粒子群算法获取流域生态调度方案。
2.根据权利要求1所述的基于二层结构的流域生态调度方法，其特征在于，所述步骤S1的具体方法为：
采用复杂水资源系统模拟模型，根据用水需求、水利工程、气候数据、非常规水源利用数据、地下水开发数据和下垫面数据建立目标区域水量调配总控模型。
3.根据权利要求1所述的基于二层结构的流域生态调度方法，其特征在于，所述步骤S3的具体方法为：
根据公式
Vt+1＝Vt+(Qt，来-Qt，损-Qt，结合-Qt，城镇-Qt，生内-Qt，弃水)Δt
Vmin≤Vt≤Vmax
Qmin≤Qt，发电≤Qmax
P灌溉≥Pagr，P城镇≥Purb，P生内≥Peco
Q渠道≥Qt，灌溉
Qt，灌溉≥0，Qt，城镇≥0，Qt，生内≥0，Qt，发电≥0
获取水量平衡约束条件；其中Vt和Vt+1分别为第t时段初和t时段末的水库库容；Qt，来为第t时段水库的来水流量；Qt，损为第t时段水库损失水量；Qt，结合为第t时段灌溉和发电的结合引水流量；Qt，城镇为第t时段城镇供水量；Qt，生内为第t时段河道内的生态用水流量；Qt，弃水为第t时段水库弃水流量；水力工程正常发电时Qt，结合＝max(Qt，发电，Qt，灌溉)；汛期时Qt，结合＝max(Qt，发电，Qt，灌溉)；非汛期时Qt，结合＝Qt，灌溉；Δt为t时段的长度；Qt，发电为第t时段水库的发电引水流量；Vmin和Vmax分别为第t时段水库库容限制的上下限；Qmin和Qmax分别为第t时段发电引水流量限制的上下限；P灌溉为当前满足灌溉需求的保证率；Pagr为灌溉需求的保证率阈值；P城镇为当前满足城镇供水的保证率；Purb为城镇供水的保证率阈值；P生内为当前满足河道内的生态用水的保证率；Peco为河道内的生态用水的保证率阈值；Q渠道为渠道灌溉引水量的上限；
根据公式
建立目标函数，采用粒子群算法获取流域生态调度方案；其中F为工程年供水量；T为总时段数；Qt，灌溉为第t时段灌溉供水量。
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