CN111695784B - 一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法及系统，从预设的调水引流方案中筛选出以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案、以水质指标为参考依据最优的调水引流方案、以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案，对筛选的调水引流方案的经济效益进行评估，获得最优的调水引流方案；本发明具有可行性强、考虑全面的特点，具有很强的适用性和专业性，为有关部门制定调水引流方案提供了科学的依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法及系统，属于水环境技术评价领域。
背景技术
随着经济的飞速增长，国内水环境问题日益突出，湖泊水环境治理面临严峻挑战，特别是在经济发达地区的浅水湖泊，其水体富营养化问题更加突出，湖泊水环境问题已经严重威胁周边人民的生活质量和经济可持续发展，治理、改善和修复受污湖泊的水环境质量已刻不容缓。
城市内景观湖泊通常兼具景观生态、接纳雨污、储蓄调洪等多种功能，由于城市景观湖泊所处在人口相对较密集区域，周边分布着复杂工厂、商户，相对于大型湖泊，城市景观湖泊的水质往往更易受到人为排污等活动的影响，生态环境十分脆弱，加之此类湖泊连通性差，缺少补水源水，出入流河道、闸门较少，湖泊相对封闭，导致湖泊换水周期较长，湖体存在一定的死水区，在夏季高温时期，藻类极易滋生堆积形成水华，湖泊水体健康面临严重危机。
结合国内外关于治理城市内湖的经验，调水引流是目前缓解城市内湖水环境压力，增强湖泊水体循环，提升湖泊水质，改善湖泊景观效益的有效手段之一，针对调水引流方案优良性的评价，目前缺少一套完整的评价体系。
发明内容
本发明提供了一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法，包括，
确定预设调水引流方案针对湖泊的最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例；
在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水龄空间分布值，根据湖区水龄空间分布值，筛选出以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案；
在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水质改善率和达标率，根据湖区水质改善率和达标率，筛选出以水质指标为参考依据最优的调水引流方案；
在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例以及最优出水口组合固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区透明度空间分布值，根据湖区透明度空间分布值，筛选出以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案；
分别评估以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案、以水质指标为参考依据最优的调水引流方案和以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案的经济效益，筛选出最优调水引流方案。
确定最优进水口组合的过程为，
对湖泊所有的进水口进行排列组合，计算相同引水流量、不同组合下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的组合为最优进水口组合。
确定各进水口的最优流量分配比例的过程为，
在最优进水口组合固定的情况下，采用分层抽样法计算进水口不同流量分配比例下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的流量分配比例为进水口最优流量分配比例。
确定最优出水口组合的过程为，
在最优进水口组合和各进水口的最优流量分配比例固定的情况下，对湖泊所有的出水口进行排列组合，计算各组合下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的组合为最优出水口组合。
确定各进出口的最优流量分配比例的过程为，
在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例和最优出水口组合固定的情况下，采用分层抽样法计算出水口不同流量分配比例下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的流量分配比例为出水口最优流量分配比例。
最小湖区水龄空间分布值对应的调水引流方案为以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案。
最高湖区水质改善率和达标率对应的调水引流方案为以水质指标为参考依据最优的调水引流方案。
最高湖区透明度空间分布值对应的调水引流方案为以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案。
以调水引流流量、生态占地、费用投资作为指标，分别评估以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案、以水质指标为参考依据最优的调水引流方案和以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案的经济效益，筛选出最优调水引流方案。
一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价系统，包括，
进出口确定模块：确定预设调水引流方案针对湖泊的最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例；
水动力最优方案确定模块：在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水龄空间分布值，根据湖区水龄空间分布值，筛选出以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案；
水质最优方案确定模块：在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水质改善率和达标率，根据湖区水质改善率和达标率，筛选出以水质指标为参考依据最优的调水引流方案；
水景观最优方案确定模块：在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例以及最优出水口组合固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区透明度空间分布值，根据湖区透明度空间分布值，筛选出以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案；
评估模块：分别评估以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案、以水质指标为参考依据最优的调水引流方案和以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案的经济效益，筛选出最优调水引流方案。
本发明所达到的有益效果：本发明从预设的调水引流方案中筛选出以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案、以水质指标为参考依据最优的调水引流方案、以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案，对筛选的调水引流方案的经济效益评估，获得最优的调水引流方案；本发明具有可行性强、考虑全面的特点，具有很强的适用性和专业性，为有关部门制定调水引流方案提供了科学的依据。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法，包括以下步骤：
步骤1，确定研究的湖泊，获取针对该湖泊的预设调水引流方案，即待评估的调水引流方案。
步骤2，确定湖泊的最优进水口组合F1、各进水口的最优流量分配比例F2、最优出水口组合F3以及各进出口的最优流量分配比例F4。
确定湖泊进水格局，即已有的湖泊进水口，对湖泊所有的进水口进行排列组合，计算相同引水流量、不同组合下湖区的水龄均值，通过水龄均值遴选最优进水口组合F1，将最小水龄均值对应的组合为最优进水口组合F1，水龄均值越小，则说明该情景下的进水口点位设置较好，反之则说明该情景下的进水口点位设置较差。
在F1固定的情况下，采用分层抽样法（这里采用拉丁超立方的抽样方法）计算进水口不同流量分配比例下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的流量分配比例为进水口最优流量分配比例F2。
在F1和F2固定、出水格局（即已有的湖泊出水口）确定情况下，对湖泊所有的出水口进行排列组合，计算各组合下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的组合为最优出水口组合F3。
在F1、F2和F3固定的情况下，采用分层抽样法（这里采用蒙特卡罗分层抽样法或拉丁超立方抽样法）计算出水口不同流量分配比例下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的流量分配比例为出水口最优流量分配比例F4。
步骤3，在F1、F2、F3和F4固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水龄空间分布值，根据湖区水龄空间分布值，筛选出以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案A，即将最小湖区水龄空间分布值对应的调水引流方案为A，其中水动力指标包括水龄和流速。
步骤4，在F1、F2、F3和F4固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水质指标的改善情况，对比不同调水引流方案下水质的变化情况与现状情况下水质的变化情况，计算各调水引流方案下湖区水质改善率和达标率，根据湖区水质的改善率和达标率，筛选出以水质指标为参考依据最优的调水引流方案B，即将最高湖区水质改善率和达标率对应的调水引流方案为B，其中水质指标包括COD、NH3-N、TP、TN等一系列地表水常规水质指标。
步骤5，在F1、F2和F3固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区透明度空间分布值，根据湖区透明度空间分布值，筛选出以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案C，即将最高湖区透明度空间分布值对应的调水引流方案为以透明度指标为C。
在实施调水引流工程过程中，一般会搭配控源截污工程和底泥清淤工程，使调水引流效益最大化，所以还需分别评估不同工程组合情景下调水引流对湖泊透明度的提升效果，如控源截污+调水引流、底泥清淤+调水引流、控源截污+底泥清淤+调水引流等不同组合下湖区的透明度空间分布。
步骤6，以调水引流流量、生态占地、费用投资作为指标，分别评估A、B和C的经济效益，筛选出最优调水引流方案。
在对方案A、B和C进行评估时，根据不同研究区域湖泊的实际情况和调水引流的所侧重的目的对各个方案进行评估，在评估引水方案效益时，同样可根据实际需要如考虑节约成本资金投入、减小引水量节约生态水资源、减少生态开发的侧重面来进行方案的综合遴选。
A、B、C方案评估计算公式如下：
式中K m 表示某一方案的评估结果，K m 值越大越优，m为A、B、C方案，W i 为对应引水方案下湖区水龄值，W 0为现状情景下湖区水龄值（即为采用方案下个的湖区水龄值），Q i 为对应引水方案下湖区某水质指标浓度值，Q 0为现状情景下湖区水质浓度，T i 为对应引水方案下湖区透明度均值，T 0为现状情景下湖区透明度均值。
上述方法从预设的调水引流方案中筛选出以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案、以水质指标为参考依据最优的调水引流方案、以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案，对筛选的调水引流方案的经济效益，获得最优的调水引流方案；本发明具有可行性强、考虑全面的特点，具有很强的适用性和专业性，为有关部门制定调水引流方案提供了科学的依据。
一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价系统，其特征在于：包括，
进出口确定模块：确定预设调水引流方案针对湖泊的最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例；
水动力最优方案确定模块：在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水龄空间分布值，根据湖区水龄空间分布值，筛选出以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案；
水质最优方案确定模块：在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水质改善率和达标率，根据湖区水质改善率和达标率，筛选出以水质指标为参考依据最优的调水引流方案；
水景观最优方案确定模块：在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例以及最优出水口组合固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区透明度空间分布值，根据湖区透明度空间分布值，筛选出以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案；
评估模块：分别评估以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案、以水质指标为参考依据最优的调水引流方案和以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案的经济效益，筛选出最优调水引流方案。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法，其特征在于：包括，
确定预设调水引流方案针对湖泊的最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例；其中，确定最优进水口组合的过程为，对湖泊所有的进水口进行排列组合，计算相同引水流量、不同组合下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的组合为最优进水口组合；
确定各进水口的最优流量分配比例的过程为，在最优进水口组合固定的情况下，采用分层抽样法计算进水口不同流量分配比例下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的流量分配比例为进水口最优流量分配比例；
确定最优出水口组合的过程为，在最优进水口组合和各进水口的最优流量分配比例固定的情况下，对湖泊所有的出水口进行排列组合，计算各组合下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的组合为最优出水口组合；
确定各进出口的最优流量分配比例的过程为，在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例和最优出水口组合固定的情况下，采用分层抽样法计算出水口不同流量分配比例下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的流量分配比例为出水口最优流量分配比例；
在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水龄空间分布值，根据湖区水龄空间分布值，筛选出以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案；
在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水质改善率和达标率，根据湖区水质改善率和达标率，筛选出以水质指标为参考依据最优的调水引流方案；
在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例以及最优出水口组合固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区透明度空间分布值，根据湖区透明度空间分布值，筛选出以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案；
分别评估以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案、以水质指标为参考依据最优的调水引流方案和以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案的经济效益，筛选出最优调水引流方案。
2.根据权利要求1所述的一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法，其特征在于：最小湖区水龄空间分布值对应的调水引流方案为以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案。
3.根据权利要求1所述的一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法，其特征在于：最高湖区水质改善率和达标率对应的调水引流方案为以水质指标为参考依据最优的调水引流方案。
4.根据权利要求1所述的一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法，其特征在于：最高湖区透明度空间分布值对应的调水引流方案为以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案。
5.根据权利要求1所述的一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价方法，其特征在于：以调水引流流量、生态占地、费用投资作为指标，分别评估以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案、以水质指标为参考依据最优的调水引流方案和以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案的经济效益，筛选出最优调水引流方案。
6.一种针对城市内湖调水引流方案的综合评价系统，其特征在于：包括，
进出口确定模块：确定预设调水引流方案针对湖泊的最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例；其中，确定最优进水口组合的过程为，对湖泊所有的进水口进行排列组合，计算相同引水流量、不同组合下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的组合为最优进水口组合；
确定各进水口的最优流量分配比例的过程为，在最优进水口组合固定的情况下，采用分层抽样法计算进水口不同流量分配比例下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的流量分配比例为进水口最优流量分配比例；
确定最优出水口组合的过程为，在最优进水口组合和各进水口的最优流量分配比例固定的情况下，对湖泊所有的出水口进行排列组合，计算各组合下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的组合为最优出水口组合；
确定各进出口的最优流量分配比例的过程为，在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例和最优出水口组合固定的情况下，采用分层抽样法计算出水口不同流量分配比例下湖区的水龄均值，最小水龄均值对应的流量分配比例为出水口最优流量分配比例；
水动力最优方案确定模块：在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水龄空间分布值，根据湖区水龄空间分布值，筛选出以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案；
水质最优方案确定模块：在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例、最优出水口组合以及各进出口的最优流量分配比例固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区水质改善率和达标率，根据湖区水质改善率和达标率，筛选出以水质指标为参考依据最优的调水引流方案；
水景观最优方案确定模块：在最优进水口组合、各进水口的最优流量分配比例以及最优出水口组合固定的情况下，计算各调水引流方案下湖区透明度空间分布值，根据湖区透明度空间分布值，筛选出以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案；
评估模块：分别评估以水动力指标为参考依据的最优调水引流方案、以水质指标为参考依据最优的调水引流方案和以透明度指标为参考依据的最优的调水引流方案的经济效益，筛选出最优调水引流方案。
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