CN111915065A - 一种河流枯水期多目标动态水资源优化配置系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种河流枯水期多目标动态水资源优化配置系统及方法，包括数据动态汇聚模块、数据处理与管理模块、枯水期水资源优化配置模块和用户交互模块；其中：所述数据动态汇聚模块还包括数据采集层、数据传输层、计算机网络层和数据资源存储层；所述数据处理与管理模块还包括商业软件处理层、开发类通用支撑系统层；所述枯水期水资源优化配置模块还包括参数管理、配水调度优化计算、辅助信息查询和用水总结这四项子功能；所述用户交互模块还包括信息服务门户模块、业务应用门户模块。本发明为不同区域内水资源调度方案的编制和实施提供技术支持，通过对区域典型枯水期水资源优化配置方案计算与分析，为决策者提供最优调度方案，供决策参考。
Description
技术领域
本发明属于水利信息技术处理领域，特别是涉及一种河流枯水期多目标动态水资源优化配置系统。
背景技术
在我国，由于受季风影响，各年水资源总量及来水量存在随机性，年内、年际丰枯变化很大。特别是在枯水期，有限的水量需要兼顾各用水部门需求，水资源配置要尽可能的降低因缺水引起的潜在风险，并减少不必要的水资源浪费。然而枯水期用水方案的确定需综合考虑降水量、实测径流量、径流的年内分配以及农业、工业、生活等部门的需水量等因素。为了在枯水期更加合理高效的利用区域的水资源，构建一个集数据监测与收集、水资源配置优化计算、用户交互界面于一体的水资源配置系统是必要的。
目前，各地均建立了本地区的水资源配置系统，但一般采用单目标的线性规划方法，配置模型中考虑的约束条件较少，在解决用水矛盾较为突出的枯水期配水问题时，灵活性不足，具有较大的局限性。此外，还存在其他问题，如数据监测环节并不完善；系统界面可视化程度不高，操作较为繁琐；系统用户端开发较为欠缺等。因此需要寻找适宜的求解方法，开发优化计算程序，建立多目标的河流枯水期动态水资源调度与展示系统模型，来解决河流枯水期的水资源配置调度问题。
发明内容
为优化枯水期水资源调度问题，提出了一种适用性较强的河流枯水期多目标动态水资源优化配置系统及方法，利用系统分析方法，确定系统优化配置方案，建立河流枯水期多目标动态水资源调度模型与展示系统，为不同区域内水资源调度方案的编制和实施提供技术支持，兼顾各用水方的需水、用水特点，缓解枯水期调水矛盾，实现河流枯水期水资源的实时优化调度，并构建界面友好，操作简单、功能较强的水资源优化配置系统。
本发明的一种河流枯水期多目标动态水资源优化配置系统，该系统包括依序连接的数据动态汇聚模块100、数据处理与管理模块200、枯水期水资源优化配置模块300和用户交互模块400；其中：
所述数据动态汇聚模块100还包括数据采集层、数据传输层、计算机网络层和数据资源存储层，该模块用于将收集到的水情、雨情、墒情数据信息，通过数据传输层传入计算机网络层，计算机网络层将数据信息按照数据类型存储至相应的数据资源存储层；
所述数据处理与管理模块200还包括商业软件处理层、开发类通用支撑系统层，所述商业软件处理层又包括数据库管理系统、GIS系统，所述开发类通用支撑系统层又包括数据交换系统、用户管理系统和元数据管理系统，该模块用于存储的数据资源进行管理与整合，并为枯水期水资源优化配置模块提供数据支持；
所述枯水期水资源优化配置模块300还包括参数管理、配水调度优化计算、辅助信息查询和用水总结这四项子功能，该模块用于进行配水调度优化计算，并根据计算结果优化区域水资源配置；
所述用户交互模块400还包括信息服务门户模块、业务应用门户模块，该模块用于用户参数的设置和辅助信息查询。
本发明的一种河流枯水期多目标动态水资源优化配置方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、数据采集层将收集到的水情、雨情、墒情数据信息，通过数据传输层传入计算机网络层，计算机网络层将数据信息按照数据类型存储至相应的数据资源存储层；
步骤2、数据处理与管理模块将对步骤1中存储的数据资源进行管理与整合，并为枯水期水资源优化配置模块提供数据支持，以及，进行枯水期水资源优化配置模块的设置；
步骤3、对水资源优化计算所需的参数进行设置与管理，至少包括对各用户权重、水量损失系数、输水损失系数、初始水位和计算时间参数；
步骤4、结合步骤3中设置的各个参数进行配水调度优化计算，并根据计算结果优化区域水资源配置；
步骤5、辅助信息查询和用水总结将供用户受众对区域信息和步骤S4中的结算结果计算结果进行查询；
步骤6、构建多目标动态水资源优化配置模型，该模型如下：
将目标设定为该时段系统满意度最高，即各用户实际净供水量与理想需水量之比的加权和最大，配水调度运算模块目标函数表示为：
其中，i表示时段，j表示用户，n表示用户总数，Wij表示用户j在i时段的实际供水量，Gij表示用户j在i时段的理想需水量，αij表示用户j在i时段的权重系数，其中，
Si表示i时段系统满意度，0≤Si≤1.0；
配水调度运算模块约束条件包括水量水量平衡约束、用户需水的上下限约束、时段水量平衡约束、上游水位约束、渠道和引水管道的输水能力约束、政策约束以及其他关系约束，这些约束表达式分别如下：
①、水量平衡约束表达式如下：
Wi≤Vi+ΔVi (2)
其中，Vi表示第i时段上游的蓄水量，ΔVi表示i时段研究河段的出入水量总和，Wi为该时段水源毛供水总量，等于各用水户的毛供水量之和；
②、用户需水的上下限约束表达式如下：
Bij≤Wij≤Gij (3)
其中，Bij表示用户j在i时段需水量下限，Gij表示用户j在i时段的理想需水量；
③、时段水量平衡约束表达式如下：
其中，Vi表示i时段初上游的蓄滞水量，Vi+1表示i+1时段初上游的蓄滞水量，即，i时段末的蓄滞水量，
表示i时段k来水渠道的来水量，m表示来水渠道的总数，SVi表示i时段河段的水量损失，QVi表示i时段上游的弃水量；
④、上游水位约束表达式如下：
汛期：
Z死≤Z≤Z限 (5)
非汛期：
Z死≤Z≤Z兴 (6)
其中，Z死为上游的死水位，Z限为上游汛期限制水位，Z兴为上游兴利水位；
⑤、渠道和引水管道的输水能力约束表达式如下：
Wip≤Qip (7)
其中，Wip表示该河段第i时段，需由(通过)该(p)水利工程设施供水到用水户端的毛总水量，Qip表示第i时段，第p个(段)水利工程设施的供水能力。例如，第p个(段、处)闸或河道(渠道)的过水能力，或者泵站的抽水能力；
输水渠道和引水管道的过水流量应小于或等于其设计流量；
⑥、政策约束；
⑦、其他关系约束表达式如下：
SVi＝b·Vi (8)
Bij＝c·Gij (9)
其中，b表示水量损失系数，0≤b＜1，c表示用户最低需水量所占理想需水量百分比(0≤c＜1)，Bi表示i时段系统所有用户需水量下限之和，Gi表示i时段系统所有用户需水量上限之和；KV表示i时段可进行水资源配置利用的水量，V死表示上游的死水位对应的库容，XBi表示i时段系统最重要用户需水的下限水量和，SBei表示e生活用户在i时段需水的下限，E表示系统生活用户的总数，GBfi表示f重要工业用户在i时段需水的下限，F表示系统重要工业用户的总数；
进行配水调度运算，遵循以下规则：
①、如果研究河段某时段的实际总可供水量小于该时段该区域最优级(生活和火电用水)用户最小需水量，即
Vi≤Bi优/(1-βi优) (14)
则启动应急水源进行调水，调水量为+ΔVi，然后按各地区优先用水户的最低净需水量比例全部供给最优级用户，其余用户供水量为零，时段末剩余可供水量为零。即，
Wij优＝(1-βij优)ViBij优/Bi优 (15)
Wijk′＝0 (16)
WVi＝Vi+ΔVi-Wi＝0 (18)
其中，i为时段序号，假定一个配置年度划分为n个时段，则i＝1，2，...，n；Si表示i时段系统满意度，Vi为i时段研究河段的可供水量，Bi为i时段地区优先用水的最小净需水总量；Wi为i时段实际供水量，Gi为i时段所有用户理想需水量；WVi为i时段末剩余可供水量，ΔVi为水量。
②、如果研究河段在某时段的实际总可供水量小于该时段该湖系各用户理想需水量之和，大于优先用户最小需水量，即，
其中，i为时段序号，假定一个配置年度划分为n个时段，则i＝1，2，...，n；j表示地区序号，假定该系统包含m个地区，则j＝1，2，...，m，k表示用水户序号，假定第j地区包含n个用水户，则k＝1，2，...，n，Vi为i时段研究河段的可供水量，
分别为该时段研究地区优先用水的最小净需水总量与其综合输供水损失系数，
则按该时段研究河段生活用水的最低要求，优先满足生活和火电用水；剩余的水按该时段该湖系各地区各用户的最小需水量要求按优先级不同比例分配给各用户，如有剩余，根据各用户缺水程度再次按比例分配，直到剩余水量为零；即，
Wij优＝Bij优 (21)
Wij优′＝Gij优-Bij优 (23)
WVi＝Vi-Wi＝0 (25)
式中，Bij其、Wij其分别为不包括优先用户的其他用户的最小净需水量与实际供水量，Wi为该时段水源毛供水总量，Wij优’、Wij其’分别为优先用水户和其他用户二次分配的水量，Lijk’、Li分别为其他用户一次分配后的缺水量和缺水总量，WVi为时段末该湖水系剩余可供水量。
③、如果某时段湖系的实际总可供水量大于该时段该湖系所有用户理想需水量之和，即，
则各用户都100％满足，剩余可供水量等于可供水量减去各用户理想毛供水量之和，大于零。即，
Wijk＝Gijk (27)
WVi＝Vi-Wi＞0 (28)。
本发明为不同区域内水资源调度方案的编制和实施提供技术支持，兼顾各用水方的需水、用水特点，缓解枯水期调水矛盾，实现河流枯水期水资源的实时优化调度，满足区域配水调度的业务需求，通过对区域典型枯水期水资源优化配置方案的计算与分析，为决策者提供最优调度方案，供决策参考。
附图说明
图1为本发明的河流枯水期多目标动态水资源优化配置系统整体框架示意图；
图2为本发明的河流枯水期多目标动态水资源优化配置方法整体流程图；
图3为枯水期水资源优化配置模块的设置流程示意图；
图4为本发明的河流枯水期多目标动态水资源优化配置系统的条件设置界面的实例图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例本发明的技术方案进行详细说明。以淮河干流(正阳关-洪泽湖段)水资源优化调度与展示系统为例，
如图1所示，为本发明的河流枯水期多目标动态水资源优化配置系统整体框架示意图。该系统包括数据动态汇聚模块100、数据处理与管理模块200，枯水期水资源优化配置模块300和用户交互模块400。其中枯水期水资源优化配置模块300为本发明的核心部分。所述数据动态汇聚模块100还包括数据采集层、数据传输层、计算机网络层和数据资源存储层；所述数据处理与管理模块200还包括商业软件处理层、开发类通用支撑系统层，所述商业软件处理层又包括数据库管理系统、GIS系统，所述开发类通用支撑系统层又包括数据交换系统、用户管理系统和元数据管理系统。所述枯水期水资源优化配置模块300包括参数管理、配水调度优化计算、辅助信息查询和用水总结这四项子功能。所述用户交互模块400还包括信息服务门户模块、业务应用门户模块。
如图2所示，为本发明的河流枯水期多目标动态水资源优化配置方法整体流程示意图，具体包括以下步骤：
步骤1、数据采集层将收集到的水情、雨情、墒情数据信息，通过数据传输层传入计算机网络层，计算机网络层将数据信息按照数据类型存储至相应的数据资源存储层；
步骤2、数据处理与管理模块将对步骤1中存储的数据资源进行管理与整合，并为枯水期水资源优化配置模块提供数据支持，以及，进行枯水期水资源优化配置模块的设置；
步骤3、对水资源优化计算所需的参数进行设置与管理，至少包括对各用户权重、水量损失系数、输水损失系数、初始水位和计算时间参数，以直接方式进行输入；
步骤4、结合步骤3中设置的各个参数进行配水调度优化计算，并根据计算结果优化区域水资源配置；
步骤5、辅助信息查询和用水总结将供用户受众对区域信息和步骤4中的结算结果计算结果进行查询；
步骤6、构建多目标动态水资源优化配置模型，该模型如下：
将目标设定为该时段系统满意度最高，即各用户实际净供水量与理想需水量之比的加权和最大，配水调度运算模块目标函数表示为：
其中，i表示时段，j表示用户，n表示用户总数，Wij表示用户j在i时段的实际供水量，Gij表示用户j在i时段的理想需水量，αij表示用户j在i时段的权重系数，其中，
即，对于每一个研究时段来说，各个用水户在总目标中的权重系数之和为1，Si表示i时段系统满意度，0≤Si≤1.0，作为系统的目标函数指标，Si越大越好。
配水调度运算模块约束条件包括水量水量平衡约束、用户需水的上下限约束、时段水量平衡约束、上游水位约束、渠道和引水管道的输水能力约束、政策约束以及其他关系约束，这些约束表达式分别如下：
①、水量平衡约束表达式如下：
Wi≤Vi+ΔVi (2)
其中，Vi表示第i时段上游的蓄水量，ΔVi表示i时段研究河段的出入水量总和，包括上游河道及周边支流的来水量，该时段降水产流汇入水量、水面蒸发和水体渗漏等，Wi为该时段水源毛供水总量，等于各用水户的毛供水量之和。
②、用户需水的上下限约束表达式如下：
Bij≤Wij≤Gij (3)
其中，Bij表示用户j在i时段需水量下限，Gij表示用户j在i时段的理想需水量。
③、时段水量平衡约束表达式如下：
其中，Vi表示i时段初上游的蓄滞水量，Vi+1表示i+1时段初上游的蓄滞水量，即，i时段末的蓄滞水量，
表示i时段k来水渠道的来水量，m表示来水渠道的总数，SVi表示i时段河段的水量损失，QVi表示i时段上游的弃水量。
④、上游水位约束
汛期：
Z死≤Z≤Z限 (5)
非汛期：
Z死≤Z≤Z兴 (6)
其中，Z死为上游的死水位，Z限为上游汛期限制水位，Z兴为上游兴利水位。
⑤、渠道和引水管道的输水能力约束。输水渠道和引水管道的过水流量应小于或等于其设计流量。
Wip≤Qip (7)
其中，Wip表示该河段第i时段，需由(通过)该(p)水利工程设施供水到用水户端的毛总水量，Qip表示第i时段，第p个(段)水利工程设施的供水能力。例如，第p个(段、处)闸或河道(渠道)的过水能力，或者泵站的抽水能力。
⑥、政策约束。根据《中华人民共和国水法》第二十一条规定：开发、利用水资源，应当首先满足城乡居民生活用水，并兼顾农业、工业、生态环境用水以及航运等需要。水量分配的研究中各个行业需水满足顺序为：首先满足城市的居民生活用水，其次应保证重要工业如火电用水的基础，然后满足河道内生态环境及船闸用水、一般工业需水、第三产业及建筑业需水、河道外生态环境需水、农业需水要求。
当可供水量非常缺乏的时段，可以完全停止农业供水，除保证居民生活以及影响两市经济发展的重要工业的用水之外，其他行业的需水满足程度可维持在50％～60％。
⑦、其他关系约束表达式如下：
SVi＝b·Vi (8)
Bij＝c·Gij (9)
其中，b表示水量损失系数，0≤b＜1，c表示用户最低需水量所占理想需水量百分比(0≤c＜1)，Bi表示i时段系统所有用户需水量下限之和，Gi表示i时段系统所有用户需水量上限之和；KV表示i时段可进行水资源配置利用的水量，V死表示上游的死水位对应的库容，XBi表示i时段系统最重要用户需水的下限水量和，SBei表示e生活用户在i时段需水的下限，E表示系统生活用户的总数，GBfi表示f重要工业用户在i时段需水的下限，F表示系统重要工业用户的总数。
进行配水调度运算，遵循以下规则：
①、如果研究河段某时段的实际总可供水量小于该时段该区域最优级(生活和火电用水)用户最小需水量，即
Vi≤Bi优/(1-βi优) (14)
则启动应急水源进行调水，调水量为+ΔVi，然后按各地区优先用水户的最低净需水量比例全部供给最优级用户，其余用户供水量为零，时段末剩余可供水量为零。即，
Wii优＝(1-βij优)ViBij优/Bi优 (15)
Wijk′＝0 (16)
WVi＝Vi+ΔVi-Wi＝0 (18)
其中，i为时段序号，假定一个配置年度划分为n个时段，则i＝1，2，...，n；Si表示i时段系统满意度，Vi为i时段研究河段的可供水量，Bi为i时段地区优先用水的最小净需水总量；Wi为i时段实际供水量，Gi为i时段所有用户理想需水量；WVi为i时段末剩余可供水量，ΔVi为水量。
②、如果研究河段在某时段的实际总可供水量小于该时段该湖系各用户理想需水量之和，大于优先用户最小需水量，即，
其中，i为时段序号，假定一个配置年度划分为n个时段，则i＝1，2，...，n；j表示地区序号，假定该系统包含m个地区，则j＝1，2，...，m，k表示用水户序号，假定第j地区包含n个用水户，则k＝1，2，...，n，Vi为i时段研究河段的可供水量，
分别为该时段研究地区优先用水的最小净需水总量与其综合输供水损失系数(率)，
则按该时段研究河段生活用水的最低要求，优先满足生活和火电用水；剩余的水按该时段该湖系各地区各用户的最小需水量要求按优先级不同比例分配给各用户，如有剩余，根据各用户缺水程度再次按比例分配，直到剩余水量为零。即，
Wij优＝Bij优 (21)
Wij优′＝Gij优-Bij优 (23)
WVi＝Vi-Wi＝0 (25)
式中，Bij其、Wij其分别为不包括优先用户的其他用户的最小净需水量与实际供水量，Wi为该时段水源毛供水总量，Wij优’、Wij其’分别为优先用水户和其他用户二次分配的水量，Lijk’、Li分别为其他用户一次分配后的缺水量和缺水总量，WVi为时段末该湖水系剩余可供水量。
③、如果某时段湖系的实际总可供水量大于该时段该湖系所有用户理想需水量之和，即，
则各用户都100％满足，剩余可供水量等于可供水量减去各用户理想毛供水量之和，大于零。即，
Wijk＝Gijk (27)
WVi＝Vi-Wi＞0 (28)
注：以上各关系式都是以水量作为因子，实际中，一般是以水位为控制因子，所以，程序编制时，输入现状水位及各种特征水位，查水位-库容关系曲线，换算成水量，计算输出结果再换算成水位。
如图3所示，为枯水期水资源优化配置模块300的设置流程示意图，该设置流程具体包括以下步骤：
步骤2-1、范围界定，本步骤要考虑到各区间的用水户数量、重要程度等因素，并确定重点区间区域；
步骤2-2、任务分析：本步骤主要包括确定所研究枯水期的水量分配原则、水量分配方案及定量的分配结果；针对调度运用中存在的问题，充分利用现代水情、雨情、墒情数据信息进行不同情景下来水量和用水需求的预测，结合供水区在枯水期的用水特点，进一步优化调度方案、提出在特枯水期调度运行的方案建议；
步骤2-3、要素(元素)的识别与系统概化：
①水源：包括水库蓄水、河道可利用水、上游河道来水及支流汇入、周边湖泊洼地的蓄水、地下水、外调水源等；
②用户：包括系统范围内各地区生活、重要工业、农业、一般工业、航运、生态等用户；
③输供水工程系统：包括该系统内联通水源与水源、水源与用户的各个河段、渠道、闸门、泵站等；
步骤2-4、目标确定：总体目标是系统整体的满意度最高：先确定各个部门、用户各自的具体目标，再通过系统协调，达到整体满意度最高的系统目标；
步骤2-5、约束确定：约束即为实现系统目标所受的各种限制条件；
步骤2-6、模型建立：在系统概化、目标分析、约束分析的基础上，形成系统三层优化协调配置模型；
步骤2-7、模型的求解与方案生成：系统模型建立起来后，寻找合适的算法，进而编制程序和界面系统。系统方案的生成，运用软件系统进行优化协调，得到系统最终合理的配置方案。
如图4所示，本发明的河流枯水期多目标动态水资源优化配置系统的条件设置界面的实例图。该实例为蚌埠闸上段水资源调度模型系统的优化计算提供参数及约束条件的一级菜单提供“条件设置”。
一级菜单“条件设置”对应的二级菜单“来水量设置”。对鲁台子、蒙城等上游水文站来水以及枯水期可利用水源瓦埠湖、淮北地下水、茨河等在计算时段的可利用水量进行设置，可以载入重点测站水文信息数据库中的历史来水过程，也可以在表单上直接输入水量。
一级菜单“条件设置”对应的二级菜单“取水口信息”。对蚌埠闸上河段的农业和非农业取水口的取水高程、取水能力、分配给各用户的用水比例进行了介绍。
一级菜单“条件设置”对应的二级菜单“河道条件”。对蚌埠闸上河段的上限和下限制水位进行设置。
一级菜单“条件设置”下面的菜单“其他设置”。对水量调度模型计算所需的参数设置，包括对各用户权重、水量损失系数、输水损失系数、初始水位、计算时间的设置，以直接输入的方式。设置完所有模型参数后，点击“开始运算”按钮进行后台水资源配置计算。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种河流枯水期多目标动态水资源优化配置系统，其特征在于，该系统包括依序连接的数据动态汇聚模块(100)、数据处理与管理模块(200)、枯水期水资源优化配置模块(300)和用户交互模块(400)；其中：
所述数据动态汇聚模块(100)还包括数据采集层、数据传输层、计算机网络层和数据资源存储层，该模块用于将收集到的水情、雨情、墒情数据信息，通过数据传输层传入计算机网络层，计算机网络层将数据信息按照数据类型存储至相应的数据资源存储层；
所述数据处理与管理模块(200)还包括商业软件处理层、开发类通用支撑系统层，所述商业软件处理层又包括数据库管理系统、GIS系统，所述开发类通用支撑系统层又包括数据交换系统、用户管理系统和元数据管理系统，该模块用于存储的数据资源进行管理与整合，并为枯水期水资源优化配置模块提供数据支持；
所述枯水期水资源优化配置模块(300)还包括参数管理、配水调度优化计算、辅助信息查询和用水总结这四项子功能，该模块用于进行配水调度优化计算，并根据计算结果优化区域水资源配置；
所述用户交互模块(400)还包括信息服务门户模块、业务应用门户模块，该模块用于用户参数的设置和辅助信息查询。
2.一种河流枯水期多目标动态水资源优化配置方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、数据采集层将收集到的水情、雨情、墒情数据信息，通过数据传输层传入计算机网络层，计算机网络层将数据信息按照数据类型存储至相应的数据资源存储层；
步骤2、数据处理与管理模块将对步骤1中存储的数据资源进行管理与整合，并为枯水期水资源优化配置模块提供数据支持，以及，进行枯水期水资源优化配置模块的设置；
步骤3、对水资源优化计算所需的参数进行设置与管理，至少包括对各用户权重、水量损失系数、输水损失系数、初始水位和计算时间参数；
步骤4、结合步骤3中设置的各个参数进行配水调度优化计算，并根据计算结果优化区域水资源配置；
步骤5、辅助信息查询和用水总结将供用户受众对区域信息和步骤4中的结算结果计算结果进行查询；
步骤6、构建多目标动态水资源优化配置模型，该模型如下：
将目标设定为该时段系统满意度最高，即各用户实际净供水量与理想需水量之比的加权和最大，配水调度运算模块目标函数表示为：
其中，i表示时段，j表示用户，n表示用户总数，Wij表示用户j在i时段的实际供水量，Gij表示用户j在i时段的理想需水量，αij表示用户j在i时段的权重系数，其中，
Si表示i时段系统满意度，0≤Si≤1.0；
配水调度运算模块约束条件包括水量水量平衡约束、用户需水的上下限约束、时段水量平衡约束、上游水位约束、渠道和引水管道的输水能力约束、政策约束以及其他关系约束，这些约束表达式分别如下：
①、水量平衡约束表达式如下：
Wi≤Vi+ΔVi (2)
其中，Vi表示第i时段上游的蓄水量，ΔVi表示i时段研究河段的出入水量总和，Wi为该时段水源毛供水总量，等于各用水户的毛供水量之和；
②、用户需水的上下限约束表达式如下：
Bij≤Wij≤Gij (3)
其中，Bij表示用户j在i时段需水量下限，Gij表示用户j在i时段的理想需水量；
③、时段水量平衡约束表达式如下：
其中，Vi表示i时段初上游的蓄滞水量，Vi+1表示i+1时段初上游的蓄滞水量，即，i时段末的蓄滞水量，
表示i时段k来水渠道的来水量，m表示来水渠道的总数，SVi表示i时段河段的水量损失，QVi表示i时段上游的弃水量；
④、上游水位约束表达式如下：
汛期：
Z死≤Z≤Z限 (5)
非汛期：
Z死≤Z≤Z兴 (6)
其中，Z死为上游的死水位，Z限为上游汛期限制水位，Z兴为上游兴利水位；
⑤、渠道和引水管道的输水能力约束表达式如下：
Wip≤Qip (7)
其中，Wip表示该河段第i时段，需由第p个水利工程设施供水到用水户端的毛总水量，Qip表示第i时段，第p个水利工程设施的供水能力；
输水渠道和引水管道的过水流量应小于或等于其设计流量；
⑥、政策约束；
⑦、其他关系约束表达式如下：
SVi＝b·Vi (8)
Bij＝c·Gij (9)
其中，b表示水量损失系数，0≤b＜1，c表示用户最低需水量所占理想需水量百分比(0≤c＜1)，Bi表示i时段系统所有用户需水量下限之和，Gi表示i时段系统所有用户需水量上限之和；KV表示i时段可进行水资源配置利用的水量，V死表示上游的死水位对应的库容，XBi表示i时段系统最重要用户需水的下限水量和，SBei表示e生活用户在i时段需水的下限，E表示系统生活用户的总数，GBfi表示f重要工业用户在i时段需水的下限，F表示系统重要工业用户的总数；
进行配水调度运算，遵循以下规则：
①、如果研究河段某时段的实际总可供水量小于该时段该区域最优级(生活和火电用水)用户最小需水量，即
Vi≤Bi优/(1-βi优) (14)
则启动应急水源进行调水，调水量为+ΔVi，然后按各地区优先用水户的最低净需水量比例全部供给最优级用户，其余用户供水量为零，时段末剩余可供水量为零，即，
wij优＝(1-βij优)ViBij/Bi优 (15)
Wijk′＝0 (16)
WVi＝Vi+ΔVi-Wi＝0 (18)
其中，i为时段序号，假定一个配置年度划分为n个时段，则i＝1，2，...，n；Si表示i时段系统满意度，Vi为i时段研究河段的可供水量，Bi为i时段地区优先用水的最小净需水总量；Wi为i时段实际供水量，Gi为i时段所有用户理想需水量；WVi为i时段末剩余可供水量，ΔVi为水量；
②、如果研究河段在某时段的实际总可供水量小于该时段该湖系各用户理想需水量之和，大于优先用户最小需水量，即，
其中，i为时段序号，假定一个配置年度划分为n个时段，则i＝1，2，...，n；j表示地区序号，假定该系统包含m个地区，则j＝1，2，...，m，k表示用水户序号，假定第j地区包含n个用水户，则k＝1，2，...，n，Vi为i时段研究河段的可供水量，Bi优、βi优分别为该时段研究地区优先用水的最小净需水总量与其综合输供水损失系数，
则按该时段研究河段生活用水的最低要求，优先满足生活和火电用水；剩余的水按该时段该湖系各地区各用户的最小需水量要求按优先级不同比例分配给各用户，如有剩余，根据各用户缺水程度再次按比例分配，直到剩余水量为零；即，
Wij优＝Bij优 (21)
Wij优′＝Gij优-Bij优 (23)
WVi＝Vi-Wi＝0 (25)
式中，Bij其、Wij其分别为不包括优先用户的其他用户的最小净需水量与实际供水量，Wi为该时段水源毛供水总量，Wij优’、Wij其’分别为优先用水户和其他用户二次分配的水量，Lijk’、Li分别为其他用户一次分配后的缺水量和缺水总量，WVi为时段末该湖水系剩余可供水量；
③、如果某时段湖系的实际总可供水量大于该时段该湖系所有用户理想需水量之和，即，
则各用户都100％满足，剩余可供水量等于可供水量减去各用户理想毛供水量之和，大于零，即，
Wijk＝Gijk (27)
WVi＝Vi-Wi＞0 (28)。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112966919A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-06-15 | 武汉大学 | 一种基于条件价值风险的用水与排污冲突协调方法 |
| CN113011662A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-06-22 | 河海大学 | 一种区域企厂网河一体化联合优化调度的系统及方法 |
| CN113919746A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-01-11 | 天津大学 | 一种灌区水资源精细化调度模型系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108305006A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-07-20 | 浙江省水利河口研究院 | 基于供水保证率约束的水库水资源使用权量初始分配方法 |
| US20190216031A1 (en) * | 2018-01-17 | 2019-07-18 | Christopher James Hintz | Algae Culturing |
| CN110288209A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-09-27 | 北京师范大学 | 水资源配置方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN111080019A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-28 | 天津大学 | 一种淮河河道湖泊水资源联合优化调度系统及方法 |
-
2020
- 2020-07-15 CN CN202010680353.6A patent/CN111915065A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190216031A1 (en) * | 2018-01-17 | 2019-07-18 | Christopher James Hintz | Algae Culturing |
| CN108305006A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-07-20 | 浙江省水利河口研究院 | 基于供水保证率约束的水库水资源使用权量初始分配方法 |
| CN110288209A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-09-27 | 北京师范大学 | 水资源配置方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN111080019A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-28 | 天津大学 | 一种淮河河道湖泊水资源联合优化调度系统及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 彭晶: "基于GIS的多目标动态水资源优化配置研究", 《中国博士学位论文全文数据库基础科学辑》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112966919A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-06-15 | 武汉大学 | 一种基于条件价值风险的用水与排污冲突协调方法 |
| CN112966919B (zh) * | 2021-03-01 | 2023-11-14 | 武汉大学 | 一种基于条件价值风险的用水与排污冲突协调方法 |
| CN113011662A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-06-22 | 河海大学 | 一种区域企厂网河一体化联合优化调度的系统及方法 |
| CN113011662B (zh) * | 2021-03-25 | 2022-08-23 | 河海大学 | 一种区域企厂网河一体化联合优化调度的系统及方法 |
| CN113919746A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-01-11 | 天津大学 | 一种灌区水资源精细化调度模型系统 |
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