CN113065980B - 一种面向河流生态需水的多水源优化配置方法 - Google Patents

一种面向河流生态需水的多水源优化配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向河流生态需水的多水源优化配置方法，包括对进行区域划分后的各分区采用遗传算法进行水资源供需平衡计算，得到各分区配置水量；计算河流节点之间的渗透损失量；采用动态规划算法对水库进行优化调节计算，得到水库出库径流量；演算各控制断面生态水量和河流渗漏量；构建多目标优化模型，并进行求解；生成不同分区水资源配置方案及水库调度方案。本发明通过区域间水资源的合理配置和水利工程优化调度，生成不同情景下的水资源配置方案及水库调度方案，减少河流补水沿线下渗水量，保障下游断面的生态需水，从而提高河流补水效率，减少引外调水水量及补水成本，进而能够产生明显的生态效益和经济效益。

Description

一种面向河流生态需水的多水源优化配置方法
技术领域
本发明涉及水资源配置技术领域，具体涉及一种面向河流生态需水的多水源优化配置方法。
背景技术
水资源的高效利用是指对水资源系统本身的质和量在空间和时间上综合配置水资源。由于水资源短缺、时空分布不均是我国基本国情水情，如何高效利用有限的地表水资源取得最佳综合效益是目前水资源配置需要解决的问题及难点。
我国水资源合理配置方面的研究虽起步较晚，但发展很快。20世纪60年代，开始了以水库优化调度为先导的水资源分配研究。20世纪80年代后期，学术界开始提出水资源配置及承载能力的研究课题，并取得初步成果。代表性成果主要有：许新宜、王浩等于编著了《华北地区宏观经济水资源规划理论与方法》，谢新民等著《宁夏水资源优化配置与可持续利用战略研究》，王浩等著《黄淮海流域水资源合理配置》、《西北地区水资源合理配置与承载能力研究》。这些研究成果标志着我国水资源合理配置理论和方法体系框架的基本形成。海河流域作为我国严重缺水地区，在水资源配置方面开展了诸多研究。陈文艳针对流域水资源配置涉及水资源、社会经济及生态环境等诸多影响因素，选用生活、工业、农业与生态四个配水量作为评价指标，提出了基于模糊识别的水资源配置评价方法，并以海河流域为例进行水资源配置方案评价；张金堂以水功能区划和分水协议为基础，综合考虑上下游工农业用水和生态环境用水，探讨了滦河流域水资源配置与合理利用方案，为水资源开发利用提供参考依据。
目前我国水资源合理配置体系较为完善，基本上都是从宏观尺度上进行研究，通过产业结构调整来协调社会经济用水与生态环境用水或者改善水环境，为相关规划提供参考。但是，一般通过产业结构来调整，时间尺度长，协调难度大，而且并不能有效解决当下水资源的高效利用问题。特别是一些水资源短缺的北方河流，流域水资源短缺，当地径流、外调水和再生水之间如何协调和合理配置，现有技术很难协调社会经济用水与河道内生态用水的矛盾。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种面向河流生态需水的多水源优化配置方法。从微观尺度上，在不调整产业结构的情景下，仅围绕如何提高地表水资源高效利用研究的较少，基于用水公平、输水效率、生态效益原则，通过多水源的合理配置与调度，从而发挥当地地表水资源的高效利用，减少外调水的生态补水水量及补水成本。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种面向河流生态需水的多水源优化配置方法，包括以下步骤：
S1、对进行区域划分后的各分区采用遗传算法进行水资源供需平衡计算，得到各分区配置水量；
S2、根据水资源供需平衡后的河道径流量计算河流节点之间的渗透损失量；
S3、根据水库入库径流量、水库约束条件和集中生态补水方案集，采用动态规划算法对水库进行优化调节计算，得到水库出库径流量；
S4、根据水库出库径流量和渗透损失量演算至下一个河流节点，直至出口断面，得到各控制断面生态水量和河流渗漏量；
S5、构建包括河道外供水系统缺水率最小化目标函数、河流输水损失量最小化目标函数及河流生态效益最大化目标函数的多目标优化模型，根据各分区配置水量、各控制断面生态水量和河流渗漏量对多目标优化模型进行求解；
S6、根据求解得到的各目标函数值生成不同分区水资源配置方案及水库调度方案。
进一步地，所述步骤S1具体包括以下分步骤：
S11、考虑水系特征，并结合行政分区进行区域划分；
S12、获取各分区供水量和需求量；
S13、采用遗传算法根据各分区供水量和需求量随机生成初始方案，对初始方案进行交叉、变异操作，得到优化后的各分区供水系数和各分区回归水系数；
S14、根据各分区供水系数和各分区回归水系数，按照水源供水次序进行水资源供需平衡计算，得到各分区配置水量。
进一步地，所述步骤S11具体包括：
考虑水系特征，按流域水资源分区与区域行政分区相结合的方法进行区域划分；
对各个分区中对当地水资源量进行调节的水库和对过境河流上的水库进行复合；
对地表水资源进行分类，将当地地表水资源分为当地水库可调节的水资源和不可调节的水资源，将客水分为过境河流上水库可调节的水资源和不可调节的水资源。
进一步地，所述步骤S2具体为：
根据水资源供需平衡后的河道径流量，通过渗漏量与流量、月份之间的关系，计算河流节点之间的渗透损失量。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下分步骤：
S31、根据河流生态需水量生成初始集中生态补水方案集；
S32、采用遗传算法对初始集中生态补水方案集进行交叉、变异操作，得到优化后的集中生态补水方案集；
S33、根据水库入库径流量、水库约束条件、下游河流生态需水量、河道外生态需水量和集中生态补水方案集，采用动态规划算法对水库进行优化调节计算，得到水库出库径流量。
进一步地，所述步骤S5中多目标优化模型具体包括：
多目标函数和约束条件；其中，
所述多目标函数包括河道外供水系统缺水率最小化目标函数，河流输水损失量最小化目标函数，河流输水损失水量最小化目标函数和河道年生态效益最小化目标函数；
所述约束条件包括可供水量约束，需水量约束，供水能力约束，水库库容约束，水库下游河道最小生态需水约束，河道生态需水量约束，地下水允许开采约束和变量非负约束。
进一步地，所述多目标函数表示为：
Figure BDA0002989286390000041
Figure BDA0002989286390000042
Figure BDA0002989286390000043
Figure BDA0002989286390000051
其中，minf1为河道外供水系统缺水率最小化目标函数，minf2为河流输水损失量最小化目标函数，minf3为河流输水损失水量最小化目标函数，minf4为河道年生态效益最小化目标函数，αjk为第j供水分区第k用水部门的权重系数，Djkt为第j个分区第k用水部门时段t的需水量，Qijkt为第i供水水源给第j供水分区第k用水部门第t时段的供水量，Wq为第q水库集中补水量或外调水补水量，ηp为第p河段损失率，It,l为第l个生态控制断面时段t的生态需水满足程度，Ql,年为第l个生态控制断面年径流量，Ql,基本为第l个生态控制断面年基本生态需水量。
进一步地，所述约束条件表示为：
Figure BDA0002989286390000052
Figure BDA0002989286390000053
Figure BDA0002989286390000054
VDm,t≤Vm,t≤VXm,t
q下泄m,t≥QEm,t
Figure BDA0002989286390000055
Figure BDA0002989286390000056
Qijkt≥0
其中，Qmaxij为第j个供水分区第i个供水水源最大供水能力，Wit为第i水源第t时段的水资源量，VDm,t为第m水库第t时段的死库容，VXm,t为第m水库第t时段的最大允许蓄水库容，Vm,t为第m水库第t时段的库容，Vm,t-1为第m水库第t-1时段的库容，WIm,t为第m水库第t时段的来水量，Qmjt为第m水库第t时段向第j子区的供水量，VSm,t为第m水库第t时段的损失水量；q下泄m,t为第m水库第t时段的下泄水量，Jm为第m水库所供水的子区数目，q下泄m,t为第m水库第t时段的下泄水量，QEm,t为第m水库下游河道第t时段的最小生态需水流量，WRnt为第n支流第t时段的径流量，p为第n支流所供水的子区数目，Wnb为第n支流的最小生态需水量，WSnt为第n支流第t时段的损失水量，Qnjt为第n支流向第j子区第t时段的供水量，Qu ljt为第l地下水源第t时段向第j个子区的供水量，Wu lt为第l地下水源第t时段的可开采量。
进一步地，所述方法还包括根据预设优化策略对生成的不同分区水资源配置方案及水库调度方案进行筛选，得到最优水资源配置方案及水库调度方案。
本发明具有以下有益效果：
本发明针对缺水地区、非均衡、多水源的河流基本生态需水目标，通过构建以河道外供水系统缺水率最小化、河流输水损失量最小化、河流生态效益最大化为目标函数的多目标数学模型，将河流生态水量控制断面基本生态需水作为配置模型的关键约束，统筹当地径流、再生水、外调水等多种可利用水源，通过区域间水资源的合理配置和水利工程优化调度，生成不同情景下的水资源配置方案及水库调度方案，减少河流补水沿线下渗水量，保障下游断面的生态需水，从而提高河流补水效率，减少引外调水水量及补水成本，进而能够产生明显的生态效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明的面向河流生态需水的多水源优化配置方法流程示意图；
图2为本发明实施例中各分区地表水源划分示意图；
图3为本发明实施例中不同方案目标函数值关系三维示意图；
图4为本发明实施例中不同方案目标函数值关系二维示意图。
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，本发明实施例提供了一种面向河流生态需水的多水源优化配置方法，包括以下步骤S1至S6：
S1、对进行区域划分后的各分区采用遗传算法进行水资源供需平衡计算，得到各分区配置水量；
在本实施例中，步骤S1具体包括以下分步骤：
S11、考虑水系特征，并结合行政分区进行区域划分；
本发明考虑区域不同自然特点和自然分区(流域、水系、水文地质单元等)及行政区划的界限，并尽可能地保持自然分区的完整性，按流域水资源分区与区域行政分区相结合的方法进行划分。
各分区的水源包括地表水、地下水、非常规水和外调水。地表水又包括当地产水和上游河道来水。对于各个不同分区，当地地下水、非常规水资源量以及外调水可利用指标是比较明确的，而地表水资源量通过河流将不同分区联系起来，考虑到我国缺水流域中小型水库众多，很多分区的上游都有水库对其入库水资源量进行调节，有必要将地表水资源量计算清楚。首先对于各个分区的水库进行分两类复合，一类是对当地水资源量进行调节的水库，一类是对过境河流上的水库进行复合，这一类水库不仅对来自该分区的区间径流进行调节，还能够对过境河流的上游来水进行调节。然后，对地表水资源进行分类，将当地地表水资源又分为当地水库可调节的水资源和不可调节的水资源；客水又分为过境河流上水库可调节的水资源和不可调节的水资源。如图2所示，该区域当地地表水资源分四部分，Ⅰ、Ⅱ为过境河流的产流面积，Ⅲ、Ⅳ为当地河流的产流面积。
S12、获取各分区供水量和需求量；
S13、采用遗传算法根据各分区供水量和需求量随机生成初始方案，对初始方案进行交叉、变异操作，得到优化后的各分区供水系数和各分区回归水系数；
S14、根据各分区供水系数和各分区回归水系数，按照水源供水次序进行水资源供需平衡计算，得到各分区配置水量。
本发明的水源供给次序与现有次序不同，各个分区水源供给次序设定为：再生水——>地下水——>外调水——>当地地表水——>过境地表水，从而解决流域生态水量亏缺严重的问题，为下游河流留存更多的生态水量，最后用地表径流。
当地地表水供水时，本发明将各分区的小型水利工程合并为虚拟复合水库进行调节计算，并按天然径流量的5％作为河道内基流量优先下泄。当利用干流上大中型水库供水时，优先满足基流，然后满足年基本生态需水及其他用户用水。本发明按分区、按用水部门分别设定权重系数，各分区各行业权重系数为分区权重系数乘以行业权重系数。行业权重系数由高向低的顺序为：河道内基流、生活用水、工业用水、河道内基本生态环境用水、河道外生态环境用水、农业用水。向各行业供水时，外调水只供给具备供水条件地区的工业和生活用水。
S2、根据水资源供需平衡后的河道径流量计算河流节点之间的渗透损失量；
在本实施例中，步骤S2具体为：
根据水资源供需平衡后的河道径流量，通过渗漏量与流量、月份之间的关系，计算河流节点之间的渗透损失量。
本发明中水资源系统内各类“点”、“线”、“面”的水量平衡关系为水资源供需计算的基础。“点”的水量平衡主要对象为系统图中各个节点，包括计算单元节点、水利工程节点、分水汇水节点、控制断面等，其平衡关系为计算单元的供需、水量转化关系的平衡，水利工程的水量平衡和分水汇水节点或控制断面的水量平衡等。“线”的水量平衡对象为系统图中各类输水关系，其平衡关系为供水量、损失水量和受水量间的平衡等。“面”的水量平衡对象主要为水资源流域二级区以上的完整区域，其平衡关系为流域总进入系统水量和排出系统水量的平衡。
S3、根据水库入库径流量、水库约束条件和集中生态补水方案集，采用动态规划算法对水库进行优化调节计算，得到水库出库径流量；
在本实施例中，步骤S3具体包括以下分步骤：
S31、根据河流生态需水量生成初始集中生态补水方案集；
其中河流生态需水量包括基流、敏感期需水、脉冲需水、年基本生态需水。
S32、采用遗传算法对初始集中生态补水方案集进行交叉、变异操作，得到优化后的集中生态补水方案集；
S33、根据水库入库径流量、水库约束条件、下游河流生态需水量、河道外生态需水量和集中生态补水方案集，采用动态规划算法对水库进行优化调节计算，得到水库出库径流量。
S4、根据水库出库径流量和渗透损失量演算至下一个河流节点，直至出口断面，得到各控制断面生态水量和河流渗漏量；
S5、构建包括河道外供水系统缺水率最小化目标函数、河流输水损失量最小化目标函数及河流生态效益最大化目标函数的多目标优化模型，根据各分区配置水量、各控制断面生态水量和河流渗漏量对多目标优化模型进行求解；
在本实施例中，步骤S5中多目标优化模型具体包括：
多目标函数和约束条件；其中，
多目标函数包括河道外供水系统缺水率最小化目标函数，河流输水损失量最小化目标函数，河流输水损失水量最小化目标函数和河道年生态效益最小化目标函数。
河道外供水系统缺水率最小化目标：考虑公平性原则，各地区之间要统筹，合理的分配过境水量，保证最为必要的生活用水部分，然后依次是河道内最小生态需水、工业需水、农业需水、河道外生态需水，表示为：
Figure BDA0002989286390000101
其中，minf1为河道外供水系统缺水率最小化目标函数，αjk为第j供水分区第k用水部门的权重系数，Djkt为第j个分区第k用水部门时段t的需水量，用水部门包括生活、工业、农业、河道外生态环境；Qijkt为第i供水水源给第j供水分区第k用水部门第t时段的供水量。
河流输水损失量最小化目标：考虑到地表水资源的匮乏、河道下渗较为强烈、下游生态水量亏缺严重等现状，为提高下游生态水量保障率，应尽量提高上游向下游集中输水效率，因此设定河道输水目标为最大化输水效率，即损失水量最小化，表示为：
Figure BDA0002989286390000111
其中，minf2为河流输水损失量最小化目标函数，Wq为第q水库集中补水量或外调水补水量，ηp为第p河段损失率。
河流输水损失水量最小化目标：考虑河流的生态效益，通过水资源配置及水库调度，最大发挥水流的生态效益。通过反映河流健康程度的水文指标——生态水量满足程度，间接评估河流的生态效益，即生态水量亏缺程度Il的平方和达到最小，表示为：
Figure BDA0002989286390000112
其中，minf3为河流输水损失水量最小化目标函数，L为河流生态控制断面，It,l为第l个生态控制断面时段t的生态需水满足程度。
道年生态效益最小化目标：在水资源条件紧缺的情况下，优先保障年生态需水量，适当考虑生态需水过程。因此，将各控制站的年生态需水量亏缺最小作为河道年生态效益目标，表示为：
Figure BDA0002989286390000113
其中，minf4为河道年生态效益最小化目标函数，Ql,年为第l个生态控制断面年径流量，Ql,基本为第l个生态控制断面年基本生态需水量。
约束条件包括可供水量约束，需水量约束，供水能力约束，水库库容约束，水库下游河道最小生态需水约束，河道生态需水量约束，地下水允许开采约束和变量非负约束。
可供水量约束表示为：
Figure BDA0002989286390000121
其中，Wit为第i水源第t时段的水资源量。
需水量约束表示为：
Figure BDA0002989286390000122
供水能力约束表示为：
Figure BDA0002989286390000123
其中，Qmaxij为第j个供水分区第i个供水水源最大供水能力；
水库库容约束表示为：
VDm,t≤Vm,t≤VXm,t
其中，VDm,t为第m水库第t时段的死库容，VXm,t为第m水库第t时段的最大允许蓄水库容，在非汛期对应的是兴利库容，汛期对应的防洪限制水位对应的库容，该数值等于兴利库容减去结合库容；Vm,t为第m水库第t时段的库容。
Figure BDA0002989286390000124
j＝1,2,...,Jm
其中，Vm,t-1为第m水库第t-1时段的库容，WIm,t为第m水库第t时段的来水量，Qmjt为第m水库第t时段向第j子区的供水量，VSm,t为第m水库第t时段的损失水量，q下泄m,t为第m水库第t时段的下泄水量，Jm为第m水库所供水的子区数目。
水库下游河道最小生态需水约束表示为：
q下泄m,t≥QEm,t
其中，q下泄m,t为第m水库第t时段的下泄水量，QEm,t为第m水库下游河道第t时段的最小生态需水流量。
河道生态需水量约束表示为：
Figure BDA0002989286390000131
其中，WRnt为第n支流第t时段的径流量，p为第n支流所供水的子区数目，Wnb为第n支流的最小生态需水量，WSnt为第n支流第t时段的损失水量，Qnjt为第n支流向第j子区第t时段的供水量。
地下水允许开采约束表示为：
Figure BDA0002989286390000132
l＝1,2,...,n
其中，Qu ljt为第l地下水源第t时段向第j个子区的供水量，Wu lt为第l地下水源第t时段的可开采量。
变量非负约束表示为：
Qijkt≥0
本发明根据各分区配置水量、各控制断面生态水量和河流渗漏量对多目标优化模型进行求解的过程为：
通过设定的选择概率，对初始方案进行选择、交叉、变异，重复以上计算过程，直至计算的目标函数值满足计算精度要求，满足计算精度要求的配置方案及生态补水方案就是求解的多目标函数的非劣解集。
S6、根据求解得到的各目标函数值生成不同分区水资源配置方案及水库调度方案。
此外，本发明还包括根据预设优化策略对生成的不同分区水资源配置方案及水库调度方案进行筛选，得到最优水资源配置方案及水库调度方案。具体而言，根据多目标函数求解的非劣解，结合流域实际情况及决策者需求，对配置方案进行选择。选择的原则如下：水资源较为丰沛的年份，满足河道外社会经济用水及河道内生态用水过程，同时适当考虑脉冲需水过程。水资源较为匮乏年份，通过协调目标f1与f4，平衡好河道外用水和河道内用水；然后通过协调目标f2与f3，提高输水效率，保障一定的生态效益。
以永定河2020水平年95％来水频率为例来说明：
95％来水频率条件下，永定河山区河北、山西农业用水量明显增加，社会经济用水与河道生态环境用水矛盾更为凸显。由于引黄补水成本较高，在暂不考虑利用万家寨引黄北干线富余供水规模(1#隧洞2.96亿m3)向永定河进行生态补水的前提下尽量协调社会经济用水与生态环境用水，然后生态水量亏缺部分结合引黄补水富裕水量进行补充。根据求解的不同水资源配置方案，其目标函数f4与f1、f2的关系如图3和图4所示。
目标函数f2主要是用于优化水库调度过程，提高输水效率，减少河道损失，不能反映河道内社会经济用水和河道内生态用水竞争关系。目标值f1反映的是河道外社会经济用水情况，f1越小，河道外缺水率越小；目标值f3、f4反映的是河道内生态环境用水情况，但由于水资源紧张，优先考虑年生态需水满足情况，即目标函数f4，f4越小，河道内生态环境用水缺水率越小。因此，选择水资源配置方案优先平衡f1与f4的竞争关系，然后通过目标函数f2来优化水资源配置方案。
以保证年基本生态需水量为目标，结合引黄北干线可向永定河生态补水的最大供水规模(1#隧洞2.64亿m3，对应三家店1.0亿m3)，确定f4应控制在0.8以内，同时考虑不明显破坏河道外用水需求。河道内生态过程从尽量提高输水效率的角度出发，同时过程上以基本生态需水的50％作为下限，来选择水资源配置方案和水库调度方案。
通过水资源合理配置，永定河河道外共配置水量19.31亿m3，其中，地表水供水量4.24亿m3，地下水供水量10.75亿m3，非常规水供水量1.37亿m3、跨流域调水供水量2.96亿m3。按用水类别统计，生活用水量3.81亿m3，工业用水量3.68亿m3，农业用水量10.82亿m3，河道外生态环境用水量1.00亿m3。流域总缺水量为2.71亿m3，总缺水率12％，缺水部门主要为农业。通过水库的优化调度，生态水量控制断面均能满足基本生态需水要求的同时，减少了河道补水过程中的下渗水量，同时也降低了引黄补水水量及补水成本。
本发明适用于缺水地区、非均衡、多水源的保障基本生态需水目标的流域水资源优化配置方法。为实现“流动的河”，保障河流基本生态需水要求，构建了以河道外供水系统缺水率最小化、河流输水损失量最小化、河流生态效益最大化为目标函数的多目标数学模型，通过水资源合理分配和水库优化调度，从流域层面协调社会经济用水与河流生态用水之间的矛盾、生态用水过程与输水效率之间的矛盾，生成不同情景下的水资源配置方案及水库调度方案。来水较为丰沛的年份，可以适当考虑更多的生态需求，比如敏感期需水、脉冲需水过程，产生更多的生态效益；来水较为匮乏的年份，可牺牲部分农业用水来退还河道内生态用水，同时通过水库年内优化调度，减少河流补水沿线下渗水量，保障下游断面的生态需水，减少引黄外调水水量及补水成本，产生明显的生态效益和经济效益。
以永定河2020水平年75％来水频率条件为例，挑选出比较有典型的配置方案进行对比分析，如表1所示。方案一，水库生态调度时优先满足基本生态需水过程，同时河道外社会经济用水保障程度略高，因此，为满足年基本生态需水要求，引黄生态补水水量最大，且河道内损失的水量也较大；方案二，水库生态调度时优先满足生态需水过程级脉冲洪水过程，为提高河道内生态用水保障程度，较方案一减少了社会经济用水，农业用水破坏较深，但是河道内损失的水量也是最大；方案三，为提高地表水资源利用效率，水库生态调度时过程上以基本生态需水的50％作为下限，年生态水量满足基本生态需水量的要求，在明显不减少社会经济用水的同时，通过调度减少了河道内下渗水量，引黄水量较方案一明显降低，社会经济用水保障程度较方案二明显增加，生态效益和经济效益都较为明显。因此，通过比选后选择方案三作为推荐方案。
表1配置方案比选表
Figure BDA0002989286390000161
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种面向河流生态需水的多水源优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、考虑水系特征，并结合行政分区进行区域划分，对各分区采用遗传算法进行水资源供需平衡计算，得到各分区配置水量；
S2、根据水资源供需平衡后的河道径流量计算河流节点之间的渗透损失量；
S3、根据水库入库径流量、水库约束条件和集中生态补水方案集，采用动态规划算法对水库进行优化调节计算，得到水库出库径流量；
S4、根据水库出库径流量和渗透损失量演算至下一个河流节点，直至出口断面，得到各控制断面生态水量和河流渗漏量；
S5、构建包括河道外供水系统缺水率最小化目标函数、河流输水损失量最小化目标函数及河流生态效益最大化目标函数的多目标优化模型，根据各分区配置水量、各控制断面生态水量和河流渗漏量对多目标优化模型进行求解；
所述多目标优化模型具体包括：
多目标函数和约束条件；其中，
所述多目标函数包括河道外供水系统缺水率最小化目标函数，河流输水损失量最小化目标函数，河流输水损失水量最小化目标函数和河道年生态效益最小化目标函数；
所述约束条件包括可供水量约束，需水量约束，供水能力约束，水库库容约束，水库下游河道最小生态需水约束，河道生态需水量约束，地下水允许开采约束和变量非负约束；
S6、根据求解得到的各目标函数值生成不同分区水资源配置方案及水库调度方案。
2.根据权利要求1所述的面向河流生态需水的多水源优化配置方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下分步骤：
S11、考虑水系特征，并结合行政分区进行区域划分；
S12、获取各分区供水量和需求量；
S13、采用遗传算法根据各分区供水量和需求量随机生成初始方案，对初始方案进行交叉、变异操作，得到优化后的各分区供水系数和各分区回归水系数；
S14、根据各分区供水系数和各分区回归水系数，按照水源供水次序进行水资源供需平衡计算，得到各分区配置水量。
3.根据权利要求2所述的面向河流生态需水的多水源优化配置方法，其特征在于，所述步骤S11具体包括：
考虑水系特征，按流域水资源分区与区域行政分区相结合的方法进行区域划分；
对各个分区中对当地水资源量进行调节的水库和对过境河流上的水库进行复合；
对地表水资源进行分类，将当地地表水资源分为当地水库可调节的水资源和不可调节的水资源，将客水分为过境河流上水库可调节的水资源和不可调节的水资源。
4.根据权利要求1所述的面向河流生态需水的多水源优化配置方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
根据水资源供需平衡后的河道径流量，通过渗漏量与流量、月份之间的关系，计算河流节点之间的渗透损失量。
5.根据权利要求1所述的面向河流生态需水的多水源优化配置方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下分步骤：
S31、根据河流生态需水量生成初始集中生态补水方案集；
S32、采用遗传算法对初始集中生态补水方案集进行交叉、变异操作，得到优化后的集中生态补水方案集；
S33、根据水库入库径流量、水库约束条件、下游河流生态需水量、河道外生态需水量和集中生态补水方案集，采用动态规划算法对水库进行优化调节计算，得到水库出库径流量。
6.根据权利要求1所述的面向河流生态需水的多水源优化配置方法，其特征在于，所述多目标函数表示为：
Figure FDA0003680821220000031
Figure FDA0003680821220000032
Figure FDA0003680821220000033
Figure FDA0003680821220000034
其中，minf1为河道外供水系统缺水率最小化目标函数，minf2为河流输水损失量最小化目标函数，minf3为河流输水损失水量最小化目标函数，minf4为河道年生态效益最小化目标函数，αjk为第j个供水分区第k用水部门的权重系数，Djkt为第j个供水分区第k用水部门时段t的需水量，Qijkt为第i个供水水源给第j个供水分区第k用水部门第t时段的供水量，Wq为第q水库集中补水量或外调水补水量，ηp为第p河段损失率，It,l为第l个生态控制断面时段t的生态需水满足程度，Ql,年为第l个生态控制断面年径流量，Ql,基本为第l个生态控制断面年基本生态需水量。
7.根据权利要求1所述的面向河流生态需水的多水源优化配置方法，其特征在于，所述约束条件表示为：
Figure FDA0003680821220000041
Figure FDA0003680821220000042
Figure FDA0003680821220000043
VDm,t≤Vm,t≤VXm,t
q下泄m,t≥QEm,t
Figure FDA0003680821220000044
Figure FDA0003680821220000045
Qijkt≥0
其中，Qmaxij为第j个供水分区第i个供水水源最大供水能力，Wit为第i个供水水源第t时段的水资源量，VDm,t为第m水库第t时段的死库容，VXm,t为第m水库第t时段的最大允许蓄水库容，Vm,t为第m水库第t时段的库容，q下泄m,t为第m水库第t时段的下泄水量，QEm,t为第m水库下游河道第t时段的最小生态需水流量，WRnt为第n支流第t时段的径流量，p为第n支流所供水的分区数目，Wnb为第n支流的最小生态需水量，WSnt为第n支流第t时段的损失水量，Qnjt为第n支流向第j分区第t时段的供水量，Qu ljt为第l地下水源第t时段向第j个分区的供水量，Wu lt为第l地下水源第t时段的可开采量。
8.根据权利要求1所述的面向河流生态需水的多水源优化配置方法，其特征在于，所述方法还包括根据预设优化策略对生成的不同分区水资源配置方案及水库调度方案进行筛选，得到最优水资源配置方案及水库调度方案。
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