CN116822825B - 跨省江河流域水量调度方法及系统 - Google Patents

跨省江河流域水量调度方法及系统 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种跨省江河流域水量调度方法及系统，该方法包括如下步骤：采集待研究区域的流域地理位置数据、水文数据和行政区划数据；基于所述流域地理位置数据和行政区划数据；基于所述水文数据，对地表水的净流量进行一致性分析，计算水资源总量和水资源可利用量；基于水文数据构建流域河网有向拓扑图，计算不同时间尺度的河网水通量矩阵；采集各个站点的污染物分布和生态评价参数，计算污染物入河量，通过污染物入河量和生态评价参数，构建水资源禀赋集合；基于水量平衡指标和水资源禀赋集合，构建基于神经网络模型的水量调度模块，对跨省江河流域的水资源进行分配。本发明大大提高了跨省江河流域的水量调度精度和公平度。

Description

跨省江河流域水量调度方法及系统
技术领域
本发明涉及水量调度相关技术，尤其是跨省江河流域水量调度方法。
背景技术
随着人类社会的进步和经济的发展，工业、农业、城市的日益扩展，同时人类活动失控，造成环境恶化，水资源污染及严重浪费，迫使世界水资源日趋匮缺。水资源已经成为经济社会发展的基础资源。而不少江河流域是跨省或跨区域分布，因此相关行政区域对于水资源的争夺不断升级。为此技术人员提供了一些调度原则和调度方案，已经对重要的跨省河流进行了调度处理，实现了水量调度。但是，在生态环境脆弱敏感区域、水事矛盾突出流域，以及水资源开发利用需求较大的流域，水量调度依然是重要的研究课题。
由于社会经济耗水和水利工程拦蓄、分洪、滞蓄洪等因素，许多水文站端面实测径流量，已经不能真实反应天然来水量，为了进行合理的水量调度，需要查清流域水资源状况，根据最新的数据对天然径流量（指由当地降水形成的、可以逐年更新的动态水量）进行还原计算。
总之，如何优化水量调度，解决相关区域之间的用水矛盾，需要研究和探索新的技术方案。
发明内容
发明目的：提供一种跨省江河流域水量调度方法，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：提供一种跨省江河流域水量调度方法，包括如下步骤：
S1、采集待研究区域的流域地理位置数据、水文数据和行政区划数据；基于所述流域地理位置数据和行政区划数据，判断流域是否属于不同的行政区划中，若属于不同的行政区划中，进一步计算流域位于各个行政区划中的比例；
S2、基于所述水文数据，提取待研究区域的降水量、蒸发量、地表水资源量和地下水资源量，对地表水的净流量进行一致性分析，计算水资源总量和水资源可利用量；分析地下水质量和地表水质量，并根据行政区域的用水量计算水资源消耗量，对水量平衡进行分析判断，获得水量平衡指标；
S3、基于水文数据构建流域河网有向拓扑图，计算不同时间尺度的河网水通量矩阵；采集各个站点的污染物分布和生态评价参数，计算污染物入河量，通过污染物入河量和生态评价参数，构建水资源禀赋集合；
S4、基于水量平衡指标和水资源禀赋集合，构建基于神经网络模型的水量调度模块，对跨省江河流域的水资源进行分配。
根据本申请的一个方面，步骤S1中判断流域是否属于不同的行政区划中的过程如下：
根据流域地理位置数据，绘制流域分布图，查找流域边缘，获得流域边缘曲线各点坐标，并获得流域边缘曲线的横坐标范围和纵坐标范围；
根据行政区划数据，绘制行政区划图，查找行政区划边缘，获得行政区划边缘曲线各点坐标，并获得行政区划边缘曲线的横坐标范围和纵坐标范围；
一一判断流域边缘曲线的横坐标是否位于行政区划边缘曲线的横坐标范围内，同时流域边缘曲线的纵坐标是否位于行政区划边缘曲线的纵坐标范围内，将符合该条件的点，标记为分界点；
判断分界点的数量是否大于阈值，若大于阈值，则将分界点组成的线段标记为分界线，形成分界线集合。
根据本申请的一个方面，所述步骤S1中，计算流域位于各个行政区划中的比例的过程为：
针对任一分界线，绘制由分界线以及分界线所属行政区划至少部分边缘曲线组成的封闭图形，栅格化该封闭图形，并计算图形面积，记作为重叠面积；
栅格化流域边缘曲线组成的流域分布图，并计算流域分布图面积；
一一计算重叠面积与流域分布图面积的比例，记为第一权重。
根据本申请的一个方面，所述步骤S2中，计算水资源总量和水资源可利用量的过程如下：
针对相邻行政区域的各个流域，分别做下述计算：若流域属于不同的行政区划中，将流域划分成不重叠的计算单元，每一计算单元对应一个行政区域；
针对每一计算单元，分别计算水资源总量和水资源可利用量；
计算相邻行政区域的流域水资源总量和水资源可利用量之和；
计算相邻行政区域的计算单元的水资源总量和水资源可利用量之和；
获取计算单元的水资源总量与流域水资源总量的比例，获取计算单元的水资源可利用量与流域水资源可利用量的比例。
根据本申请的一个方面，所述步骤S2中，对地表水的净流量进行一致性分析的过程如下：
读取水文数据中的河川径流量数据，分河系自上而下对河川径流量数据进行逐月还原计算，形成待研究区域全流域的还原水量，得到还原后的天然年径流量；
绘制待研究区域的平均年降水量和天然年径流量的相关图，查找明显偏离的数据分割点；基于偏离程度判断下垫面变化对河川径流数据的影响；基于数据分割点将数据分成至少两个时间段，分别绘制每个时间段内平均年降水量和天然年径流量关系曲线，两条关系曲线之间的径流坐标距离即为年径流变化值。
根据本申请的一个方面，所述步骤S2中，对地表水的净流量进行一致性分析的过程如下：
读取水文数据中的河川径流量数据，分河系自上而下对河川径流量数据进行逐月还原计算，形成待研究区域全流域的还原水量，得到还原后的天然年径流量；
绘制水文站控制范围内面平均年降水量与天然年河川径流量的双累积相关图，找出平均年降水量与天然年河川径流量关系发生变化超过阈值的拐点年份，以该年份为分割点，将平均年降水量和天然年河川径流量系列划分为前、后两个年段，并对前一年段的天然年河川径流量系列进行修正。
根据本申请的一个方面，修正天然年河川径流量的过程如下：
选定一个平均年降水量数值，分别从两条曲线上查出两个对应的年径流深值R1、R2，分别计算年径流量衰减系数γ和修正系数Ψ：
γ＝（R1－R2）/R1；Ψ＝R2/R1
式中：
R1为前一年段平均年降水量与天然年径流量关系曲线上的天然年径流深；
R2为后一年段平均年降水量与天然年径流量关系曲线上的天然年径流深。
查算不同量级平均年降水量的Ψ值，绘制河川的天然年径流量P与修正系数Ψ的关系曲线，作为河川的天然年径流量修正的依据；根据需要修正年份的平均年降水量，从关系曲线上查得修正系数，再乘以该年天然年河川径流量，即可求得修正后的天然年河川径流量。
根据本申请的一个方面，所述读取水文数据中的河川径流量数据的过程包括：
收集各历史年段的水文数据，筛选出手写记录数据集；
随机读取手写记录数据集中的部分数据，查找易错数据组，并构建易错数据组集合；
将手写记录数据集拆分为训练集和测试集，并构建整体数据训练集；
针对每一易错数据组，依序从整体数据中剔除一个易错数据，构建易错数据训练集；
采用整体数据训练集和易错数据训练集，分别训练神经网络；并通过测试集进行验证，直至达到预定的准确度；
在使用时，分别给出整体数据训练集和易错数据训练集的识别结果，对结果进行排序，然后推荐给用户。
根据本申请的一个方面，所述步骤S3中，构建水资源禀赋集合的过程还包括：
针对每一计算单元，统计污染物分布的情况，构建污染分布热力图和生态评价热力图；各计算单元的污染分布热力图组成流域总污染分布热力图，各计算单元的生态评价热力图组成流域总生态评价热力图；
将各计算单元的污染分布热力图、生态评价热力图，以及流域总污染分布热力图和流域总生态评价热力图灰度化，并计算各自的数值总和；
统计各计算单元的污染分布热力图的数值总和占流域总污染热力图数值总和的比例，作为第二权重；
统计各计算单元的生态评价热力图的数值总和流域总生态评价热力图数值总和的比例，作为第三权重；
基于第一权重、第二权重和第三权重构建流域分水系数权重矩阵。
还提供一种系统，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述任一实施例所述的跨省江河流域水量调度方法。
有益效果：本发明大大提高了跨省江河流域的水量调度精度和公平度，缓解了区域之间的用水矛盾，具有重大的经济社会效益。
附图说明
图1是本申请的流程图。
图2是判断流域是否属于不同的行政区划中的流程图。
图3是计算流域位于各个行政区划中的比例的流程图。
图4是计算水资源总量和水资源可利用量的流程图。
图5是对地表水的净流量进行一致性分析的流程图。
图6是修正天然年河川径流量的流程图。
图7是读取水文数据中的河川径流量数据的流程图。
实施方式
由于近年来水量调度的问题越来越重要，因此相关部门对水资源进行了一些前期探索。主要针对大江大河的干流，进行水量调度和生态环境管控，例如针对某江流域或某河流域，在相邻的省级行政区域之间，通过河流上的大坝、水库等水利设施对水量进行调控、调度和分配，同时对河道断面的污染物情况进行监控。但是这种调度分配是相对粗略的，也存在一些不公平现象。例如某个流域横跨A、B两个行政区域，但是在两个行政区域之间的面积分布不相同，雨量、污染物、生态等参数均存在差异。甚至在行政区域A的部分，会汇流至行政区域B部分，然后通过主河道重新回流到行政区域A。在这种情况下，水资源的调度很难做到相对公平。同时，不同的行政区域，对于用水量的需求也是不同的，因此如何根据实际需求、水资源时空分布的情况、污染和生态情况，进行合理调度与分配，是一个具有挑战性的课题。
如图1所示，提供一种跨省江河流域水量调度方法，主要包括如下步骤：
S1、采集待研究区域的流域地理位置数据、水文数据和行政区划数据；基于所述流域地理位置数据和行政区划数据，判断流域是否属于不同的行政区划中，若属于不同的行政区划中，进一步计算流域位于各个行政区划中的比例；
S2、基于所述水文数据，提取待研究区域的降水量、蒸发量、地表水资源量和地下水资源量，对地表水的净流量进行一致性分析，计算水资源总量和水资源可利用量；分析地下水质量和地表水质量，并根据行政区域的用水量计算水资源消耗量，对水量平衡进行分析判断，获得水量平衡指标；
S3、基于水文数据构建流域河网有向拓扑图，计算不同时间尺度的河网水通量矩阵；采集各个站点的污染物分布和生态评价参数，计算污染物入河量，通过污染物入河量和生态评价参数，构建水资源禀赋集合；
S4、基于水量平衡指标和水资源禀赋集合，构建基于神经网络模型的水量调度模块，对跨省江河流域的水资源进行分配。
在本实施例中，首先采集典型待研究区域的相关数据，例如某个流域横跨2个省级行政单位，在这种情况下，首先要计算该流域位于不同省级行政单位的面积，求解出在各个行政单位内的面积占流域总面积的比例。除了面积因素之外，降雨分布在时空上是非常不均匀的，同时，不同地区对环境保护的工作力度不同，水量可利用率也是不同的。如果不考虑上述因此，显然是存在部分问题的。
因此，通过综合考虑上述指标，可以构建更为全面的水资源评价体系，实现更为公平、智能和快速的水量调度。
为了实现计算机处理，快速判断流域是否横跨两个行政区域，提供了一种计算机快速实现的方法。具体实现过程如下：
在进一步的实施例中，步骤S1中判断流域是否属于不同的行政区划中的过程如下：
根据流域地理位置数据，绘制流域分布图，查找流域边缘，获得流域边缘曲线各点坐标，并获得流域边缘曲线的横坐标范围和纵坐标范围；
根据行政区划数据，绘制行政区划图，查找行政区划边缘，获得行政区划边缘曲线各点坐标，并获得行政区划边缘曲线的横坐标范围和纵坐标范围；
一一判断流域边缘曲线的横坐标是否位于行政区划边缘曲线的横坐标范围内，同时流域边缘曲线的纵坐标是否位于行政区划边缘曲线的纵坐标范围内，将符合该条件的点，标记为分界点；
判断分界点的数量是否大于阈值，若大于阈值，则将分界点组成的线段标记为分界线，形成分界线集合。
首先根据基础地理信息数据和行政区划数据，绘制成流域分布图和行政区划图，比如某河流域分布图、某A省分布图和某B省分布图。然后获取各个图的边缘曲线，通过流域边缘曲线上的点是否处于行政区域内部，判断流域是否有一部分覆盖了该行政区域。在其他实施例中，还可以通过计算查找边缘曲线交点的方式，获得分界线，从而构建分界线集合。通过一些数学方法，甚至可以获得曲线的拟合公式，从而可以非常快速地计算边缘曲线各点的坐标。
在进一步的实施例中，所述步骤S1中，计算流域位于各个行政区划中的比例的过程为：
针对任一分界线，绘制由分界线以及分界线所属行政区划至少部分边缘曲线组成的封闭图形，栅格化该封闭图形，并计算图形面积，记作为重叠面积；
栅格化流域边缘曲线组成的流域分布图，并计算流域分布图面积；
一一计算重叠面积与流域分布图面积的比例，记为第一权重。
在这一实施例中，通过已经获取的分界线，查找重叠面积，并计算重叠面积与流域总面积的比例，形成分配权重之一。比如在实际场景中，省级行政区域A占了某个流域总面积的40%，行政区域B占了30%，行政区域C占了30%。那么区域面积应该作为水量调度的参考值之一。
对于面积计算，通过栅格化后，进行近似计算，从而快速获得各个流域与其所在行政区域的重叠面积。
在上文已经描述了，水资源在时空分布是不均匀的。可能存在某个行政区域占有的面积比较大，但是其在某个时间段内的水资源并不多，尤其是可利用的水资源并不多。因此，除了占有多大的流域面积之外，还应该考虑一段时间内，该区域的水资源比例，基于这些比例进行水量调度。
在进一步的实施例中，所述步骤S2中，计算水资源总量和水资源可利用量的过程如下：
针对相邻行政区域的各个流域，分别做下述计算：若流域属于不同的行政区划中，将流域划分成不重叠的计算单元，每一计算单元对应一个行政区域；
针对每一计算单元，分别计算水资源总量和水资源可利用量；
计算相邻行政区域的流域水资源总量和水资源可利用量之和；
计算相邻行政区域的计算单元的水资源总量和水资源可利用量之和；
获取计算单元的水资源总量与流域水资源总量的比例，获取计算单元的水资源可利用量与流域水资源可利用量的比例。
分别统计各个计算单元的水量，然后进行归一化计算。比如流域横跨A、B、C三个行政区域，在A区域30%的面积上的水量为300，在B区域30%的面积上水量为300，在C区域40%的面积上为400，因此流域上总水量为1000，占比为30:30:40 。在这个实施例中，水资源分布是均匀的。但是在实际情况中，这样的流域较为少见，水量调度不合理是普遍状况。又比如，行政区域A的降水比较多，其40%的面积具有55%的水资源。而行政区域B30%的面积占有30%的水资源，行政区域C30%的面积，占有15%的水资源。显然，水资源在时空上分布是不均匀的，如果单纯按照占有的面积来调度和分配，也是不公平的。根据分割线将流域分成计算单元，每一计算单元位于一个行政区域中，不同的计算单元位于不同的行政区域中。根据水量进行综合考量是必要且迫切的。
由于人类活动改变了流域下垫面条件，导致入渗、径流、蒸发等水平衡要素发生一定的变化，从而造成径流的减少（或增加）。下垫面变化对产流的影响非常复杂，而在半干旱半湿润地区，许多流域的径流因下垫面变化而衰减的现象已经非常明显，必须予以考虑，以保证系列成果的一致性。比如原来某个区域是农田，后来退耕还林，变成了林地，则土地相关参数会发生较大变化，又如某地原来是郊区，后来变成城区，也会发生较大变化。随时近年来社会的快速发展，相关区域变化已经到了不得不考虑的地步，导致实际情况与预测情况发生较大变化。因此提供如下的解决方案。
在进一步的实施例中，所述步骤S2中，对地表水的净流量进行一致性分析的过程如下：
读取水文数据中的河川径流量数据，分河系自上而下对河川径流量数据进行逐月还原计算，形成待研究区域全流域的还原水量，得到还原后的天然年径流量；
绘制待研究区域的平均年降水量和天然年径流量的相关图，查找明显偏离的数据分割点；基于偏离程度判断下垫面变化对河川径流数据的影响；基于数据分割点将数据分成至少两个时间段，分别绘制每个时间段内平均年降水量和天然年径流量关系曲线，两条关系曲线之间的径流坐标距离即为年径流变化值。
在进一步的实施例中，所述步骤S2中，对地表水的净流量进行一致性分析的过程如下：
读取水文数据中的河川径流量数据，分河系自上而下对河川径流量数据进行逐月还原计算，形成待研究区域全流域的还原水量，得到还原后的天然年径流量；
绘制水文站控制范围内面平均年降水量与天然年河川径流量的双累积相关图，找出平均年降水量与天然年河川径流量关系发生变化超过阈值的拐点年份，以该年份为分割点，将平均年降水量和天然年河川径流量系列划分为前、后两个年段，并对前一年段的天然年河川径流量系列进行修正。
在某个实施例中，单站天然河川径流量统计与分析过程如下：
统计全部选用水文站1956～2016年、1980～2016年多年平均及不同频率（20%、50%、75%和95%）天然年河川径流量，分析最大和最小天然年河川径流量及其发生的年份。
选取水文代表站（水资源三级区套地级行政区及中等河流代表站）和主要河川径流控制水文站（包括大江大河及其主要支流的控制站、水利工程节点站），统计1956～2016年逐月、逐年天然河川径流量。分析天然河川径流量的时空分布特征和年际变化规律。
选用观测资料系列尽可能长的水文站逐年河川径流量统计资料，统计1956～2016年实测及天然河川径流量，以及长系列水文站各统计年限年河川径流量特征值。分析各大江大河及其主要支流天然河川径流量的时空分布特征和年际变化规律。
在进一步的实施例中，还包括对水量调度系统概化过程，具体如下：
按照分区将小型水库或塘坝概化成一个或几个虚拟水库，将各小型需水工程的有效性库容相加作为虚拟水库的有效库容。按照虚拟水库控制面积占分区面积比来分割区间入库径流。
Q i,t =Q it * （F i /F）；
Q i,t 指第i区域概化中小型蓄水工程第t时段入流；Q it * 指第i区域第t时段总来水；
F i 指第i区域概化虚拟水库控制面积；F指第i区域的控制总面积。
公共河道作为输水通道，汇集和传输各计算单元退入河道的水量，沿程各单元可以从公共河道内取水，通过对节点下泄水量最小值的设置，可以强制上游向下游传送水量。
当河流为两个区域的结合时，河道虚拟引提水工程需要分左右岸分别概化，与区域内的概化引提水工程不同，公共河道的引提水工程的水量来自上游各区域的弃水与回归水，在调节计算中必须考虑河道内生态用水和下游用水的限制，满足分水方案的断面下泄量或最小下泄量的要求。
外调水水量采用不同跨流域引水工程的协议调水量进行计算。
非常规水源包括雨水、污水处理回用、微咸水利用、海水利用等，具体如下：
W 雨 （t）=β·P（t）；
W 雨 （t）指t时段雨水利用量，β指雨水利用系数；P（t）指t时段雨水量。
W 污 （t）=γ·M（i，t）；
W 污 （t）指第i水平年时段污水利用量；γ指第i水平年污水利用系数；M（i，t）指第i水平年第t时段污水量。
在进一步的实施例中，对行政区域的用水量进行的过程包括：W净=W毛（1-a）；
W净指居民生活毛用水量；W毛指居民生活净用水量；a为供水综合损耗系数。
W毛=nm。n为用水人数，m为人均生活用水定额。
火电厂等用水按照W=A·E；其中W为为电力工业用水量；A为电力工业用水定额；E为发电量。
城镇生产用水过程计算如下：Wt=W·c；
Wt指为第 t 时段的需水量；W 为某水平年的年需水总量；c为为某水平年第t时段的需水分配系数。
农业灌溉需水量计算为：W灌=ΩM综；
W灌指灌溉需水量，M综指综合毛灌溉定额，Ω指灌溉面积。
农村牲畜用水量计算如下：W牧=∑nimi；
W牧指整个牧业用水量；ni指第i种牲畜或家禽头数或只数，mi指第i种牲畜或家禽用水定额。
生态环境需水计算如下：Wr=W总·d；
Wr指河道外生态需水量，W总指总需水量，d指河道外生态需水量与总需水量的比例系数。
根据上述需水量构建水量分配原则和水量调度计算次序。
优先满足生活用水，其次满足最小生态用水，剩余水量G在工业与工业之间按需水量的比例分配，在分配过程中，以工农业需水的允许缩减系数P为权重。
G农=min（X农，G-G工）；
G工=min（X工，P1X工+ [P1·X工·（G- P1X工- P2X工）]/( P1X工＋P2X工)）；
X工、X农为总需水扣除其他水源已供给部分。
对于跨区域多用户水源分配，采用如下计算方法：
βk=Dmax/Dk；；
Dk指第k用户的综合用水定额；β为修正系数。
在进一步的实施例中，构建水量联合优化调度模型，进行水量计算和分析。
其中，水量平衡约束为：S j t+1 =S j t +I j t +P j 入，t －O j t －P j 出，t －E j t ；
S j t+1 、S j t 为第j水源第t时段初、末的蓄水量；E j t 为第j水源第t时段蒸发、渗漏损失总量；I j t 为第j水源第t时段的上游来水径流量；P j 入，t 、P j 出，t 为第j水源第t时段的其他其余水量源汇项；O j t 为第j水源第t时段自流泄水量。
节点水量平衡方程：q j 入，t =q j 出，t ＋q j 供，t ；q j 入，t 为i供水节点第t时段入流量；q j 供，t 为第i供水节点第t时段出流量；q j 供，t 为第i供水节点第t时段供水量。
节点断面的分水流量约束：Q s ≥Q req s ；
Q s 为第s个水利工程节点或断面的出流量；Q req s 为第s个水利工程节点或断面的分水方案流量。
水位上下限约束：Z j min，t ≤ Z j t ≤Z j max，t ；
Z j t 为第j水源第t时刻的水位；Z j max，t 和Z j min，t 为第j水源第t时刻运行水位允许的上限值和下限值，不同调度时段研究区各水源的上下限水位要求不同。
调度期期初、末水位约束：Z j 0 =Z j start ；Z j T =Z j end ；
Z j start 为第j水源调度期初水位，Z j end 为第j水源调度期末水位约束。调度期初末水位可人工设置。
受水区供水量约束：q j min，t ≤ q j 供，t ≤q j max，t ：
q j min，t 为第i受水片区第t时段的最小供水量，满足生活和重点工业等需水要求。q j max，t 为第i个受水子片区对应第i供水节点过水能力与需水量二者之间的较小值。
泄水能力约束O j t ≤TO j t 。
TO j t 为第j水源第t时段的允许自流泄放水量（为相应控制闸门或渠道的泄水能力）。
在进一步的实施例中，所述步骤S1中还包括对天然径流量进行还原。
基于水量平衡原理对控制断面的天然径流量进行计算：
W天然=W实测＋W农耗＋W工业＋W生活＋W库蒸发＋W库渗＋W蓄变±W引水±W分洪；
W天然指控制站天然径流量；W实测指控制站实测径流量；W农耗指地表水农业灌溉耗损量；W工业指地表水工业耗损量；W生活指地表水城镇生活耗损量；W库蒸发指水库、闸坝库区水面蒸发与陆面蒸发差值；W库渗指水库、闸坝渗漏量，对水库本省而言，如渗漏已被断面实测则不计；W蓄变指计算时段始末的水库、闸坝蓄变量，增加为正，减少为负；W引水指跨流域引水，引入为负，引出为引水正；W分洪指河道分洪决口水量，分出为正，分洪分入为负。农业灌溉损耗量=W灌溉引水*K利用；W工业=W工业取水量-W工业退水量。W库蒸发=Kα*（E水面-E陆面）*A水面面积。
在模型求解过程中，可以采用诸如改进的粒子群算法等现有方法。
假设一个有M个粒子组成的群体在D维搜索空间中自由移动，则定义第i粒子在t时刻的位置为x i t ={x i1 t ,x i2 t ,……,x id t }，速度为V i t ={V i1 t ，V i2 t ，……，V id t }，个体最优位置为P i t ={P i1 t ,P i2 t ,……,P iD t }。全局最优位置为P g t ={P g1 t ,P g2 t ,……,P gD t }。l≤d≤D，l≤i≤M。
粒子在t+1时刻的位置更新公式如下：
v ij t+1 =ωv ij t +c1r1（P ij t －x ij t ）+ c2r2（P gj t －x ij t ）；
x ij t =x ij t ＋v ij t+1 。
ω为惯性权重，r1和r2为均匀分布在（0,1）之间的随机数，c1和c2为学习因子或加速常数。l≤j≤d 。
在模型求解时，首先进行粒子群初始化，假定每个粒子的初始速度为 0，位置信息则由各决策变量在其取值范围内生成随机数构成。
接着评价每一个粒子，计算粒子的适应度值，若好于该粒子当前的个体极值则P j t =P j t+1 ，若所有粒子的个体极值的最优值好于当前全局最优值，则P g 1 ＝P g t+1 。
然后更新粒子位置和速度。利用粒子更新公式对每一个粒子的位置和速度进行更新。
最后检验是否符合结束条件，若当前迭代次数达到最大迭代次数或最终结果小于预定收敛精度，则结束算法。
在进一步的其他实施例中，修正天然年河川径流量的过程如下：
选定一个平均年降水量数值，分别从两条曲线上查出两个对应的年径流深值R1、R2，分别计算年径流量衰减系数γ和修正系数Ψ：
γ＝（R1－R2）/R1；Ψ＝R2/R1；
式中：
R1为前一年段平均年降水量与天然年径流量关系曲线上的天然年径流深；
R2为后一年段平均年降水量与天然年径流量关系曲线上的天然年径流深。
查算不同量级平均年降水量的Ψ值，绘制河川的天然年径流量P与修正系数Ψ的关系曲线，作为河川的天然年径流量修正的依据；根据需要修正年份的平均年降水量，从关系曲线上查得修正系数，再乘以该年天然年河川径流量，即可求得修正后的天然年河川径流量。
在一些较为久远的水文资料中，采用的都是人工记录，因此很多需要进行文本识别，为了提高处理速度，提供一种智能识别方法。
在进一步的实施例中，所述读取水文数据中的河川径流量数据的过程包括：
收集各历史年段的水文数据，筛选出手写记录数据集；
随机读取手写记录数据集中的部分数据，查找易错数据组，并构建易错数据组集合；
将手写记录数据集拆分为训练集和测试集，并构建整体数据训练集；
针对每一易错数据组，依序从整体数据中剔除一个易错数据，构建易错数据训练集；
采用整体数据训练集和易错数据训练集，分别训练神经网络；并通过测试集进行验证，直至达到预定的准确度；
在使用时，分别给出整体数据训练集和易错数据训练集的识别结果，对结果进行排序，然后推荐给用户。
在实际使用过程中，经常出现0和句号，4和9等识别错误，影响实际的准确率。因此，通过训练集的拆分，形成至少三个训练集，比如一个有4，没有9，一个有9，没有4，另外一个具有4和9，当出现疑似情况时，三个识别预测模块分别给出预测结果。假如一个数字，实际为4，但是写的比较像9，那么整体的预测模块，包含4和9的识别模块会给出9的识别结果，而不会给出为4的结果，因此是错误的。但是，只有4而没有9的模块，会给出识别为4的概率，而只有9没有4的模块，会给出识别出9的概率。如果在只有4而没有9的模块中，给出4的概率超过80%，那么其可能实际为4，因此会给出识别结果为4的概率，然后推荐给用户。由用户判断实际是否为4。因此，
除了面积和水量，还应该考虑污染和生态，例如优质的水源，与具有一定污染程度的水源，其价值是不同的，污染和生态等指标是水资源长期发展的重要考核，因此，需要对相关区域的污染和生态的相关参数。
在进一步的实施例中，所述步骤S3中，构建水资源禀赋集合的过程还包括：
针对每一计算单元，统计污染物分布的情况，构建污染分布热力图和生态评价热力图；各计算单元的污染分布热力图组成流域总污染分布热力图，各计算单元的生态评价热力图组成流域总生态评价热力图；
将各计算单元的污染分布热力图、生态评价热力图，以及流域总污染分布热力图和流域总生态评价热力图灰度化，并计算各自的数值总和；
统计各计算单元的污染分布热力图的数值总和占流域总污染热力图数值总和的比例，作为第二权重；
统计各计算单元的生态评价热力图的数值总和流域总生态评价热力图数值总和的比例，作为第三权重；
基于第一权重、第二权重和第三权重构建流域分水系数权重矩阵。
在某个实施例中，还包括多年平均天然年径流深等值线的绘制，具体过程如下。
a. 在单站同步期系列期间平均天然年河川径流量计算的基础上，选取集水面积为300～5000平方公里的水文站的年径流深均值作为主要点据，在大江大河的下游还可计算一些区间径流深均值作为补充点据，以便绘制多年平均年径流深等值线图。
b. 年径流深均值点据一般应点绘在相应集水面积内径流分布的重心处。当集水面积内自然地理条件基本一致、高程变化不大时，点绘在集水面积的形心处；当集水面积内高程变化较大、径流深分布不均匀时，则应参考年降水量等值线图选定点据位置。各选用水文站的集水面积不应重叠，若有重叠时，下游站应计算扣除上游站集水面积后的区间面积的径流深，点绘在区间面积的重心处。
c. 以年径流深均值点据作为基本依据，结合自然地理情况勾绘等值线。在勾绘等值线时，首先应确定几条主线的分布和走向，然后再勾绘其他线条。当等值线跨越较大山脉时，等值线应有适当的迂回，避免横穿主山体；当等值线跨越较大河流时，应避免斜交。
d. 年径流深等值线图的线距可采用：径流深>2000mm者，线距1000mm；径流深800～2000mm者，线距200mm；径流深200～800mm者，线距100mm；径流深50～200mm者，线距50mm；径流深<50mm者，线值分别为5mm、10mm、25mm。可根据需要适当加密。
e. 对年径流深等值线图进行合理性检查，主要技术要求如下：
①、选择若干个较大支流和独立水系的控制水文站，将从等值线图上量算的天然年河川径流量与单站计算值进行比较，要求相对误差不超过±5%。如相对误差超过±5%时，应调整等值线的位置，直至合格为止。
②、对于同一幅等值线图而言，各控制水文站由等值线图量算的天然年河川径流量与相应单站的计算值相比，不应出现相对误差系统偏大或偏小的情况。
③、将同期的平均年降水量等值线图与平均年径流深等值线图进行比较，两张图的主线走向应大体一致，高值区和低值区的位置应基本对应，不应出现一条径流深等值线横穿两条或两条以上降水量等值线的情况。
④、与以往绘制的平均年径流深等值线图进行对照分析，对有明显差异的地区进行分析论证或作必要的修改。
还提供一种系统，主要包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述任一项实施例所述的跨省江河流域水量调度方法。
对于一些技术知识，例如将上述方法做成软件，然后安装在计算机上，因此在此略写。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.跨省江河流域水量调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、采集待研究区域的流域地理位置数据、水文数据和行政区划数据；基于所述流域地理位置数据和行政区划数据，判断流域是否属于不同的行政区划中，若属于不同的行政区划中，进一步计算流域位于各个行政区划中的比例；
S2、基于所述水文数据，提取待研究区域的降水量、蒸发量、地表水资源量和地下水资源量，对地表水的净流量进行一致性分析，计算水资源总量和水资源可利用量；分析地下水质量和地表水质量，并根据行政区域的用水量计算水资源消耗量，对水量平衡进行分析判断，获得水量平衡指标；
S3、基于水文数据构建流域河网有向拓扑图，计算不同时间尺度的河网水通量矩阵；采集各个站点的污染物分布和生态评价参数，计算污染物入河量，通过污染物入河量和生态评价参数，构建水资源禀赋集合；
S4、基于水量平衡指标和水资源禀赋集合，构建基于神经网络模型的水量调度模块，对跨省江河流域的水资源进行调度；
步骤S1中判断流域是否属于不同的行政区划中的过程如下：
根据流域地理位置数据，绘制流域分布图，查找流域边缘，获得流域边缘曲线各点坐标，并获得流域边缘曲线的横坐标范围和纵坐标范围；
根据行政区划数据，绘制行政区划图，查找行政区划边缘，获得行政区划边缘曲线各点坐标，并获得行政区划边缘曲线的横坐标范围和纵坐标范围；
一一判断流域边缘曲线的横坐标是否位于行政区划边缘曲线的横坐标范围内，同时流域边缘曲线的纵坐标是否位于行政区划边缘曲线的纵坐标范围内，将符合该条件的点，标记为分界点；
判断分界点的数量是否大于阈值，若大于阈值，则将分界点组成的线段标记为分界线，形成分界线集合；
所述步骤S1中，计算流域位于各个行政区划中的比例的过程为：
针对任一分界线，绘制由分界线以及分界线所属行政区划至少部分边缘曲线组成的封闭图形，栅格化该封闭图形，并计算图形面积，记作为重叠面积；
栅格化流域边缘曲线组成的流域分布图，并计算流域分布图面积；
一一计算重叠面积与流域分布图面积的比例，记为第一权重；
所述步骤S2中，计算水资源总量和水资源可利用量的过程如下：
针对相邻行政区域的各个流域，分别做下述计算：若流域属于不同的行政区划中，将流域划分成不重叠的计算单元，每一计算单元对应一个行政区域；
针对每一计算单元，分别计算水资源总量和水资源可利用量；
计算相邻行政区域的流域水资源总量和水资源可利用量之和；
计算相邻行政区域的计算单元的水资源总量和水资源可利用量之和；
获取计算单元的水资源总量与流域水资源总量的比例，获取计算单元的水资源可利用量与流域水资源可利用量的比例；
所述步骤S3中，构建水资源禀赋集合的过程还包括：
针对每一计算单元，统计污染物分布的情况，构建污染分布热力图和生态评价热力图；各计算单元的污染分布热力图组成流域总污染分布热力图，各计算单元的生态评价热力图组成流域总生态评价热力图；
将各计算单元的污染分布热力图、生态评价热力图，以及流域总污染分布热力图和流域总生态评价热力图灰度化，并计算各自的数值总和；
统计各计算单元的污染分布热力图的数值总和占流域总污染热力图数值总和的比例，作为第二权重；
统计各计算单元的生态评价热力图的数值总和流域总生态评价热力图数值总和的比例，作为第三权重；
基于第一权重、第二权重和第三权重构建流域分水系数权重矩阵。
2.如权利要求1所述的跨省江河流域水量调度方法，其特征在于，所述步骤S2中，对地表水的净流量进行一致性分析的过程如下：
读取水文数据中的河川径流量数据，分河系自上而下对河川径流量数据进行逐月还原计算，形成待研究区域全流域的还原水量，得到还原后的天然年径流量；
绘制待研究区域的平均年降水量和天然年径流量的相关图，查找明显偏离的数据分割点；基于偏离程度判断下垫面变化对河川径流数据的影响；
基于数据分割点将数据分成至少两个时间段，分别绘制每个时间段内平均年降水量和天然年径流量关系曲线，两条关系曲线之间的径流坐标距离即为年径流变化值。
3.如权利要求2所述的跨省江河流域水量调度方法，其特征在于，所述步骤S2中，对地表水的净流量进行一致性分析的过程如下：
读取水文数据中的河川径流量数据，分河系自上而下对河川径流量数据进行逐月还原计算，形成待研究区域全流域的还原水量，得到还原后的天然年径流量；
绘制水文站控制范围内面平均年降水量与天然年河川径流量的双累积相关图，找出平均年降水量与天然年河川径流量关系发生变化超过阈值的拐点年份，以该年份为分割点，将平均年降水量和天然年河川径流量系列划分为前、后两个年段，并对前一年段的天然年河川径流量系列进行修正。
4.如权利要求3所述的跨省江河流域水量调度方法，其特征在于，修正天然年河川径流量的过程如下：
选定一个平均年降水量数值，分别从两条曲线上查出两个对应的年径流深值R1、R2，分别计算年径流量衰减系数γ和修正系数Ψ：
γ＝（R1－R2）/R1；Ψ＝R2/R1；
式中：
R1为前一年段平均年降水量与天然年径流量关系曲线上的天然年径流深；
R2为后一年段平均年降水量与天然年径流量关系曲线上的天然年径流深；
查算不同量级平均年降水量的Ψ值，绘制河川的天然年径流量P与修正系数Ψ的关系曲线，作为河川的天然年径流量修正的依据；根据需要修正年份的平均年降水量，从关系曲线上查得修正系数，再乘以该年天然年河川径流量，即可求得修正后的天然年河川径流量。
5.如权利要求4所述的跨省江河流域水量调度方法，其特征在于，所述读取水文数据中的河川径流量数据的过程包括：
收集各历史年段的水文数据，筛选出手写记录数据集；
随机读取手写记录数据集中的部分数据，查找易错数据组，并构建易错数据组集合；
将手写记录数据集拆分为训练集和测试集，并构建整体数据训练集；
针对每一易错数据组，依序从整体数据中剔除一个易错数据，构建易错数据训练集；
采用整体数据训练集和易错数据训练集，分别训练神经网络；并通过测试集进行验证，直至达到预定的准确度；
在使用时，分别给出整体数据训练集和易错数据训练集的识别结果，对结果进行排序，然后推荐给用户。
6.一种系统，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
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所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现权利要求1至5任一项所述的跨省江河流域水量调度方法。
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