一種調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)，其中：系統(tǒng)概化模塊可以對實際問題進行抽象和概化形成數據文件，該數據文件將在河道徑流量計算模塊和用水戶需水量統(tǒng)計模塊中被調用；河道徑流獲取模塊獲得河道徑流數據文件；用水戶需水量統(tǒng)計模塊統(tǒng)計用水戶需水量；模型構建模塊利用優(yōu)化理論，確定模型的目標函數和各項約束條件，建立數學模型，數學模型確認后，編寫模型文件；模型運算模塊生成模型結果文件；模型結果處理模塊對模型結果進行綜合展示和處理。本發(fā)明能夠生成動態(tài)模型，根據實際降雨量情況對優(yōu)化模型進行實時修正，從而提高了模型預測的精度。
【專利說明】一種調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水利工程【技術領域】的系統(tǒng)，具體地說，涉及的是一種調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]現有技術中，水資源優(yōu)化配置通常采用經驗模型，這種方案具有以下問題:經驗模型為靜態(tài)模型，不能根據實際情況對模型進行修正；經驗模型需要足夠多的歷史記錄，不適應歷史記錄不足的情況。
[0003]經檢索，陳春林等在《水利經濟》2010年3月(第28卷第2期)上發(fā)表的“ANP方法在南水北調工程水資源優(yōu)化配置中的應用”一文，該文中采用ANP方法實現南水北調工程受水區(qū)水資源優(yōu)化配置。ANP方法即網絡分析法，其在層次分析法的基礎上，考慮各因素或相鄰層次之間的相互影響，利用超矩陣對相互租用影響的因素進行綜合分析得出其混合權重。但一般調水工程巨大，涉及的因素錯綜復雜，它們之間的影響并非單向的，而是相互作用、相互影響的，形成一種網絡關系，因此在確定混合權重過程中存在很多不確定性，對模型的精度造成影響。本發(fā)明利用優(yōu)化理論，可以有效避免ANP方法的問題，通過約束變量的引入，使得模型對實際問題的刻畫更加精準。
[0004]中國實用新型專利202177926U，該實用新型公開了一種水資源綜合調度管理系統(tǒng)，其中:“包括中央數據服務器，水閘數據采集傳輸系統(tǒng)，GIS地理信息系統(tǒng)以及水資源調度模擬系統(tǒng)，所述的中央數據庫分別與所述水閘數據采集傳輸系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)以及水資源調度模擬系統(tǒng)連接。本實用新型的一種水資源綜合調度管理系統(tǒng)，實現實時監(jiān)測數據與水資源調度模型數值模擬的無縫鏈接；實現了水資源調度信息的綜合調度管理，并將結果以統(tǒng)計圖表、電子地圖等方式生動直觀地顯示，為水資源調度管理決策提供依據；建成了方便實用的水資源調度模擬模式，在人機交互界面定義調水方案，完成相應的模型輸入設置，并驅動模型計算，避免直接操作模型程序，使系統(tǒng)具有較強的可操作性和實用性。”該專利解決了水資源如何調配的問題，但不能解決什么時間往哪里調多少水的問題，本發(fā)明作為上述專利的前端應用，能夠為水資源綜合調度管理提供輔助決策支持，提高調度管理的可靠性。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述現有技術中的缺陷，本發(fā)明要解決的技術問題提供一種調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)，通過構建動態(tài)優(yōu)化配置模型來實現水資源優(yōu)化配置。
[0006]為實現上述的目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0007]本發(fā)明所述的一種調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)，包括以下模塊:系統(tǒng)概化模塊、河道徑流獲取模塊、用水戶需水量統(tǒng)計模塊、模型構建模塊、模型運算模塊和模型結果處理模塊，其中:
[0008]系統(tǒng)概化模塊完成受水區(qū)劃分、河道概化、邊界節(jié)點概化、湖泊概化、閘站樞紐概化、用水戶概化、取水口門概化；系統(tǒng)概化模塊可以對實際問題進行抽象和概化形成數據文件，該數據文件將在河道徑流量計算模塊和用水戶需水量統(tǒng)計模塊中被調用；
[0009]河道徑流獲取模塊利用水文處理方法，調用系統(tǒng)概化模塊的數據文件對概化河道各斷面上一年內各時間段的徑流量進行處理，獲得河道徑流數據文件，該數據文件是模型的輸入，供模型運算模塊調用；
[0010]用水戶需水量統(tǒng)計模塊根據各區(qū)域內工業(yè)、農業(yè)、生活、生態(tài)環(huán)境、河道通航的實際情況，調用系統(tǒng)概化模塊的數據文件對需水量進行統(tǒng)計，用水戶需水量統(tǒng)計模塊的結果作為模型的輸入，供模型運算模塊調用；
[0011]模型構建模塊利用優(yōu)化理論，確定模型的目標函數和各項約束條件，建立數學模型，數學模型確認后，編寫模型文件，該模型文件將在模型運算模塊中調用；
[0012]模型運算模塊調用河道徑流量計算模塊、用水戶需水量統(tǒng)計模塊的數據文件，對模型構建模塊確定的模型進行優(yōu)化，生成模型結果文件，該文件將在模型結果處理模塊中調用；
[0013]模型結果處理模塊通過報表、圖表等形式對模型結果進行綜合展示和處理，用戶可以通過分析模型結果對模型相關輸入進行調整，重新運算模型后即可生成新的模型結果，直到模型結果達到預期的效果，這體現了該模型“動態(tài)”的特性。
[0014]進一步的，所述邊界節(jié)點概化，是指根據模型數據處理的需要對邊界節(jié)點進行概化，包括入流節(jié)點概化和出流節(jié)點概化；
[0015]進一步的，所述湖泊概化，是指根據數據處理需求，將其處理成O維的調蓄節(jié)點；
[0016]進一步的,所述閘站樞紐概化,為減少節(jié)點的數量，避免樞紐內部錯綜復雜的結構，對樞紐進行打包處理；
[0017]進一步的，所述取水口門概化，是指模型中把用水戶取水口門分為河道取水和湖泊節(jié)點取水。
[0018]進一步的，所述河道徑流獲取模塊處理包括產流獲取子模塊和匯流獲取子模塊，其中:工程區(qū)下墊面分為水面、水田、旱地和建設用地，產流獲取子模塊根據每種下墊面的產流規(guī)律，建立相應的產流模型；匯流獲取子模塊采用經驗匯流曲線，凈雨量按設定比例在相繼三天內匯入河網。
[0019]進一步的，所述流獲取子模塊包括下墊面統(tǒng)計子模塊、產流模型子模塊，其中:
[0020]下墊面統(tǒng)計子模塊:根據研究區(qū)的空間地理信息對下墊面的類型和面積進行統(tǒng)計匯總；
[0021]產流模型子模塊:包括水面產流模型、水田產流模型、旱地產流模型和城鎮(zhèn)道路產流模型；
[0022]水面產流模型:逐日水面產流為日降雨量與蒸發(fā)量差，根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的水面面積即得到區(qū)域內水面產流量；
[0023]水田產流模型:水田產流是以水稻不同生長期的水稻田水深下限、水稻田適宜水深、水稻田雨后最大允許水深為控制，按照水量平衡原理通過水量調節(jié)計算來確定的，根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的水田面積即可得到區(qū)域內水面產流量；
[0024]旱地產流模型:用單層蓄滿產流模型來計算旱地產流量，根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的旱地面積即可得到區(qū)域內水面產流量；[0025]城鎮(zhèn)道路產流模型:降雨產流表示為日凈雨深和徑流系數的乘積，根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的城鎮(zhèn)道路面積即可得到區(qū)域內水面產流量。
[0026]進一步的，所述模型構建模塊，其中模型構建目標函數包括用水戶缺水量最小化目標、配置水量最大滿足目標和、水利工程調水量最小目標，在模型數據處理過程中可以根據實際需求，對目標權重進行調節(jié)。
[0027]由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是:能夠生成動態(tài)模型，根據實際降雨量情況對優(yōu)化模型進行實時修正，從而提高了模型預測的精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明結構框圖。
[0029]圖2為本發(fā)明實施例中南水北調東線一期工程江蘇段概化圖。
【具體實施方式】
[0030]以下結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步的解釋，但是以下的內容不用于限定本發(fā)明的保護范圍。
[0031]如圖1所示，一種調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)，包括以下模塊:系統(tǒng)概化模塊、河道徑流獲取模塊、用水戶需水量統(tǒng)計模塊、模型構建模塊、模型運算模塊和模型結果處理模塊，其中:
[0032]系統(tǒng)概化模塊完成受水區(qū)劃分、河道概化、邊界節(jié)點概化、湖泊概化、閘站樞紐概化、用水戶概化、取水口門概化；系統(tǒng)概化模塊可以對實際問題進行抽象和概化形成數據文件，該數據文件將在河道徑流量計算模塊和用水戶需水量統(tǒng)計模塊中被調用；
[0033]河道徑流獲取模塊利用水文處理方法，調用系統(tǒng)概化模塊的數據文件對概化河道各斷面上一年內各時間段的徑流量進行處理，獲得河道徑流數據文件，該數據文件是模型的輸入，供模型運算模塊調用；
[0034]用水戶需水量統(tǒng)計模塊根據各區(qū)域內工業(yè)、農業(yè)、生活、生態(tài)環(huán)境、河道通航的實際情況，調用系統(tǒng)概化模塊的數據文件對需水量進行統(tǒng)計，用水戶需水量統(tǒng)計模塊的結果作為模型的輸入，供模型運算模塊調用；
[0035]模型構建模塊利用優(yōu)化理論，確定模型的目標函數和各項約束條件，建立數學模型，數學模型確認后，編寫模型文件，該模型文件將在模型運算模塊中調用；
[0036]模型運算模塊調用河道徑流量計算模塊、用水戶需水量統(tǒng)計模塊的數據文件，對模型構建模塊確定的模型進行優(yōu)化，生成模型結果文件，該文件將在模型結果處理模塊中調用；
[0037]模型結果處理模塊通過報表、圖表等形式對模型結果進行綜合展示和處理，用戶可以通過分析模型結果對模型相關輸入進行調整，重新運算模型后即可生成新的模型結果，直到模型結果達到預期的效果，這體現了該模型“動態(tài)”的特性。
[0038]以下詳細描述本發(fā)明上述系統(tǒng)應用于南水北調東線一期工程江蘇境內工程，作為本發(fā)明系統(tǒng)的一個具體應用實施例，具體描述如下:
[0039]一、系統(tǒng)概化模塊
[0040]系統(tǒng)概化模塊完成受水區(qū)劃分、河道概化、邊界節(jié)點概化、湖泊概化、閘站樞紐概化、用水戶概化、取水口門概化；系統(tǒng)概化模塊可以對實際問題進行抽象和概化形成數據文件，該數據文件將在河道徑流量模擬模塊和用水戶需水量統(tǒng)計模塊中被調用；
[0041]南水北調東線工程主要為黃淮海平原東部和山東半島補充水源，與南水北調中線、西線工程一起，共同解決我國北方地區(qū)水資源緊缺問題。東線工程主要供水目標是補充調水沿線和山東半島的城市及工業(yè)用水，改善淮北地區(qū)的農業(yè)供水條件，并在北方需要時，提供部分農業(yè)和生態(tài)環(huán)境用水。
[0042]南水北調東線工程在江蘇境內主要是在江水北調工程基礎上的擴大和延伸，規(guī)劃分三期實施。一期工程抽江規(guī)模為500m3/s,從揚州附近的長江干流引水,利用京杭大運河以及與其平行的河道輸水，規(guī)劃設置13級泵站(江蘇省境內9級)，連通洪澤湖、駱馬湖、下級湖、上級湖、東平湖作為調蓄湖泊(江蘇省境內不考慮東平湖調蓄)，逐級提水進入東平湖后，自流至黃河以北和膠東。
[0043](I)受水區(qū)劃分
[0044]江蘇省南水北調受水區(qū)范圍包括淮安、宿遷、徐州、連云港市的所有轄區(qū)、揚州市的江都、高郵、寶應縣(市)和鹽城市阜寧縣。受水區(qū)劃分采用江蘇水資源評價分區(qū)體系中的四級區(qū)，共12個分區(qū)，包括安河區(qū)、盱眙區(qū)、高寶湖區(qū)、渠北區(qū)、里下河腹部區(qū)、斗北區(qū)、斗南區(qū)、豐沛區(qū)、駱馬湖上游區(qū)、贛榆區(qū)、沂南區(qū)、沂北區(qū)。以市(縣)與水資源分區(qū)為單位共劃分得到54個水資源分區(qū)。
[0045](2)河道概化
[0046]優(yōu)化模型中主要考慮南水北調東線輸水干線，并將其概化為17條概化河道，包括京杭大運河(高水河、里運河、中運河、不牢河)、泰州引江河、新通揚運河(江都站-泰州引江河)、三陽河-潼河、金寶航道、入江水道(洪澤湖-三河攔河壩)、運西河-新河、徐洪河、二河、蘇北灌溉總渠(洪澤湖-阜寧腰閘)、房亭河(邳州-中運河)、淮沭河、沭新河、鹽河(鹽河閘-新沂河)、連云港境內通榆河、房亭河(邳州站-單集站-大廟站-京杭運河)、廢黃河(淮安境內)等。
[0047](3)邊界節(jié)點概化
[0048]根據模型數據處理的需要對邊界節(jié)點進行概化，包括入流節(jié)點概化和出流節(jié)點概化。入流節(jié)點主要為安徽省和山東省進入江蘇省受水區(qū)的河流的節(jié)點，出流節(jié)點主要為出江蘇省受水區(qū)的河道的節(jié)點。
[0049](4)湖泊概化
[0050]江蘇省南水北調沿線起調蓄作用的湖泊主要有洪澤湖、駱馬湖和下級湖。在河網概化時，根據數據處理需求，將其處理成O維的調蓄節(jié)點。
[0051](5)閘站樞紐概化
[0052]樞紐一般由船閘、水閘、泵站、水電站四類工程設施組成。江蘇省南水北調干線樞紐及閘站較多，其中水利工程主要樞紐有江都樞紐、泰興樞紐、淮安樞紐、淮陰樞紐和宿遷樞紐5座；其他具有調度控制作用的水利工程主要閘站在模型中也按“樞紐”概化處理。有些樞紐結構比較復雜，為方便數據處理需對樞紐結構進行概化。概化時，為減少節(jié)點的數量，避免樞紐內部錯綜復雜的結構，對樞紐進行打包處理。
[0053](6)用水戶概化
[0054]江蘇省南水北調受水區(qū)現狀共有用水戶357個、其中農業(yè)用水戶108個，工業(yè)用水戶101個，生活用水戶73個，生態(tài)環(huán)境用水戶11個，船閘用水戶64個。按照模型要求，對南水北調干線沿線用水戶分行業(yè)(農業(yè)、工業(yè)、生活、生態(tài)、船閘)按照縣級行政區(qū)、水資源分區(qū)、干線、梯級口徑分別進行了概化。概化后江蘇省南水北調受水區(qū)共有用水戶216個，其中農業(yè)用水戶89個,工業(yè)用水戶32個,生活用水戶33個,生態(tài)用水戶11個,船閘用水戶51個。
[0055](7)取水口門概化
[0056]模型中把用水戶取水口門分為河道取水和湖泊節(jié)點取水。概化后，在河道上取水口門114個，在湖泊節(jié)點上的取水點3個。
[0057]如圖2所示，為本實施例概化圖。
[0058]二、河道徑流獲取模塊
[0059]河道徑流獲取模塊利用水文處理方法，調用系統(tǒng)概化模塊的數據文件對概化河道各斷面上一年內各時間段的徑流量進行處理，獲得河道徑流數據文件，該數據文件是模型的輸入，供模型運算模塊調用；
[0060]河道徑流獲取模塊處理包括產流獲取子模塊和匯流獲取子模塊。
[0061](I)產流獲取子模塊
[0062]根據不同下墊面有不同的產流規(guī)律，把工程區(qū)下墊面分為水面、水田、旱地和建設用地。產流獲取子模塊根據每種下墊面的產流規(guī)律，建立相應的產流模型。
[0063]I)下墊面統(tǒng)計子模塊
[0064]工程區(qū)下墊面按地形可分為平原和山區(qū)，在平原和山區(qū)中按土地屬性分為水面、水田、旱地和建設用地。根據研究區(qū)的空間地理信息對下墊面的類型和面積進行統(tǒng)計匯總。
[0065]2)產流模型子模塊
[0066]產流模型的子模塊包括水面產流模型、水田產流模型、旱地產流模型和城鎮(zhèn)道路產流模型。
[0067]a)水面產流模型
[0068]逐日水面產流(凈雨深)為日降雨量與蒸發(fā)量差。根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的水面面積即可得到區(qū)域內水面產流量。
[0069]b)水田產流模型
[0070]水田產流是以水稻不同生長期的水稻田水深下限、水稻田適宜水深、水稻田雨后最大允許水深為控制，按照水量平衡原理通過水量調節(jié)計算來確定的。若水田水深低于水稻田水深下限時，則灌溉使水田水深達到水田適宜水深；當水田水深超過水稻田雨后最大允許水深時的雨量為水田產流量。由于水稻田地下水位價高，水稻田的下滲水量又回歸到河網。故在水量平衡計算中，不考慮水稻田下滲，也不考慮下滲后回歸到河網中的水量。根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的水田面積即可得到區(qū)域內水面產流量。
[0071]c)旱地產流模型
[0072]平原水網地區(qū)，水面、水田所占比重較大。研究區(qū)在汛期地下水埋深較淺，土壤含水量較高，且宜得到補充，因此可用單層蓄滿產流模型來計算旱地產流量。根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的旱地面積即可得到區(qū)域內水面產流量。
[0073]d)城鎮(zhèn)道路產流模型
[0074]城鎮(zhèn)道路是透水性較差的下墊面，因此，降雨產流可簡單地表示為日凈雨深和徑流系數的乘積。根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的城鎮(zhèn)道路面積即可得到區(qū)域內水面產流量。
[0075](2)匯流獲取子模塊
[0076]本實施例為平原區(qū)，平原區(qū)的匯流獲取，目前尚無成熟的理論和方法。匯流獲取子模塊采用經驗匯流曲線，凈雨量按45%: 30%: 25%的比例在相繼三天內匯入河網。
[0077]三、用水戶需水量統(tǒng)計模塊
[0078]用水戶需水量統(tǒng)計模塊根據各區(qū)域內工業(yè)、農業(yè)、生活、生態(tài)環(huán)境、河道通航的實際情況，調用系統(tǒng)概化模塊的數據文件對需水量進行統(tǒng)計，用水戶需水量統(tǒng)計模塊的結果作為模型的輸入，供模型運算模塊調用；
[0079]為實現江蘇省南水北調一期干線水資源在區(qū)(縣)、干線重要取水口門、“三生”(生活、生成、生態(tài))間的合理配置，需要預測各縣級行政區(qū)及其各行業(yè)用水戶的水資源需求，根據水資源供需平衡要求，還需將上述水資源需求預測細化到各水資源分區(qū)、干線和梯級。
[0080](I)農業(yè)用水戶
[0081]農業(yè)灌溉需水量預測可以采用定額法，即農業(yè)灌溉用水量與分區(qū)某一水平年某種作物的灌溉面積、該分區(qū)某水平年某種作物的灌溉定額和分區(qū)灌溉水利用系數有關，因此系統(tǒng)需要對各分區(qū)的各種作物面積、灌溉定額進行統(tǒng)計，根據定額法即可得到農業(yè)灌溉需水量。
[0082](2)生活用水戶
[0083]生活用水的預測方法有定額分析法、趨勢分析法和分類分析權重法?，F在一般選用定額分析法。
[0084]定額分析法就是根據人口的數量和人均用水量(定額)來確定用水量的方法，即人為單位人口的需水量是一定的。因此系統(tǒng)中只要預測出某分區(qū)的人口增長量即可得到該分區(qū)生活用水戶需水量。
[0085](3)工業(yè)用水戶
[0086]預測工業(yè)用水的方法很多，包括定額法、趨勢法、重復利用率提高法、分行業(yè)預測法和系統(tǒng)動力學法等。
[0087]定額法認為某分區(qū)萬元產值需水量是一定的，因此只要預測得到該區(qū)域某年工業(yè)產值，即可得到該年該分區(qū)的工業(yè)用水戶需水量。
[0088](4)生態(tài)用水戶
[0089]生態(tài)用水戶用水量包括生態(tài)環(huán)境美化、修復與建設或維持其質量不至于下降所需的最小需水量。在預測時，要考慮河道內和河道外兩類生態(tài)環(huán)境需水量。河道內生態(tài)環(huán)境需水量分為維持河道基本功能和河口生態(tài)環(huán)境用水；河道外生態(tài)環(huán)境用水分為湖泊濕地生態(tài)環(huán)境與建設用水、城市景觀用水等。城鎮(zhèn)綠化用水、防護林草用水等以植被需水為主體的生態(tài)環(huán)境需水量，可以用灌溉定額的方式預測方法。濕地、城鎮(zhèn)河湖補水等，以規(guī)劃水面的蒸發(fā)量與降水之差得到。
[0090](5)船閘用水戶
[0091]船閘用水戶包括為旁側支流河道供水，以滿足該河道通航要求的最小供水量。
[0092](6)其他數據整理[0093]除河道徑流量和各類用水戶用水量之外，在模型前還需準備的數據包括:取水口門取水能力、湖泊的上線水位及下限水位(或庫容)、長江來水量、北調需求量等。
[0094]四、模型構建模塊
[0095]模型構建模塊利用優(yōu)化理論，根據用水戶需水量統(tǒng)計模塊的計算結果，確定模型的目標函數和各項約束條件，建立數學模型，數學模型確認后，編寫模型文件，該模型文件將在模型運算模塊中調用；
[0096]模型構建中:
[0097]1.目標函數
[0098]在所要構建的模型中，確定的優(yōu)化目標包括用水戶缺水量最小化目標、北調水量最大滿足目標和長江取水量最小目標。因此，該優(yōu)化問題是一個多目標優(yōu)化的問題，在模型數據處理過程中可以根據實際需求，對目標權重進行調節(jié)。
[0099]目標1:用水戶缺水量最小目標
[0100]用水戶的供水量盡可能等于其需水量，即各類用水戶的缺水量最小
[0101]目標2:北調水量最大滿足目標
[0102]北調水量最大滿足目標數學表達式轉化為實際北調水量與計劃北調水量之差最小。
[0103]目標3:長江取水量最小目標
[0104]長江取水量等于南水北調第一個泵站的取水量。因此，在目標函數中另第一個泵站的取水量最小。
[0105]2.約束條件
[0106](8)湖泊平衡方程
[0107]湖泊平衡方程通過湖泊水量平衡原理對3個湖泊各時段的狀態(tài)進行描述，實現了湖泊庫容量時空變化的方程轉化。
[0108](9)用水戶需水量約束
[0109]用水戶供水量用水戶需水量的偏差盡可能少。
[0110](10)湖泊庫容約束
[0111]每個湖泊都有相應的最低生態(tài)水位和最高洪水位的約束，因此每個時間段內湖泊庫容不能低于最低生態(tài)水位和最高洪水位的庫容要求。
[0112](11)取水口規(guī)模約束
[0113]每個用水戶都是從干流的取水口門取水，因此取水口門的大小直接制約著每類用水戶的取水量。
[0114](12)北調水量約束
[0115]國家會根據工程整體規(guī)模進行全局調水量的水利調配規(guī)劃指標。因此系統(tǒng)北調水利必須滿足該規(guī)劃指標要求。
[0116](13)長江來水量約束
[0117]長江水量的多少直接影響到實際可以調配的水量，因此長江來水量作為一個約束條件來考慮。
[0118](14)水利工程規(guī)模約束
[0119]水利工程規(guī)模同時也制約著調水量的多少，因此作為一個約束條件引入。[0120]步驟5:模型運算模塊
[0121]根據構建模塊生成的模塊文件，模型運算模塊對模型進行優(yōu)化，生成模型處理文件output, dat,該文件在模型結果處理模塊中進行調用。
[0122]步驟6:模型結果處理模塊
[0123]模型結果處理模塊包括泵站利用率分析、湖泊月平均庫容分析、北調水量滿足情況分析、用水戶需水量滿足情況分析、長江來水-取水量分析。模型結果處理模塊通過報表、圖表等形式對模型結果進行綜合展示和處理，用戶可以通過分析模型結果對模型相關輸入進行調整，重新運算模型后即可生成新的模型結果，直到模型結果達到預期的效果，這體現了該模型“動態(tài)”的特性。
[0124]本發(fā)明在該實施例中取得了較好的模型模擬效果。根據歷史資料對模型結果進行檢驗，根據1966年(平水年)降雨資料，調水水量預測精度達到83.5%、根據1968年(枯水年)降雨資料、調水水量預測精度達到了 90.32%、根據1983年(豐水年)降雨資料、調水水量預測精度達到了 89.11%。水利工程的利用率平均達到了 70%、高峰時期水利工程利用率為89.5%，基本符合水利工程的建設規(guī)劃要求。這說明該系統(tǒng)具有一定的合理性，能夠達到輔助決策支持的要求。
【權利要求】
1.一種調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)，包括以下模塊:系統(tǒng)概化模塊、河道徑流獲取模塊、用水戶需水量統(tǒng)計模塊、模型構建模塊、模型運算模塊和模型結果處理模塊，其中: 系統(tǒng)概化模塊完成受水區(qū)劃分、河道概化、邊界節(jié)點概化、湖泊概化、閘站樞紐概化、用水戶概化、取水口門概化；系統(tǒng)概化模塊可以對實際問題進行抽象和概化形成數據文件，該數據文件將在河道徑流量計算模塊和用水戶需水量統(tǒng)計模塊中被調用； 河道徑流獲取模塊利用水文處理方法，調用系統(tǒng)概化模塊的數據文件對概化河道各斷面上一年內各時間段的徑流量進行處理，獲得河道徑流數據文件，該數據文件是模型的輸入，供模型運算模塊調用； 用水戶需水量統(tǒng)計模塊根據各區(qū)域內工業(yè)、農業(yè)、生活、生態(tài)環(huán)境、河道通航的實際情況，調用系統(tǒng)概化模塊的數據文件對需水量進行統(tǒng)計，用水戶需水量統(tǒng)計模塊的結果作為模型的輸入，供模型運算模塊調用； 模型構建模塊利用優(yōu)化理論，確定模型的目標函數和各項約束條件，建立數學模型，數學模型確認后，編寫模型文件，該模型文件將在模型運算模塊中調用； 模型運算模塊調用河道徑流量計算模塊、用水戶需水量統(tǒng)計模塊的數據文件，對模型構建模塊確定的模型進 行優(yōu)化，生成模型結果文件，該文件將在模型結果處理模塊中調用； 模型結果處理模塊通過報表、圖表形式對模型結果進行綜合展示和處理，用戶可以通過分析模型結果對模型相關輸入進行調整，重新運算模型后即可生成新的模型結果，直到模型結果達到預期的效果。
2.根據權利要求1所述的調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)概化模塊中: 所述邊界節(jié)點概化，是指根據模型數據處理的需要對邊界節(jié)點進行概化，包括入流節(jié)點概化和出流節(jié)點概化； 所述湖泊概化，是指根據數據處理需求，將其處理成O維的調蓄節(jié)點； 所述閘站樞紐概化，為減少節(jié)點的數量，避免樞紐內部錯綜復雜的結構，對樞紐進行打包處理； 所述取水口門概化，是指模型中把用水戶取水口門分為河道取水和湖泊節(jié)點取水。
3.根據權利要求1所述的調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)，其特征在于:所述河道徑流獲取模塊處理包括產流獲取子模塊和匯流獲取子模塊，其中:工程區(qū)下墊面分為水面、水田、旱地和建設用地，產流獲取子模塊根據每種下墊面的產流規(guī)律，建立相應的產流模型；匯流獲取子模塊采用經驗匯流曲線，凈雨量按設定比例在相繼三天內匯入河網。
4.根據權利要求3所述的調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)，其特征在于:所述產流獲取子模塊包括以下模塊: 下墊面統(tǒng)計子模塊:根據研究區(qū)的空間地理信息對下墊面的類型和面積進行統(tǒng)計匯總; 產流模型子模塊:包括水面產流模型、水田產流模型、旱地產流模型和城鎮(zhèn)道路產流模型；其中:a) 水面產流模型 逐日水面產流為日降雨量與蒸發(fā)量差，根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的水面面積即得到區(qū)域內水面產流量； b)水田產流模型 水田產流是以水稻不同生長期的水稻田水深下限、水稻田適宜水深、水稻田雨后最大允許水深為控制，按照水量平衡原理通過水量調節(jié)計算來確定的，根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的水田面積即可得到區(qū)域內水面產流量； c)旱地產流模型 用單層蓄滿產流模型來計算旱地產流量，根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的旱地面積即可得到區(qū)域內水面產流量； d)城鎮(zhèn)道路產流模型 降雨產流表示為日凈雨深和徑流系數的乘積，根據下墊面統(tǒng)計子模塊中統(tǒng)計得到的城鎮(zhèn)道路面積即可得到區(qū)域內水面產流量。
5.根據權利要求1-4任一項所述的調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)，其特征在于:所述模型構建模塊，其中模型構建的目標函數包括用水戶缺水量最小化目標、配置水量最大滿足目標和水利工程調水量最小目標，在模型數據處理過程中可以根據實際需求，對目標權重進行調節(jié)。
6.根據權利要求5所述的調水工程水資源優(yōu)化配置動態(tài)模型構建系統(tǒng)，其特征在于:所述模型構建模塊，其中模型構建的各項約束條件為: (1)湖泊平衡方程； (2)用水戶需水量約束； (3)湖泊庫容約束； (4)取水口規(guī)模約束； (5)配置水量約束； (6)可調水量約束； (7)水利工程規(guī)模約束。
【文檔編號】G06Q10/04GK103544533SQ201210241484
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月12日 優(yōu)先權日:2012年7月12日
【發(fā)明者】葛新蕾, 郭燁, 馮安平, 謝晶 申請人:上海寶信軟件股份有限公司