兩階段情景下的三層水資源配置規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水資源管理領(lǐng)域，通過(guò)水資源供需分析、水資源合理配置和水資源優(yōu) 化調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)水資源的合理、高效和可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，特別是涉及省內(nèi)多水資源區(qū)和多需 水行業(yè)聯(lián)合的水資源配置規(guī)劃。
【背景技術(shù)】
[0002] 水資源配置是指在流域或特定的區(qū)域內(nèi)，遵循高效、公平與可持續(xù)利用的原則，通 過(guò)各種工程與非工程措施，改變水資源的天然時(shí)空分布；遵循市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律與資源配置準(zhǔn) 貝1J，利用系統(tǒng)科學(xué)方法、決策理論與計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，通過(guò)合理抑制需求、有效增加供水與 積極保護(hù)環(huán)境等手段和措施，對(duì)可利用水資源在區(qū)域間與各用水部門(mén)間進(jìn)行時(shí)空調(diào)控和合 理配置，不斷提高區(qū)域水資源的利用效益和效率。
[0003] 當(dāng)前，進(jìn)行水資源合理配置具有很強(qiáng)的緊迫性。其主要原因：一是水資源的天然時(shí) 空分布與生產(chǎn)力布局不相適應(yīng)，二是在地區(qū)間和各用水部門(mén)間存在著很大的用水競(jìng)爭(zhēng)性， 三是近年來(lái)的水資源開(kāi)發(fā)利用方式已經(jīng)導(dǎo)致產(chǎn)生許多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。
[0004] 因此，研究和探討水資源合理配置的技術(shù)和方法，對(duì)于緩解水資源供需矛盾、科學(xué) 高效地利用水資源具有重要意義。
[0005] 現(xiàn)有的水資源配置規(guī)劃方法，通常是先對(duì)水資源供需實(shí)體進(jìn)行抽象概化，得到一 個(gè)或多個(gè)水資源供應(yīng)方和一個(gè)或多個(gè)水資源需求方。然后將水資源供應(yīng)方的可供水資源量 以及水資源需求方的水資源需求量作為約束，來(lái)建立水資源配置模型。最后，從目標(biāo)函數(shù)和 約束的結(jié)構(gòu)和特征來(lái)對(duì)模型進(jìn)行分析，選擇采用精確算法或啟發(fā)式算法進(jìn)行求解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 這些水資源配置規(guī)劃，沒(méi)有從全局角度考慮水資源的區(qū)域分布、水資源配置涉及 的行政分區(qū)以及具體行業(yè)的水資源供需體系框架。同時(shí)，水資源配置關(guān)注的重點(diǎn)不僅是多 種水資源在區(qū)域間和各用水部門(mén)之間的分配，而且要考慮水資源配置的階段性。因?yàn)樵谒?資源配置計(jì)劃制定初始階段，決策者先根據(jù)水資源供需的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀信息做出預(yù)先判 斷，制定初始水資源配置方案。接下來(lái)的階段是在給定初始水資源配置方案的情況下，結(jié)合 實(shí)際供需情景對(duì)水資源進(jìn)行合理配置，并對(duì)初始水資源配置方案進(jìn)行分析，而這些都是現(xiàn) 有水資源配置規(guī)劃尚未考慮的。
[0007] 本發(fā)明的目的是針對(duì)例如一個(gè)國(guó)家、一個(gè)省或一個(gè)市內(nèi)不同區(qū)域的地形地貌和氣 候條件千差萬(wàn)別，水資源及其供需狀況也各具差異而設(shè)計(jì)一種先預(yù)先判斷給定初始配置計(jì) 劃，再根據(jù)實(shí)際供需情景進(jìn)行調(diào)度的多水資源區(qū)和多需水行業(yè)聯(lián)合的水資源配置規(guī)劃方 法，可以更好地調(diào)節(jié)各區(qū)域的水資源供需矛盾，實(shí)現(xiàn)例如全國(guó)、全省或全市范圍內(nèi)的水資源 合理利用和不同行業(yè)水資源需求的均衡滿(mǎn)足，從而保證全國(guó)、全省或全市內(nèi)各行政分區(qū)不 同行業(yè)的全面發(fā)展。
[0008] 本發(fā)明先從全局出發(fā)，把例如省內(nèi)所有的二級(jí)水資源分區(qū)作為基本供水單元，將 省內(nèi)所有的市級(jí)行政分區(qū)作為中間虛擬需水單元，以各市級(jí)行政分區(qū)的不同行業(yè)作為終 端需水單元，構(gòu)建一個(gè)"水資源分區(qū)一行政分區(qū)一行業(yè)領(lǐng)域"的省級(jí)三層水資源配置框架 (3-WRAF)〇
[0009] 然后，假設(shè)規(guī)劃的省內(nèi)有I個(gè)水資源分區(qū)，可向J個(gè)行政分區(qū)的H個(gè)不同行業(yè)進(jìn)行 水資源配置規(guī)劃。根據(jù)水資源相關(guān)管理政策，決策者首先根據(jù)行政分區(qū)各行業(yè)需水量以及 各個(gè)水資源分區(qū)的情況，對(duì)未來(lái)一年內(nèi)各水資源分區(qū)向行政分區(qū)以及不同行業(yè)供給的水量 做出預(yù)先判斷，并制定初始水資源配置方案，從而有針對(duì)性地安排生產(chǎn)和生活。這種預(yù)先判 斷由于未來(lái)的不確定性事件而存在風(fēng)險(xiǎn)，如果預(yù)先判斷的水量大于實(shí)際所能供給的水量， 在產(chǎn)生收益的同時(shí)會(huì)因?yàn)闆](méi)有達(dá)到預(yù)期值而產(chǎn)生懲罰；如果預(yù)先判斷的水量小于實(shí)際供給 的水量就會(huì)因?yàn)樯a(chǎn)計(jì)劃的局限不能充分利用水資源而產(chǎn)生浪費(fèi)。
[0010] 為此，本發(fā)明提出將經(jīng)過(guò)預(yù)先判斷制定的初始水資源配置方案作為第一階段變 量，并設(shè)置第二階段變量來(lái)根據(jù)實(shí)際供需情景進(jìn)行水資源配置規(guī)劃，這樣不僅可以在給定 初始水資源配置方案情況下，極大化水資源的利用率和極小化缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失，還可 以對(duì)預(yù)先制定的水資源配置方案進(jìn)行分析。
[0011] 最后，基于上述兩階段情景和省級(jí)三層水資源配置框架（3-WRAF)，建立從水資源 分區(qū)經(jīng)過(guò)行政分區(qū)，向不同行業(yè)領(lǐng)域的水資源配置規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，提出模型求解算法。
[0012] 具體地，本發(fā)明包括、但不限于下述方案。
[0013] 一種兩階段情景下的三層水資源配置規(guī)劃方法，其包括以下步驟：
[0014] 步驟一：獲得需要進(jìn)行水資源規(guī)劃的區(qū)域的所有二級(jí)水資源分區(qū)、行政分區(qū)作為 基于"水資源分區(qū)一行政分區(qū)一行業(yè)領(lǐng)域"三層水資源配置規(guī)劃的基本需水單元和中間虛 擬需水單元；
[0015] 步驟二：根據(jù)水資源分區(qū)在不同行政分區(qū)的地理分布，構(gòu)建水資源分區(qū)向行政分 區(qū)的供水約束矩陣；
[0016] 步驟三：將各行政分區(qū)的需水實(shí)體按照行業(yè)領(lǐng)域劃分若干個(gè)終端需水單元；
[0017] 步驟四：將經(jīng)過(guò)預(yù)先判斷制定的初始水資源配置方案作為第一階段變量，并考慮 實(shí)際供需情景設(shè)置第二階段變量，構(gòu)建水資源配置模型；
[0018] 步驟五：考慮在實(shí)際水資源配置過(guò)程中，水資源分區(qū)的水資源量受降水的影響，根 據(jù)降水豐枯等級(jí)定義不同的降水情景；
[0019] 步驟六：設(shè)計(jì)混合智能算法求解水資源配置規(guī)劃模型；以及
[0020] 步驟七：通過(guò)模型求解得到最終的水資源配置方案。
[0021 ] 優(yōu)選地，在所述步驟二中，所述供水約束矩陣為
[0022]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種兩階段情景下的三層水資源配置規(guī)劃方法，其包括以下步驟： 步驟一：獲得需要進(jìn)行水資源規(guī)劃的區(qū)域的所有二級(jí)水資源分區(qū)、行政分區(qū)作為基于 "水資源分區(qū)一行政分區(qū)一行業(yè)領(lǐng)域"三層水資源配置規(guī)劃的基本需水單元和中間虛擬需 水單元； 步驟二：根據(jù)水資源分區(qū)在不同行政分區(qū)的地理分布，構(gòu)建水資源分區(qū)向行政分區(qū)的 供水約束矩陣； 步驟三：將各行政分區(qū)的需水實(shí)體按照行業(yè)領(lǐng)域劃分若干個(gè)終端需水單元； 步驟四：將經(jīng)過(guò)預(yù)先判斷制定的初始水資源配置方案作為第一階段變量，并考慮實(shí)際 供需情景設(shè)置第二階段變量，構(gòu)建水資源配置模型； 步驟五：考慮在實(shí)際水資源配置過(guò)程中，水資源分區(qū)的水資源量受降水的影響，根據(jù)降 水豐枯等級(jí)定義不同的降水情景； 步驟六：設(shè)計(jì)混合智能算法求解水資源配置規(guī)劃模型；以及 步驟七：通過(guò)模型求解得到最終的水資源配置方案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩階段情景下的三層水資源配置規(guī)劃方法，其特征在于， 在所述步驟二中，所述供水約束矩陣）
如果水資源分區(qū)i分布在行政分區(qū)j，則Au= 1，在水資源配置規(guī)劃中，水資源分區(qū)i能向行政分區(qū)j供水； 反之，入u= 0且水資源分區(qū)i不能向行政分區(qū)j供水。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩階段情景下的三層水資源配置規(guī)劃方法，其特征在于， 所述終端需水單元包括農(nóng)田灌溉、林牧魚(yú)畜、城鎮(zhèn)工業(yè)、城鎮(zhèn)公共、居民生活和生態(tài)環(huán) 境中的一個(gè)或多個(gè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩階段情景下的三層水資源配置規(guī)劃方法，其特征在于， 在所述步驟四中，做計(jì)劃時(shí)制定的配水量，是所述第一階段變量；在計(jì)劃末，根據(jù)實(shí)際 的配水量，得到的缺水量是所述第二階段變量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩階段情景下的三層水資源配置規(guī)劃方法，其特征在于， 在所述水資源配置模型中，進(jìn)行如下約束中的一個(gè)或多個(gè)約束： 約束1，任一水資源分區(qū)向行政分區(qū)輸送的水量不大于該水資源分區(qū)的可供水資源 量； 約束2,任一行政分區(qū)的缺水量不高于為該行政分區(qū)制定的配水量； 約束3,給行政分區(qū)制定的配水量，不高于該行政分區(qū)的最大需水量； 約束4,行政分區(qū)的缺水量為非負(fù)值； 約束5,行政分區(qū)的缺水總量不小于各行業(yè)的缺水量之和； 約束6,任一行政分區(qū)向各行業(yè)輸送的總水量不高于該行政分區(qū)從水資源分區(qū)得到的 總水量； 約束7,任一行政分區(qū)各行業(yè)的配水量不小于該行業(yè)的缺水量； 約束8,任一行政分區(qū)各行業(yè)的配水量不高于該行業(yè)的最大需水量； 約束9,任一行政分區(qū)各行業(yè)的缺水量都為非負(fù)值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩階段情景下的三層水資源配置規(guī)劃方法，其特征在于， 利用隨機(jī)模擬、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法結(jié)合而成的混合智能算法來(lái)進(jìn)行求解。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的兩階段情景下的三層水資源配置規(guī)劃方法，其 特征在于， 所述區(qū)域?yàn)閲?guó)家、省、市、包括一個(gè)或多個(gè)省的地區(qū)、包括一個(gè)或多個(gè)市的地區(qū)中的一 者。
【專(zhuān)利摘要】一種兩階段情景下的三層水資源配置規(guī)劃方法，包括以下步驟：步驟一：獲得需要進(jìn)行水資源規(guī)劃的區(qū)域的所有二級(jí)水資源分區(qū)、行政分區(qū)作為基本需水單元和中間虛擬需水單元；步驟二：根據(jù)水資源分區(qū)在不同行政分區(qū)的地理分布，構(gòu)建水資源分區(qū)向行政分區(qū)的供水約束矩陣；步驟三：將各行政分區(qū)的需水實(shí)體按照行業(yè)領(lǐng)域劃分若干個(gè)終端需水單元；步驟四：構(gòu)建水資源配置模型；步驟五：根據(jù)降水豐枯等級(jí)定義不同的降水情景；步驟六：設(shè)計(jì)混合智能算法求解水資源配置規(guī)劃模型；步驟七：通過(guò)模型求解得到最終的水資源配置方案。
【IPC分類(lèi)】G06Q50-06, G06Q10-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104700150
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310638621
【發(fā)明人】楊方廷, 劉忠華, 邵磊
【申請(qǐng)人】航天科工仿真技術(shù)有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月4日