專利名稱：：一種供水型水庫(kù)生態(tài)調(diào)度技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于水資源保護(hù)和水資源管理領(lǐng)域，涉及一種供水型水庫(kù)生態(tài)調(diào)度技術(shù)，尤其是同時(shí)考慮供水效益和水庫(kù)下游河流生態(tài)系統(tǒng)健康的供水型水庫(kù)調(diào)度的優(yōu)化確定方法。
背景技術(shù)：
：自建國(guó)以來(lái)，隨著大規(guī)模的水利投入，我國(guó)建成了一大批具有綜合功能的水庫(kù)，取得了巨大的綜合利用效益。但以往的水庫(kù)調(diào)度，主要考慮協(xié)調(diào)除害與興利的矛盾，注重發(fā)揮水庫(kù)在防洪、發(fā)電、供水(灌溉)、航運(yùn)等方面的作用，對(duì)其下游河流水環(huán)境及生態(tài)安全、庫(kù)區(qū)水生態(tài)環(huán)境保護(hù)考慮較少。長(zhǎng)期積累下來(lái)的生態(tài)和環(huán)境的不良影響開始通過(guò)各種形式顯現(xiàn)出來(lái)。目前水庫(kù)調(diào)度方式依據(jù)其對(duì)于生態(tài)需水的考慮程度，主要有以下幾種(1)傳統(tǒng)的水庫(kù)調(diào)度方法傳統(tǒng)的水庫(kù)調(diào)度方式主要考慮協(xié)調(diào)除害與興利的矛盾，注重發(fā)揮水庫(kù)在防洪、發(fā)電、供水(灌溉)、航運(yùn)等方面的作用，對(duì)其下游河流水環(huán)境及生態(tài)安全、庫(kù)區(qū)水生態(tài)環(huán)境保護(hù)考慮較少。(2)保證最小生態(tài)需水的水庫(kù)調(diào)度方法此方法在傳統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度方法的基礎(chǔ)上加入了生態(tài)需水的考慮，將最小生態(tài)需水作為一個(gè)約束條件納入到水庫(kù)調(diào)度中，即要求水庫(kù)下泄水量須不小于規(guī)定的最小生態(tài)需水量。這種方法在水庫(kù)調(diào)度中加入了生態(tài)需水的考量，相對(duì)于傳統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度方法是一個(gè)重大的進(jìn)步。但是，由于最小生態(tài)需水僅僅是一個(gè)約束條件，而且在最小生態(tài)需水之上的水量增加的生態(tài)效益無(wú)法定量評(píng)價(jià)，使得這種方法具有很大的局限性。(3)以生態(tài)需水為唯一目標(biāo)的水庫(kù)調(diào)度方式此方法出于改變傳統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度方法忽略生態(tài)系統(tǒng)需求的考慮，將生態(tài)需水作為水庫(kù)調(diào)度的唯一考慮目標(biāo)，令水庫(kù)調(diào)度完全按照生態(tài)需水的結(jié)果進(jìn)行，保證一個(gè)完整的生態(tài)需水過(guò)程。然而此方法由于完全忽略了水庫(kù)的社會(huì)功能和經(jīng)濟(jì)功能，因而目前僅僅是理論上的探討，沒(méi)有實(shí)踐應(yīng)用的案例。水庫(kù)調(diào)度，除傳統(tǒng)的基于調(diào)度圖和調(diào)度函數(shù)的調(diào)度方法以外，線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、蟻群決策和混沌算法等優(yōu)化方法也有較多的應(yīng)用。在水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度中，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益在某種程度上是相互矛盾的，而如何協(xié)調(diào)這一矛盾，則體現(xiàn)了管理者的判斷。因此，如何在水庫(kù)調(diào)度中體現(xiàn)管理者主觀判斷的因素，對(duì)于水庫(kù)調(diào)度特別是水庫(kù)生態(tài)調(diào)度具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有水庫(kù)調(diào)度方法中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于建立一種能夠綜合考慮水庫(kù)調(diào)度的生態(tài)效益與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，在保證河流生態(tài)需水的前提下，使得水庫(kù)運(yùn)行的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益最大化。供水型水庫(kù)的功能主要是為生產(chǎn)生活提供用水，因此其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益可以用供水短缺率來(lái)表示，供水短缺率越小，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益越大；相反的，其供水短缺率越大，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益越小。本發(fā)明以適宜生態(tài)需水貼近度表征水庫(kù)調(diào)度的生態(tài)效益，以供水短缺率表征水庫(kù)調(diào)度的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。將生態(tài)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益作為水庫(kù)調(diào)度的目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，建立多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型。設(shè)定一定的供水短缺率，并將其作為約束條件，從而將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)題。然后通過(guò)設(shè)定一系列供水短缺率的值，得到一系列單目標(biāo)模型。應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法對(duì)這些優(yōu)化模型進(jìn)行求解，可以得到一系列優(yōu)化結(jié)果。管理者可以依據(jù)偏好從中選擇決策，從而得到水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度優(yōu)化方案。其步驟為(1)計(jì)算河流最小生態(tài)需水量和適宜生態(tài)需水量。河流最小生態(tài)需水量和適宜生態(tài)需水量采用Te皿ant法進(jìn)行計(jì)算。Tennant法又稱Montana法，是一種非現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定類的生態(tài)需水計(jì)算方法。此方法以多年平均徑流量為基礎(chǔ)，設(shè)定一定的百分比為最小生態(tài)需水量和適宜生態(tài)需水量。本發(fā)明中，以多年平均徑流量的10%為河流最小生態(tài)需水量，以多年平均徑流量的30%為河流適宜生態(tài)需水量。(2)建立水庫(kù)調(diào)度生態(tài)效益目標(biāo)。生態(tài)效益目標(biāo)使用適宜生態(tài)需水貼近度進(jìn)行表征。(3)建立水庫(kù)調(diào)度社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)使用供水短缺率進(jìn)行表征。(4)明確水庫(kù)調(diào)度的約束條件約束條件包括水量平衡、水庫(kù)能夠承受的最大下泄流量、水庫(kù)水位限制、最小生態(tài)需水保證等方面的約束性條件。(5)建立多目標(biāo)優(yōu)化模型。建立包括生態(tài)效益目標(biāo)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型。(6)設(shè)定一定的供水短缺率值，將社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束條件，將多目標(biāo)優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化模型。設(shè)定一系列供水短缺率值，得到一系列單目標(biāo)優(yōu)化模型。(7)模型求解。應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法對(duì)單目標(biāo)模型進(jìn)行求解，得到一系列最優(yōu)解。(8)決策偏好的交互式調(diào)度定義一個(gè)表示決策人員偏好的系數(shù)，代表社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的負(fù)增長(zhǎng)與生態(tài)效益之間的比值，從而使得決策者能夠判斷單位社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與單位生態(tài)效益之間增減的定量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，從而根據(jù)實(shí)際情況選擇符合決策要求的最優(yōu)調(diào)度方案。附圖為本發(fā)明建立的調(diào)度方法流程圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施按照以下步驟進(jìn)行(1)采用Tennant法確定河流最小生態(tài)需水量和適宜生態(tài)需水量。河流最小生態(tài)需水量等于河流多年平均流量的10%，河流適宜生態(tài)需水量等于河流多年平均流量的30%。Qeniin=10%Qave(1)4<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>態(tài)Qare:河流多年平均沒(méi)Qemin:河流最小生態(tài)需水量Qra:河流適宜生態(tài)需水量(2)建立水庫(kù)調(diào)度生態(tài)效益目標(biāo)。生態(tài)效益目標(biāo)使用適宜生態(tài)需水貼近度進(jìn)行表生態(tài)目標(biāo)主要是使生態(tài)需水貼近度(CDE)盡量接近l，也就是使得下泄流量與適需水量之間的差值盡可能的小。2,(3)￡e二min乞ICD五,-1|(4)CDEt:t時(shí)段生態(tài)需水貼近度Qt:t時(shí)段實(shí)際下泄水量Ee:生態(tài)效益目標(biāo)T:整個(gè)調(diào)度時(shí)段長(zhǎng)度(3)建立水庫(kù)調(diào)度社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)使用供水短缺率進(jìn)行表&=min5W=minZxl00%(5)Es:社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)SRW:供水短缺率Qpt:t時(shí)段規(guī)劃供水量Qat:t時(shí)段實(shí)際供水量(4)明確水庫(kù)調(diào)度的約束條件約束條件包括水量平衡、水庫(kù)能夠承受的最大下,水庫(kù)水位限制、最小生態(tài)需水保證等方面的約束性條件。I.水量平衡Vt+1=Vt+It-Qt-Kt(6)Vt+1:t+l時(shí)段初始水庫(kù)蓄水量Vt:t時(shí)段初始水庫(kù)蓄水量It:t時(shí)段水庫(kù)入庫(kù)水量Kt:t時(shí)段水庫(kù)庫(kù)區(qū)取水量II.水庫(kù)下泄流量Qt《Qmax(7):t時(shí)段水庫(kù)能夠承受的最大下泄流量III.水庫(kù)水位限制Zd《Zmin《Zs(8)Zd:水庫(kù)死水位Zmin:t時(shí)段水庫(kù)最低水位Zs:水庫(kù)安全水位IV.最小生態(tài)需水保證Qt>Qemin(9)(5)設(shè)定一定的供水短缺率值，將社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束條件，將多目標(biāo)優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化模型。設(shè)定一系列供水短缺率值，得到一系列單目標(biāo)優(yōu)化模型。(7)模型求解。應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法對(duì)單目標(biāo)模型進(jìn)行求解，得到一系列最優(yōu)解。其步驟如下步驟1:確定階段變量。以水庫(kù)調(diào)度周期內(nèi)的計(jì)算時(shí)段為階段，可以月、旬或日為階段單位。步驟2:確定狀態(tài)變量。以每月月初水庫(kù)蓄水量為狀態(tài)變量。步驟3:確定決策變量。以水庫(kù)下泄流量為決策變量。步驟4:確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程。狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為水量平衡方程，即公式(6)。步驟5:確定效益函數(shù)。效益函數(shù)為f(t)=|CDEt_l|(10)步驟6:確定邊界條件。邊界條件為調(diào)度周期的初始庫(kù)容與末期庫(kù)容出于死庫(kù)容。步驟7:確定遞推計(jì)算方程。遞推計(jì)算方程為Ft=min(f(t)+Ft+1)，F(xiàn)T+1=0(11)步驟8:采用逆序解法得到最優(yōu)解。從最后一個(gè)階段開始求局部最優(yōu)解，然后求得包括前一個(gè)階段的局部最優(yōu)解，直到求得包括初始階段的全局最優(yōu)解。(8)決策偏好的交互式調(diào)度上述不同情形下的最優(yōu)解，即為設(shè)定供水率情形下的最優(yōu)調(diào)度方案。本發(fā)明根據(jù)管理者判斷，從這些方案中選擇適宜的調(diào)度方案。定義一個(gè)表示決策人員管理者偏好的系數(shù)，代表社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的負(fù)增長(zhǎng)與生態(tài)效益之間的比值，從而使得決策者管理者能夠判斷單位社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與單位生態(tài)效益之間增減的定量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，從而根據(jù)實(shí)際情況選擇符合決策要求的最優(yōu)調(diào)度方案。dEep:一:t^"(12)p:決策偏好系數(shù)實(shí)施例按照上述方法對(duì)我國(guó)北方某供水型水庫(kù)進(jìn)行模擬調(diào)度。該水庫(kù)防洪庫(kù)容量3.68億m3。興利庫(kù)容為3.59億m3，總庫(kù)容為7.07億m3。多年平均降雨量為774mm，多年平均徑流量為2.89億m3。水庫(kù)的工業(yè)及城市生活用水合計(jì)為18250萬(wàn)m3。在水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，沒(méi)有考慮河流生態(tài)需水，除汛期外水庫(kù)一直處于蓄水狀態(tài)，無(wú)下泄流量。按照本發(fā)明方法，得到結(jié)果如下(1)最小生態(tài)需水量為0.92mVs，適宜生態(tài)需水量為2.75m3/s。(2)分別設(shè)定供水短缺率為O(計(jì)劃供水量)、10%、20%、30%和40%，得到優(yōu)化調(diào)度結(jié)果見表l。按照傳統(tǒng)的調(diào)度方式，水庫(kù)僅僅考慮了防洪和供水兩個(gè)方面，完全忽略了水庫(kù)調(diào)度的生態(tài)效益。按照本發(fā)明方法對(duì)現(xiàn)有調(diào)度方法進(jìn)行改進(jìn)后，在滿足水庫(kù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，生態(tài)目標(biāo)也得到了滿足，使得水庫(kù)的綜合效益得以提升。表1水庫(kù)調(diào)度結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求一種供水型水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方法，其特征在于以適宜生態(tài)需水貼近度表征水庫(kù)調(diào)度的生態(tài)效益，以供水短缺率表征水庫(kù)調(diào)度的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。將生態(tài)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益作為水庫(kù)調(diào)度的目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，建立多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型。通過(guò)供水短缺率設(shè)定的方法，將其轉(zhuǎn)化為約束條件，從而將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單一目標(biāo)問(wèn)題。應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解。水庫(kù)管理者可以依據(jù)調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人偏好設(shè)定相應(yīng)的供水短缺率的值，進(jìn)而得到水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度優(yōu)化方案。全文摘要本發(fā)明系一種供水型水庫(kù)生態(tài)調(diào)度技術(shù)。本發(fā)明以適宜生態(tài)需水貼近度表征水庫(kù)調(diào)度的生態(tài)效益，以供水短缺率表征水庫(kù)調(diào)度的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。將生態(tài)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益作為水庫(kù)調(diào)度的目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，建立多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型。設(shè)定一定的供水短缺率，并將其作為約束條件，從而將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)題。然后通過(guò)設(shè)定一系列供水短缺率的值，得到一系列單目標(biāo)模型。應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法對(duì)這些優(yōu)化模型進(jìn)行求解，可以得到一系列優(yōu)化結(jié)果。管理者可以依據(jù)偏好從中選擇決策，從而得到水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度優(yōu)化方案。文檔編號(hào)G06F19/00GK101789053SQ201010100909公開日2010年7月28日申請(qǐng)日期2010年1月26日優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日發(fā)明者于世偉,楊志峰,楊薇,陳賀申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)