[发明专利]引黄灌区水资源多目标优化配置模型及其求解方法

权利要求书

1.一种引黄灌区水资源多目标优化配置方法，其特征在于：包括水量模型、泥沙模型和地下水位控制模型三个子模型，其中：

所述水量模型考虑水资源配置效益最大化，以引黄水、地表水及地下水在i子区j行业内的最佳经济分配效果为目标，其中，i＝1、2、3、4、5、6，j＝1、2、3；i＝1时表示小开河灌区的开发区，i＝2时表示小开河灌区的惠民县，i＝3时表示小开河灌区的滨城区，i＝4时表示小开河灌区的阳信县，i＝5时表示小开河灌区的沾化县，i＝6时表示小开河灌区的无棣县；j＝1时表示农业，j＝2时表示工业，j＝3时表示生活行业；

所述水量模型的目标函数为

MaxZ 1 = Σ i Σ j Σ k ( α i , j · Wd i , j , k + β i , j · Wr i , j , k + γ i , j · Wg i , j , k ) ]]>

式中：Wri,j,k-k时段i子区j行业地表水用水量；

Wgi,j,k-k时段i子区j行业地下水使用量；

Wdi,j,k-k时段i子区j行业引黄水使用量；

αi,j-i子区j行业引黄水利用净效益；

βi,j-i子区j行业地表水利用净效益；

γi,j-i子区j行业地下水利用净效益；

约束条件为：

1)水量平衡：i子区的j行业使用引黄水量之和等于i子区有效引黄量；

2)供水能力约束：任何时间段的引水总量不能超过水源可供水量，分引黄水、地表水、地下水三部分；

3)需水约束

Wri,j,k+Wdi,j,k+Wgi,j,k≥Di,j,k；

Wri,j,k+Wdi,j,k+Wgi,j,k≤Gi,j,k；

式中：Di,j,k-k时段i子区j行业最低需水量；

Gi,j,k-k时段i子区j行业最高需水量；

4)非负约束

Wgi,j,k≥0；

Wdi,j,k≥0；

Wri,j,k≥0；

所述泥沙模型考虑泥沙输送效果，在满足用水需求的基础上，泥沙输送最小化，尽量减少淤积；

所述泥沙模型的目标函数为

M a x Z = ( Σ i Σ j Σ k ∈ Ω Wd i , j , k - Σ i Σ j Σ k ∉ Ω Wd i , j , k ) + ( Σ i ∈ Π Σ j Σ k ∈ Ω π · Wd i , j , k - Σ i ∈ Π Σ j Σ k ∉ Ω π · Wd i , j , k ) ]]>

式中：π:调节系数，取0.05-0.5；

Π：上游区域集合；

1)最低流量约束：供水期的平均引水流量不低于3/4设计引水流量；

2)引水能力约束

qik≤Resi

式中：

qik-i子区引水能力；

Resi-i子区最大引黄能力；

所述地下水位控制模型主要包括土壤次生盐渍化问题、超采区漏斗问题以及咸水入侵问题；

所述地下水位控制模型的目标函数为

min Z 3 = Σ i Σ k ( 3 - ms i , k ) 2 ]]>

式中：msi,k-i区域k时段的地下水埋深；

约束条件为：

1)水量平衡约束：忽略灌区各地区之间水平方向水量交换，地下水埋深的变化由水量平衡得出；

ms i , k + 1 = ms i , k - ω i · P i , k · F i + ( Wd i , 1 , k + Wr i , 1 , k ) ( ξ i + σ i ρ i ) + Wg i , 1 , k ( θ i - 1 ) μ i F i + ET i , k ]]>

式中：

Fi-i子区面积；

ωi-i子区降雨补给系数；

Pi,k-i子区k时段降雨；

σi-i子区渠系水利用系数；

ρi-i子区灌溉入渗补给系数；

ξi-i子区渠系入渗补给系数；

θi-i子区井灌回归补给系数；

μi-i子区的给水度；

ETi,k-i子区k时段地下水蒸发强度；

Wdi,1,k-i子区k时段农业用引黄水量；

Wri,1,k-i子区k时段农业用的地表水量；

Wgi,1,k-i子区k时段农业用地下水量；

2)地下水埋深约束，地下水埋深的下限为6m。

2.根据权利要求1所述的灌区水资源多目标优化配置方法的求解方法，其特征在于：采用分层序列法求解模型：

①首先水量模型的求解：在单独考虑水量模型的时候，求解模型，可以得到不同水平年时的灌区最大效益水资源分配方案；

②水量-泥沙模型的求解:从求解水量模型中得到不同水平年时的最大效益的最优解后，将其80％作为控制条件，连同其他水量约束嵌入泥沙模型，实现水量-泥沙模型的耦合，进行求解，得到综合考虑灌区经济效益与引沙量的水资源分配方案；

③水量-泥沙-地下水位控制模型的求解:将水量-泥沙模型的最优配置结果的80％作为控制条件，连同其他水量-泥沙约束一起嵌入地下水位控制模型，实现水量-泥沙-地下水位控制模型的耦合,求解上述模型，可以得到水量-泥沙-地下水位控制模型的最优配置结果，以及综合考虑灌区经济效益、引沙量、区域地下水位控制的水资源分配方案。