[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

说明书

本发明公开了一种引黄灌区水资源多目标优化配置模型及其求解方法，包括水量模型、泥沙模型和地下水位控制模型三个子模型，水量模型考虑水资源配置效益最大化，以引黄水、地表水及地下水最佳经济分配效果为目标；所述泥沙模型考虑泥沙输送效果，在满足用水效益和地下水位控制的前提下，泥沙输送最小化；所述地下水位控制模型包括土壤次生盐渍化等问题；采用分层序列法分别对水量模型、水量‑泥沙模型和水量‑泥沙‑地下水位控制模型求解。本发明针对引黄灌区面临的水资源供需矛盾、区域环境保护以及泥沙长距离输送三大问题，通过合理的数学模型，建立最优控制效果为目标的优化模型，并将其耦合成多目标优化模型进行求解，得到水资源合理配置方案。

技术领域

本发明涉及一种引黄灌区水资源多目标优化配置模型及其求解方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

黄河水是山东省最主要的客水资源，山东省现有30处引黄灌区，引黄闸63座，设计引水能力2424m3/s，设计灌溉面积2505万亩，占全省有效灌溉面积的33.4％。小开河引黄灌区位于山东省北部，是山东省大型引黄灌区之一，涵盖滨州市开发区、滨城区、惠民、阳信、沾化、无棣6个县(区)，控制灌溉面积115万亩，自建成以来年均引水近2.0亿m3，为区域工农业的发展以及城乡居民生活的改善起了关键作用。随着社会经济的不断发展，小开河灌区的水资源管理也面临着诸多问题。第一，水资源供需矛盾加剧。灌区引黄指标是固定的，2003年以来小浪底水库的调水调沙又冲刷了下游河槽，使灌区年可引水天数比设计天数有所减少。但是，区内的灌溉面积却持续扩大，依赖引黄水的工业和城镇人口也增长很快，因此，灌区的水资源不仅在总量上紧张，在结构上也面临着不同用水行业之间的矛盾。第二，环境问题比较突出。灌区上游处于鲁北淡咸区，下游处于鲁北滨海区，本地地下水资源匮乏，地下水环境脆弱，存在地下水超采、咸水入侵以及土壤次生盐碱化等问题。第三，泥沙问题严重。黄河下游引黄灌区普遍存在因常年的引黄造成的渠道淤积、土地沙化、生态环境恶化等问题。比其他灌区困难的是，小开河灌区渠首没有建设沉沙池的条件，因而将其设在了渠道中部，需要在输水的同时将泥沙长距离输送到沉沙池以避免渠道淤积。水资源供需矛盾、环境保护以及泥沙长距离输送这三大现实问题，是制约灌区社会经济可持续发展的重要因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种引黄灌区水资源多目标优化配置模型，通过构建优化配置模型及求解模型来实现灌区水资源的多目标优化配置。

为解决这一技术问题，本发明提供了一种引黄灌区水资源多目标优化配置模型，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、地表水及地下水在各区各行业内的最佳经济分配效果为目标，限制条件为引黄水总量约束、地表水及有效降雨量约束、地下水可开采量约束、灌溉用水约束、工业用水约束、生活用水约束；

所述泥沙模型考虑泥沙输送效果，在满足用水效益和地下水位控制的前提下，泥沙输送最小化，尽量减少淤积；

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。

所述水量模型的目标函数为

式中：

约束条件为：