[发明专利]小型蓄水工程供水量计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及水资源管理领域，尤其是一种小型蓄水工程供水量计算方法。

背景技术

实行最严格水资源管理制度是从我国当前水资源管理的核心工作，开展用水总量和用水效率计算评估是其中的重要工作内容。我国南方丰水地区，小型蓄水工程具有面广量大、管理形式多元、计量监测设施建设滞后、管理工作基础薄弱等特点，如何有序开展其供水量计算工作满足不同层次管理工作的需要是当前水资源管理上面临的一项紧迫任务。

发明内容

本发明致力于填补小型蓄水工程年供水量计算方法之空白，提出一种基于模拟技术的小型蓄水工程供用水过程长系列模拟模型。在对模型参数进行率定的基础上，根据长系列模拟模型的模拟结果提取小型蓄水工程历年供水量与其主要影响因素的定量数值，组成计算模型基础数据输入序列建立小型蓄水工程供水量计算模型，本发明有效解决了南方丰水地区小型蓄水工程供水量的计算问题。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：

建立基于模拟技术的小型蓄水工程供用水过程长系列模拟模型，建立目标函数如下式：

目标函数：F＝{f₁,f₂,...,f_i,...,f_Ni}，

决策变量：为水库第i年第t时段供水量D_i(t)；当小型蓄水工程蓄水量满足面临时段其供水户用水要求时，当小型蓄水工程蓄水量不足，不能满足面临时段其供水户用水要求时，D_i(t)＝DP_i(t)；

约束条件：①水位约束：Z_min(t)≤Z(t)≤Z_max(t)；②水量平衡约束：

V(t+1)＝V(t)+Q(t)-D(t)-EF(t)-QE(t)；③工程能力约束：gs(t)≤QS_max；④非负约束：上述各式中的各变量大于等于零；

式中：F为目标函数，为历年供水量组成的时间序列；f_i为第i年供水量，Ni为系列总年数。E_i(t,j)为水库第i年第t时段第j用水户需水量，Nj为用水户数量，DP_i(t)为水库第i年第t时段可以供给的水量，Nt为年内时段总数，η_水为水利用系数；Z(t)为第t时段小型蓄水工程蓄水位，Z_max(t)、Z_min(t)分别为第t时段小型蓄水工程蓄水位上限值和下限值；V(t)、V(t+1)分别为第t时段初和时段末的蓄水容积，Q(t)为第t时段小型蓄水工程来水量，EF(t)为第t时段小型蓄水工程蒸发渗漏量，QE(t)为第t时段小型蓄水工程弃水量；gs(t)为第t时段各类工程实际通过水量，QS_max为各类工程最大能力。

基于长系列模拟模型结果建立小型蓄水工程供水量计算模型：

方法原理：基于历年小型蓄水工程供水量系列F＝{f₁,f₂,...,f_i,...,f_Ni}^T和其主要影响因素X_i,k分别采用多元回归方法和BP神经网络方法建立小型蓄水工程供水量计算模型，X_i,k为小型蓄水工程供水量影响参数矩阵，k＝1,...,Nk，Nk为主要影响因素个数；

对于一般三层前向式RBF-ANN，其输入层输入向量为X_i,k、输入层与隐含层连接向量W_i,j、隐含层与输出层连接向量W_j,k和输出层输出F_k组成；RBF神经网络模型包括输入输出模型、作用函数模型、数据点密度计算模型和网络连接向量学习模型；

隐含层输入模型：

RBF-ANN输出模型：

隐含层输出模型：

数据点X_i,k密度D_i计算模型：

网络连接向量学习模型：对于目标函数按照负梯度方向调整神经网络连接向量，即：

式中：Ni为输入向量个数，Nj为隐含层节点数，b为径向基层中的偏差，用来调节基函数的灵敏度。为选中的点，为其密度指标；σ是一个正数，定义了密度指标显著减小的邻域。