[发明专利]一种流域运行水位水质效益评估方法及系统

权利要求书

1.一种流域运行水位水质效益评估方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1、建立流域信息一张图展示模块，为流域水资源调度及水质管理提供信息辅助支撑，该模块能够展示流域各类信息，包括实时监测信息、流域基础信息、业务管理信息，其中，实时监测信息包括水质监测信息、气象监测信息、水文监测信息，流域基础信息包括流域水系图、流域基础属性资料，业务管理信息包括流域历史调度信息、专家经验信息、综合业务办理信息；

S2、建立水质效益评估计算模块，该水质效益评估计算模块包括水位运行与水质响应关系曲线、水位调控基本情景、流域三维水动力-水质模型、流域水资源优化调度4个子模块；

所述步骤S2的具体实现过程如下，

（1）建立水位运行与水质响应关系曲线子模块：

按照湖体的枯水期和丰水期对历史基础数据进行划分，分别将枯水期和丰水期的湖体特征数据与对应年份的湖体水质监测数据进行一一对应，生成给定数据组，并制作关系散点图；采用最小二乘法对给定数据组进行多项式曲线拟合，最后给出拟合的多项式系数，并生成拟合关系曲线；

（2）建立水位调控基本情景子模块：

湖体水位调控基本情景包括全年最低运行水位、全年最高运行水位、当前运行水位、枯水期最高水位、丰水期最低水位；依托水位调控基本情景子模块，能够分析不同情景下的水质、水龄变化规律；

（3）建立流域三维水动力-水质模型子模块：

流域三维水动力-水质模型是采用污染源分析模型、水动力学模型与水质模型集成模拟的方式，模拟计算流域区域水动力、浮游生物动态变化、磷循环、氮循环和溶解氧平衡，同时能够对污染物在水环境中的行为进行模拟和预测；

（4）建立流域水资源优化调度子模块：

构建不确定性模拟-优化方法，基于建立好的水位运行与水质的响应关系曲线以及不同水位调控基本情景下的水质、水龄变化规律，以流域三维水动力-水质模型为核心，实现流域水资源优化调度；其中，不确定性模拟-优化方法具体构建方式为：

利用非线性区间分析方法求出每个目标函数和约束函数在湖体枯水期和丰水期的上下界，采用区间序关系来处理不确定性目标函数，利用目标函数中点值来计算多目标优化问题的非劣解，同时，通过区间可能度来处理约束函数，将非线性区间多目标优化问题转化为确定性多目标优化问题，利用微型多目标遗传算法对转换后的确定性多目标优化问题进行求解；

不确定性模拟-优化方法的基本公式如下：

式中和分别为目标函数和约束函数，为n维设计向量，_R、_L分别为设计向量的上下限；参数I、m、n分别表示优化问题中的目标函数、约束函数、涉及变量的个数；

S3、构建流域水资源优化调度方案编制平台模块，获取步骤S1建立的流域信息一张图展示模块的数据信息，并基于步骤S2建立的水质效益评估计算模块对该数据信息进行分析计算，生成流域水资源优化调度方案；

S4、构建调度模拟仿真评价模块，对于步骤S3生成的流域水资源优化调度方案，利用步骤S2建立的水质效益评估计算模块进行反向计算，生成流域水资源优化调度方案的评价报告；同时，调度模拟仿真评价模块能够展现水质效益评估计算模块的反向计算结果；

S5、构建调度经验迭代自更新模块，基于专家经验对生成的流域水资源优化调度方案进行评价分析，并反馈信息至水质效益评估计算模块、调度模拟仿真评价模块，以实现水质效益评估计算模块、调度模拟仿真评价模块的更新完善。

2.一种流域运行水位水质效益评估系统，其特征在于：包括，

流域信息一张图展示模块，为流域水资源调度及水质管理提供信息辅助支撑，该模块能够展示流域各类信息，包括实时监测信息、流域基础信息、业务管理信息，其中，实时监测信息包括水质监测信息、气象监测信息、水文监测信息，流域基础信息包括流域水系图、流域基础属性资料，业务管理信息包括流域历史调度信息、专家经验信息、综合业务办理信息；

水质效益评估计算模块，该水质效益评估计算模块包括水位运行与水质响应关系曲线、水位调控基本情景、流域三维水动力-水质模型、流域水资源优化调度4个子模块；

所述水质效益评估计算模块具体实现功能如下：

（1）建立水位运行与水质响应关系曲线子模块：

按照湖体的枯水期和丰水期对历史基础数据进行划分，分别将枯水期和丰水期的湖体特征数据与对应年份的湖体水质监测数据进行一一对应，生成给定数据组，并制作关系散点图；采用最小二乘法对给定数据组进行多项式曲线拟合，最后给出拟合的多项式系数，并生成拟合关系曲线；

（2）建立水位调控基本情景子模块：

湖体水位调控基本情景包括全年最低运行水位、全年最高运行水位、当前运行水位、枯水期最高水位、丰水期最低水位；依托水位调控基本情景子模块，能够分析不同情景下的水质、水龄变化规律；

（3）建立流域三维水动力-水质模型子模块：

流域三维水动力-水质模型是采用污染源分析模型、水动力学模型与水质模型集成模拟的方式，模拟计算流域区域水动力、浮游生物动态变化、磷循环、氮循环和溶解氧平衡，同时能够对污染物在水环境中的行为进行模拟和预测；

（4）建立流域水资源优化调度子模块：

构建不确定性模拟-优化方法，基于建立好的水位运行与水质的响应关系曲线以及不同水位调控基本情景下的水质、水龄变化规律，以流域三维水动力-水质模型为核心，实现流域水资源优化调度；其中，不确定性模拟-优化方法具体构建方式为：

利用非线性区间分析方法求出每个目标函数和约束函数在湖体枯水期和丰水期的上下界，采用区间序关系来处理不确定性目标函数，利用目标函数中点值来计算多目标优化问题的非劣解，同时，通过区间可能度来处理约束函数，将非线性区间多目标优化问题转化为确定性多目标优化问题，利用微型多目标遗传算法对转换后的确定性多目标优化问题进行求解；

不确定性模拟-优化方法的基本公式如下：

式中和分别为目标函数和约束函数，为n维设计向量，_R、_L分别为设计向量的上下限；参数I、m、n分别表示优化问题中的目标函数、约束函数、涉及变量的个数；

流域水资源优化调度方案编制平台模块，获取所述流域信息一张图展示模块的数据信息，并基于所述水质效益评估计算模块对该数据信息进行分析计算，生成流域水资源优化调度方案；

调度模拟仿真评价模块，对于所述流域水资源优化调度方案编制平台模块生成的流域水资源优化调度方案，利用所述水质效益评估计算模块进行反向计算，生成流域水资源优化调度方案的评价报告；同时，调度模拟仿真评价模块能够展现水质效益评估计算模块的反向计算结果；

调度经验迭代自更新模块，基于专家经验对生成的流域水资源优化调度方案进行评价分析，并反馈信息至水质效益评估计算模块、调度模拟仿真评价模块，以实现水质效益评估计算模块、调度模拟仿真评价模块的更新完善。