[发明专利]一种洼地农村圩区水面率优化方法与系统

权利要求书

1.一种洼地农村圩区水面率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取待优化地区的降雨信息、现状水面率、现状重要污染因子的水质衰减系数及其浓度；

(2)构建至少考虑排涝和水质净化两个因素的水面率优化模型；所述优化模型以满足排涝设计标准和水质净化要求下的水利工程建设总费用最小为目标，约束条件包括待优化地区的外排泵站要能在规定时间内排除设计降雨所产生的径流量、排涝流量与水面率的关系约束、水面率的上下限约束以及经优化地区水体降解后流出的污染物浓度的约束；

所述水面率优化模型的目标函数表示为：

Z＝min{φ₁(x₁)+φ₂(x₂)+φ₃(x₃)}

其中：

Z为水利工程建设总费用，x₁、x₂分别为坑塘水面率、排水沟道水面率，x₃为设计排涝流量，F为待优化地区总面积，h₁、h₂分别为坑塘、排水沟道的平均水深，N₁、N₂分别为现有坑塘水面率、排水沟道水面率，c₁₁、c₁₂分别为每立方米开挖、填埋坑塘的费用，c₂₁、c₂₂分别为每立方米开挖、填埋排水沟道的费用，c₃、c₄分别为排涝泵站单位装机流量的投资、运行管理费用；

(3)采用遗传算法对构建的优化模型进行求解，得到最优的坑塘水面率和排水沟道水面率。

2.根据权利要求1所述的洼地农村圩区水面率优化方法，其特征在于：所述水面率优化模型中待优化地区的外排泵站要能在规定时间内排除设计降雨所产生的径流量的约束表示为：

其中，x₃为设计排涝流量，α为径流系数，P为设计降雨量，T为设计排涝天数，t为泵站在一天内的运行时间。

3.根据权利要求1所述的洼地农村圩区水面率优化方法，其特征在于：所述水面率优化模型中排涝流量与水面率的关系通过拉格朗日插值法拟合得出。

4.根据权利要求1所述的洼地农村圩区水面率优化方法，其特征在于：所述水面率优化模型中经优化地区水体降解后流出的污染物浓度的约束表示为：

其中，C_iend、C_istart分别为最终、初始污染因子i的浓度，C_ir为污染因子i的水质标准值，k_i为污染因子i的水质衰减系数，F为待优化地区总面积，x₁、x₂分别为坑塘水面率、排水沟道水面率，h₁、h₂分别为坑塘、排水沟道的平均水深，q_排为设计排水模数，F_耕地为耕地面积。

5.根据权利要求1所述洼地农村圩区水面率优化方法，其特征在于：所述水面率优化模型中选择氮、磷以及COD_Cr共3个污染因子作为水质达标的控制因子。

6.根据权利要求1所述洼地农村圩区水面率优化方法，其特征在于：所述步骤(3)中采用罚函数法对污染物浓度的约束条件进行处理，若水面率不满足污染因子i去除率约束，则构造障碍函数P_i以及惩罚函数其中，Z为水利工程建设总费用，障碍函数P_i为最终流出污染因子i的浓度与水质标准值的差值，σ为罚因子；水面满足污染因子i去除率约束时，P_i＝0。

7.根据权利要求6所述洼地农村圩区水面率优化方法，其特征在于：所述步骤(3)中遗传算法的适应度函数为惩罚函数的倒数。