[发明专利]一种洼地农村圩区水面率优化方法与系统

说明书

本发明公开了一种洼地农村圩区水面率优化方法与系统，主要思想是当遭遇设计暴雨时，通过圩内水面滞蓄与泵站抢排，可及时排出设计暴雨产生的径流不成灾；当日常排水时，圩内水体组成的湿地系统可以净化水质。本发明首先获取当地的降雨信息、现状水面率、现状重要污染因子及浓度；然后建立满足排涝标准和水质净化要求下的水面率优化模型，该模型在现行排涝工程最优水面率约束的基础上，增加了圩内水体对污染物降解的约束；最后采用遗传算法对模型进行求解，得到最优的结果并输出。本发明易于在低洼平原河网地区、圩区推广使用。

技术领域

本发明涉及一种洼地农村圩区水面率优化方法与系统，属于水资源优化配置领域。

背景技术

随着城镇化进程的加速，农村地区大量的水域被侵占，随之而来的是河沟断面缩窄以及区域行洪排涝能力下降，水质、水环境恶化等一系列问题。然而，适宜的水面面积具有一定的调节能力，如坑塘、沟道不仅可以增加可拦蓄水量，减少地区所产生的径流量，提高地区防洪排涝体系的安全性；又能够降解污染物、保护生物多样性、调节气候等。因此，维护适宜的水域面积，发挥水域的多种功能显得十分重要。

发明内容

发明目的：为了克服现有研究方法的不足，本发明目的在于提供一种易于在低洼平原河网地区、圩区推广使用的水面率优化方法与系统，通过构建满足排涝设计标准和水质净化要求下的优化模型，能够定量化确定洼地农村圩区内最优水面率以及排涝流量。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明提供的一种洼地农村圩区水面率优化方法，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；

(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。

作为优选，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。

作为优选，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。

作为优选，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。

作为优选，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：