[发明专利]基于边际效益优化的流域多维系统水资源配置方法和模型

说明书

本发明提出一种用于基于边际效益优化的流域多维系统水资源配置的copula随机分式规划模型及水资源配置方法。通过检验不同概率组合情景下水资源分配方案，解析水‑电力‑耕地资源短缺以及违约风险之间的复杂关系，提出一系列不同情境下政策方案。同时通过分式规划，深入分析系统效率和环境违约风险的权衡关系，对于综合环境、经济和系统可靠性因素的决策提供建议。

技术领域

本发明涉及资源利用技术领域，具体涉及一种基于边际效益优化的流域多维系统水资源配置方法。

背景技术

作为社会经济生产重要资源，水、粮食和能源三者相互制约，密不可分。在全球气候变化加剧和人口持续增加的大背景下，淡水资源不断减少，能源需求不断增加，粮食供给不确定性愈加严重，三者之间的相关性和约束性特征也日益突出。研究水资源-粮食-能源系统的关联关系和协调发展水平对促进区域可持续发展具有重要意义。为满足日益增长的经济发展与粮食需求，大规模的农田灌溉和低效率的灌溉模式造成了大量水资源被浪费，同时，为了解决电力缺口问题，流域水库电站的拦蓄调节也导致大量水资源被占用，从而影响到下游地区的生活生产活动。水资源短缺不仅会引发粮食及能源供应危机，还会引发湿地退化、湖泊萎缩、土壤盐渍化等一系列生态环境问题。为保障流域安全和社会经济可持续发展，针对水-粮食-能源关联系统的综合管理已经迫在眉睫。

流域水资源-能源-粮食多维系统存在着许多不确定性和复杂性。首先，水资源分配、能源生产和粮食生产过程相互关联，任一系统要素的变化都将带来不同的系统响应，从而引发流域多维系统的联合风险。其次，受自然条件和社会经济条件影响，水-能-粮食关联系统各组成部分及其相互关系往往存在不确定性。例如，可利用水资源量通常表现为随径流的随机分布，随机的水资源量又将导致耕地面积与水电生产发生变化。这些不确定要素及其之间复杂的相互作用加剧了各用户之间的竞争关系，影响着决策的准确性与可靠性，然而，现有的随机规划往往只能解决参数具有的单一不确定性，无法量化表征多维系统中随机参数的交互作用。此外，不同的决策者往往有着不同的决策偏好，如经济效益最大化和资源利用最小化，现有的多目标优化方法大多往往需要预设主观权重，无法有效量化系统效率，平衡经济发展与资源节约之间的冲突。因此,本申请引入copula随机分式规划方法,应用到流域水资源多维系统管理规划中,以反映并处理这种不确定性和复杂性，优化系统边际效益，为决策方案的生成提供技术支撑。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，针对水、能源及粮食系统的复杂关联关系与水资源利用效率低下问题，本发明研究农业、电力及粮食生产部门的实际水资源分配及用水消费情况，抽象出数学模型，构建一种copula随机分式规划模型系统，解决利用效率低下的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于基于边际效益优化的流域多维系统水资源配置的copula随机分式规划模型，所述模型具体为，目标函数：配水边际效益最优化，

约束条件如下，

各用户可利用水资源量约束：

流域最大水电生产能力约束：

耕地面积约束：

联合概率约束：

C(1-p₁，1-p₂，1-p₃)＝1-p，

粮食安全约束：

电力安全约束：

水库水量平衡约束：

水库库容约束：