一种适用于滨海地区水资源的多目标优化调度方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于滨海地区水资源的多目标优化调度方法，包括根据滨海地区特点概化水资源系统；确定目标函数和约束条件，建立多水源多目标多用户的滨海地区水资源优化调度模型；利用多目标粒子群算法求解基于帕累托(Pareto)支配的多目标优化问题，通过判断支配关系构建滨海地区水资源优化调度模型的非劣解集；以距“理想解”欧拉距离最小为准则，得出最优方案。本发明专利技术方法以滨海地区工程型和水质型混合缺水的现状为背景，提出一种符合滨海地区特点的平原水库、平原河网与远距离调水工程联合供水的优化调度方法，实现分质供水、优水优用的水资源调度格局，对改善滨海地区水资源短缺的局面具有现实意义。

A Multi-objective Optimal Dispatching Method for Water Resources in Coastal Areas

The invention discloses a multi-objective optimal dispatching method for water resources in coastal areas, which includes generalizing water resources system according to the characteristics of coastal areas, determining objective functions and constraints, establishing multi-source, multi-objective and multi-user optimal dispatching model for water resources in coastal areas, and solving multi-objective optimization problems based on Pareto domination by multi-objective particle swarm optimization algorithm. The non-inferior solution set of the optimal water resources dispatching model in coastal area is constructed by judging the dominant relationship, and the optimal scheme is obtained by taking the minimum Euler distance from the ideal solution as the criterion. Based on the present situation of engineering type and water quality type mixed water shortage in coastal area, the method of the present invention proposes an optimal dispatching method for combined water supply of plain reservoir, plain river network and long-distance water diversion project, which conforms to the characteristics of coastal area, realizes the dispatching pattern of water resources with different quality and high quality, and has practical significance for improving the situation of water shortage in coastal area.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于滨海地区水资源的多目标优化调度方法
本专利技术属于水利水电领域的水资源调度
，尤其涉及一种适用于滨海地区水资源的多目标优化调度方法。
技术介绍
最初的水资源优化调度源于20世纪40年代由Masse提出的水库优化调度问题，国内相对于国外而言水资源调度领域的研究起步较晚，但由于我国水资源问题的复杂性以及供需矛盾的尖锐性，从20世纪80年代开始，我国水资源优化配置与调度的研究受到高度重视，快速发展起来，具体表现在所建模型由简到繁、优化目标由单一到多目标以及研究对象由单一水资源控制工程向复杂大型水资源系统的转变。目前国内对于流域或区域的水资源调度研究成果较为丰富，对于滨海地区研究也有一定成果，如从平原河网目标控制水位动态优化控制的角度研究平原河网的洪水资源利用问题；对比分析滨海地区常规水资源开发利用的多种方法；结合滨海平原地区的海水入侵问题，重点考虑生态需水的水资源优化配置模型。而目前尚无针对滨海地区当地平原河网、平原水库群与远距离调水工程供水联合调度的相关研究。滨海地区地势平坦低洼，不适宜建造大型的蓄水工程，河槽调蓄库容极为有限，导致大量降水径流不能截蓄而白白流失，加上河道平缓，水体流动性差，自净能力弱，形成了工程型和水质型混合缺水的局面。为此，遵循充分利用当地水、尽量截留过境水、合理运用外引水的原则，利用滨海天然湖泊、洼淀、滩涂、河道与古河道等通过挡水坝、围坝、挖塘和控制闸等工程措施修建库容有限、来水靠人工抽引的平原水库群，并与当地平原河网和远距离调水工程相互联合，实现分质供水、优水优用的水资源调度格局，具有现实意义。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有研究的不足，本专利技术基于滨海地区主要水源平原水库的特殊性与独特的水资源开发利用背景，提供一种适用于滨海地区水资源的多目标优化调度方法，建立加权相对总缺水深度最小和供水总成本最小的多目标、多水源、多用户的滨海地区水资源优化调度模型，利用多目标粒子群算法进行优化调度模型的求解。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种适用于滨海地区水资源的多目标优化调度方法，包括以下步骤：(1)根据滨海地区特点概化水资源系统；(2)确定目标函数和约束条件，建立多水源多目标多用户的滨海地区水资源优化调度模型；(3)利用多目标粒子群算法求解基于帕累托支配的多目标优化问题，通过判断支配关系构建滨海地区水资源优化调度模型的非劣解集；(4)以距“理想解”欧拉距离最小为准则，得出最优方案。进一步的，步骤(1)中根据滨海地区水资源的特点，将水资源系统结构概化为水源子系统、输水子系统和用水子系统，其中，水源子系统包括河网概化水库、平原水库和远距离调水工程三类，用水子系统考虑生活、工业、农业、生态四类用户，设有多个分区，总用户数有K个；输水子系统是连接供水子系统和用水子系统的纽带，表征水资源系统的供需关系；平原水库主要供给生活和工业用水，河网概化水库主要用于农业灌溉和生态用水，远距离调水用于生活、工业、农业和生态。进一步的，步骤(2)中目标函数为：目标函数1：加权相对总缺水深度最小其中，K为用水部门数；T为调度时段数；Dk(t)为k用户第t时段的需水量；ck(t)为远距离调水工程第t时段对k用户的直接供水量；为第n平原水库第t时段对k用户的供水量；Ωs为与k用户存在供需关系的平原水库的集合；为第m河网概化水库第t时段对k用户的供水量；Ωh为与k用户存在供需关系的河网概化水库的集合；ρk为用户重要程度系数；其中，模型采用专家打分法确定k用户的重要程度系数，专家人数为F，式中，为第f个专家对k用户的赋分值；目标函数2：系统供水总成本最小其中，αk为远距离调水工程给k用户供水的成本；为第n平原水库给k用户供水的成本；为第m河网概化水库给k用户供水的成本；λn为远距离调水工程充蓄n平原水库的调水成本；ηm为远距离调水工程充蓄m河网概化水库的调水成本；为由第m河网概化水库向n平原水库提水的成本；wn(t)为远距离调水工程第t时段对n平原水库的充蓄水量；ym(t)为远距离调水工程第t时段对m河网概化水库的充蓄水量；为第m河网概化水库第t时段对n平原水库的提升水量；Ωg为与第n平原水库存在提水关系的河网概化水库的集合。进一步的，步骤(2)中约束条件为：(a)河网槪化水库的约束条件水量平衡约束：Vm(t)＝Vm(t-1)+Im(t)+Qm(t)+Pm(t)+ym(t)-Hm(t)-Gm(t)-Um(t)-Δm(t)；其中，Vm(t)、Vm(t-1)为第m河网概化水库第t时段末、初的蓄水量；Im(t)为第m河网概化水库第t时段的当地径流量；Qm(t)为第m河网概化水库第t时段的过境水量；Pm(t)为第m河网概化水库第t时段的灌溉回归水量；Hm(t)为第m河网概化水库第t时段的供水量，其中，Ωm,k为与第m河网概化水库存在供需关系的用户集合；Gm(t)为第m河网概化水库第t时段向平原水库的提水量，其中，Ωm,n为与第m河网概化水库存在提水关系的平原水库集合；Um(t)为第m河网概化水库第t时段的弃水量；Δm(t)为第m河网概化水库第t时段的水量损失；ym(t)为远距离调水工程第t时段对m河网概化水库的充蓄水量；蓄水量约束：Vm,min(t)≤Vm(t)≤Vm,max(t)；其中，Vm,min(t)、Vm,max(t)为第m河网概化水库第t时段末允许的下限与上限蓄水量；提水能力约束：其中，为第m河网概化水库可向n平原水库提升的时段最大水量；允许提水量约束：河网概化水库向平原水库提水，必须满足以下水质标准：(b)平原水库约束水量平衡约束：Vn(t)＝Vn(t-1)+wn(t)+Gn(t)-Sn(t)-Un(t)-Δn(t)；其中，Vn(t)、Vn(t-1)为第n平原水库第t时段末、初的蓄水量；Gn(t)为第n平原水库第t时段从河网的提水量，其中，Ωn,m为与第n平原水库存在提水关系的河网概化水库集合；Sn(t)为第n平原水库第t时段的供水量，其中，Ωn,k为与第n平原水库存在供需关系的用户集合；Un(t)为第n平原水库第t时段的弃水量；Δn(t)为第n平原水库第t时段的水量损失；wn(t)为远距离调水工程第t时段对n平原水库的充蓄水量；蓄水量约束：Vn,min(t)≤Vn(t)≤Vn,max(t)；其中，Vn,min(t)为第n平原水库防咸水位与库底之间的蓄水量；Vn,max(t)为第n平原水库第t时段末允许的上限蓄水量；(c)远距离调水工程约束可调水量约束：其中，Wmax(t)为第t时段可远距离调引的最大水量；调水工程能力约束：ck(t)≤Lk,maxwn(t)≤Ln,maxym(t)≤Lm,max其中，Lk,max为远距离调水工程向k用户直供水时的工程时段输水能力；Ln,max为远距离调水工程向n平原水库调水时的工程时段输水能力；Lm,max为远距离调水工程向m河网概化水库调水时的渠道时段输水能力；ck(t)为远距离调水工程第t时段对k用户的直接供水量；最小、最大需水量约束：其中，为k用户第t时段的最小需水量；为k用户第t时段的最大需水量；为第n平原水库第t时段对k用户的供水量；为第m河网概化水库第t时段对k用户的供水量；Ωs为与k用户存在供需关系的平原水库的集合；Ωh为与k用户本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于滨海地区水资源的多目标优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据滨海地区特点概化水资源系统；(2)确定目标函数和约束条件，建立多水源多目标多用户的滨海地区水资源优化调度模型；(3)利用多目标粒子群算法求解基于帕累托支配的多目标优化问题，通过判断支配关系构建滨海地区水资源优化调度模型的非劣解集；(4)以距“理想解”欧拉距离最小为准则，得出最优方案。

【技术特征摘要】
1.一种适用于滨海地区水资源的多目标优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据滨海地区特点概化水资源系统；(2)确定目标函数和约束条件，建立多水源多目标多用户的滨海地区水资源优化调度模型；(3)利用多目标粒子群算法求解基于帕累托支配的多目标优化问题，通过判断支配关系构建滨海地区水资源优化调度模型的非劣解集；(4)以距“理想解”欧拉距离最小为准则，得出最优方案。2.根据权利要求1所述的一种适用于滨海地区水资源的多目标优化调度方法，其特征在于：步骤(1)中根据滨海地区水资源的特点，将水资源系统结构概化为水源子系统、输水子系统和用水子系统，其中，水源子系统包括河网概化水库、平原水库和远距离调水工程三类，用水子系统考虑生活、工业、农业、生态四类用户，设有多个分区，总用户数有K个；输水子系统是连接供水子系统和用水子系统的纽带，表征水资源系统的供需关系；平原水库主要供给生活和工业用水，河网概化水库主要用于农业灌溉和生态用水，远距离调水用于生活、工业、农业和生态。3.根据权利要求1所述的一种适用于滨海地区水资源的多目标优化调度方法，其特征在于：步骤(2)中目标函数为：目标函数1：加权相对总缺水深度最小其中，K为用水部门数；T为调度时段数；Dk(t)为k用户第t时段的需水量；ck(t)为远距离调水工程第t时段对k用户的直接供水量；为第n平原水库第t时段对k用户的供水量；Ωs为与k用户存在供需关系的平原水库的集合；为第m河网概化水库第t时段对k用户的供水量；Ωh为与k用户存在供需关系的河网概化水库的集合；ρk为用户重要程度系数；其中，模型采用专家打分法确定k用户的重要程度系数，专家人数为F，式中，为第f个专家对k用户的赋分值；目标函数2：系统供水总成本最小其中，αk为远距离调水工程给k用户供水的成本；为第n平原水库给k用户供水的成本；为第m河网概化水库给k用户供水的成本；λn为远距离调水工程充蓄n平原水库的调水成本；ηm为远距离调水工程充蓄m河网概化水库的调水成本；为由第m河网概化水库向n平原水库提水的成本；wn(t)为远距离调水工程第t时段对n平原水库的充蓄水量；ym(t)为远距离调水工程第t时段对m河网概化水库的充蓄水量；为第m河网概化水库第t时段对n平原水库的提升水量；Ωg为与第n平原水库存在提水关系的河网概化水库的集合。4.根据权利要求1所述的一种适用于滨海地区水资源的多目标优化调度方法，其特征在于：步骤(2)中约束条件为：(a)河网槪化水库的约束条件水量平衡约束：Vm(t)＝Vm(t-1)+Im(t)+Qm(t)+Pm(t)+ym(t)-Hm(t)-Gm(t)-Um(t)-Δm(t)；其中，Vm(t)、Vm(t-1)为第m河网概化水库第t时段末、初的蓄水量；Im(t)为第m河网概化水库第t时段的当地径流量；Qm(t)为第m河网概化水库第t时段的过境水量；Pm(t)为第m河网概化水库第t时段的灌溉回归水量；Hm(t)为第m河网概化水库第t时段的供水量，其中，Ωm,k为与第m河网概化水库存在供需关系的用户集合；Gm(t)为第m河网概化水库第t时段向平原水库的提水量，其中，Ωm,n为与第m河网概化水库存在提水关系的平原水库集合；Um(t)为第m河网概化水库第t时段的弃水量；Δm(t)为第m河网概化水库第t时段的水量损失；ym(t)为远距离调水工程第t时段对m河网概化水库的充蓄水量；蓄水量约束：Vm,min(t)≤Vm(t)≤Vm,max(t)；其中，Vm,min(t)、Vm,max(t)为第m河网概化水库第t时段末允许的下限与上限蓄水量；提水能力约束：其中，为第m河网概化水库可向n平原水库提升的时段最大水量；允许提水量约束：河网概化水库向平原水库提水，必须满足以下水质标准：(b)平原水库约束水量平衡约束：Vn(t)＝Vn(t-1)+wn(t)+Gn(t)-Sn(t)-Un(t)-Δn(t)；其中，Vn(t)、Vn(t-1)为第n平原水库第t时段末、初的蓄水量；Gn(t)为第n平原水库第t时段从河网的提水量，其中，Ωn,m为与第n平原水库存在提水关系的河网概化水库集合；Sn(t)为第n平原水库第t时段的供水量，其中，Ωn,k为与第n平原水库存在供需关系的用户集合；Un(t)为第n平原水库第t时段的弃水量；Δn(t)为第n平原水库第t时段的水量损失；wn(t)为远距离调水工程第t时段对n平原水库的充蓄水量；蓄水量约束：Vn,min(t)≤Vn(t)≤Vn,max(t)；其中，Vn,min(t)为第n平原水库防咸水位与库底之间的蓄水量；Vn,max(t)为第n平原水库第t时段末允许的上限蓄水量；(c)远距离调水工程约束可调水量约束：其中，Wmax(t)为第t时段可远距离调引的最大水量；调水工程能力约束：ck(t)≤Lk,maxwn(t)≤Ln,maxym(t)≤Lm,max其中，Lk,max为远距离调水工程向k用户直供水时的工程时段输水能力；Ln,max为远距离调水工程向n平...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟平安，杨敏芝，李洁玉，倪效宽，王文卓，陈颖冰，张娟，林欢，赵强，夏致远，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32