本发明专利技术公开了一种引黄灌区水资源多目标优化配置模型及其求解方法，包括水量模型、泥沙模型和地下水位控制模型三个子模型，水量模型考虑水资源配置效益最大化，以引黄水、地表水及地下水最佳经济分配效果为目标；所述泥沙模型考虑泥沙输送效果，在满足用水效益和地下水位控制的前提下，泥沙输送最小化；所述地下水位控制模型包括土壤次生盐渍化等问题；采用分层序列法分别对水量模型、水量-泥沙模型和水量-泥沙-地下水位控制模型求解。本发明专利技术针对引黄灌区面临的水资源供需矛盾、区域环境保护以及泥沙长距离输送三大问题，通过合理的数学模型，建立最优控制效果为目标的优化模型，并将其耦合成多目标优化模型进行求解，得到水资源合理配置方案。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于水利工 程
技术介绍
黄河水是山东省最主要的客水资源，山东省现有30处引黄灌区，引黄闸63座，设 计引水能力2424m3/s，设计灌溉面积2505万亩，占全省有效灌溉面积的33. 4%。小开河引 黄灌区位于山东省北部，是山东省大型引黄灌区之一，涵盖滨州市开发区、滨城区、惠民、阳 信、沾化、无棣6个县（区），控制灌溉面积115万亩，自建成以来年均引水近2. 0亿m3,为区 域工农业的发展以及城乡居民生活的改善起了关键作用。随着社会经济的不断发展，小开 河灌区的水资源管理也面临着诸多问题。第一，水资源供需矛盾加剧。灌区引黄指标是固 定的，2003年以来小浪底水库的调水调沙又冲刷了下游河槽，使灌区年可引水天数比设计 天数有所减少。但是，区内的灌溉面积却持续扩大，依赖引黄水的工业和城镇人口也增长很 快，因此，灌区的水资源不仅在总量上紧张，在结构上也面临着不同用水行业之间的矛盾。 第二，环境问题比较突出。灌区上游处于鲁北淡咸区，下游处于鲁北滨海区，本地地下水资 源匮乏，地下水环境脆弱，存在地下水超采、咸水入侵以及土壤次生盐碱化等问题。第三，泥 沙问题严重。黄河下游引黄灌区普遍存在因常年的引黄造成的渠道淤积、土地沙化、生态环 境恶化等问题。比其他灌区困难的是，小开河灌区渠首没有建设沉沙池的条件，因而将其设 在了渠道中部，需要在输水的同时将泥沙长距离输送到沉沙池以避免渠道淤积。水资源供 需矛盾、环境保护以及泥沙长距离输送这三大现实问题，是制约灌区社会经济可持续发展 的重要因素。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种引黄灌区水 资源多目标优化配置模型，通过构建优化配置模型及求解模型来实现灌区水资源的多目标 优化配置。 为解决这一技术问题，本专利技术提供了一种引黄灌区水资源多目标优化配置模型， 包括水量模型、泥沙模型和地下水位控制模型三个子模型，其中： 所述水量模型考虑水资源配置效益最大化，以引黄水、地表水及地下水在各区各 行业内的最佳经济分配效果为目标，限制条件为引黄水总量约束、地表水及有效降雨量约 束、地下水可开采量约束、灌溉用水约束、工业用水约束、生活用水约束； 所述泥沙模型考虑泥沙输送效果，在满足用水效益和地下水位控制的前提下，泥 沙输送最小化，尽量减少淤积； 所述地下水位控制模型主要包括土壤次生盐渍化问题、超采区漏斗问题以及咸水 入侵问题。 所述水量模型的目标函数为【主权项】1. 一种引黄灌区水资源多目标优化配置模型，其特征在于：包括水量模型、泥沙模型 和地下水位控制模型三个子模型，其中： 所述水量模型考虑水资源配置效益最大化，以引黄水、地表水及地下水在各区各行业 内的最佳经济分配效果为目标，限制条件为引黄水总量约束、地表水及有效降雨量约束、地 下水可开采量约束、灌溉用水约束、工业用水约束、生活用水约束； 所述泥沙模型考虑泥沙输送效果，在满足用水效益和地下水位控制的前提下，泥沙输 送最小化，尽量减少淤积； 所述地下水位控制模型主要包括土壤次生盐渍化问题、超采区漏斗问题以及咸水入侵 问题。2. 根据权利要求1所述的灌区水资源多目标优化配置模型，其特征在于：所述水量模 型的目标函数为Wrijk-k时段i子区j行业地表水用水量Wgijk_k时段i子区j行业地下水使用量 式中：Wduk-k时段i子区j行引黄水使用量 au-i子区行业j行业引黄水利用净效益 0ij-i子区行业j行业地表水利用净效益 Yu-i子区行业j行业地下水利用净效益 约束条件为： 1) 水量平衡：各子区的各行业使用引黄水量之和等于各子区有效引黄量； 2) 供水能力约束：任何时间段的引水总量不能超过水源可供水量，分引黄水、地表水、 地下水三部分； 3) 需水约束 4) 非负约束。3. 根据权利要求1所述的灌区水资源多目标优化配置模型，其特征在于：所述泥沙模 型的目标函数为2) 式中：:调节系数，取0. 05-0. 5n:上游区域集合 约束条件为： 1) 最低流量约束：供水期的平均引水流量不低于3/4设计引水流量； 2) 引水能力约束。4. 根据权利要求1所述的灌区水资源多目标优化配置模型，其特征在于：所述地下水 位控制模型的目标函数为式中：msi;k-i区域k时段的地下水埋深 约束条件为： 1) 水量平衡约束：忽略灌区各地区之间水平方向水量交换，地下水埋深的变化由水量 平衡得出； 2) 地下水埋深约束，地下水埋深的下限为6m。5.根据权利要求1~4任一项所述的灌区水资源多目标优化配置模型的求解方法，其 特征在于：采用分层序列法求解模型： ① 首先水量模型的求解：在单独考虑水量模型的时候，求解模型，可以得到不同水平年 时的灌区最大效益水资源分配方案； ② 水量-泥沙模型的求解：从求解水量模型中得到不同水平年时的最大效益的最优解 后，将其80%作为控制条件，连同其他水量约束嵌入泥沙模型，实现水量-泥沙模型的耦 合，进行求解，得到综合考虑灌区经济效益与引沙量的水资源分配方案； ③ 水量-泥沙-地下水位控制模型的求解：将水量-泥沙模型的最优配置结果的80% 作为控制条件，连同其他水量-泥沙约束一起嵌入地下水位控制模型，实现水量-泥沙-地 下水位控制模型的耦合，求解上述模型，可以得到水量-泥沙-地下水位控制模型的最优 配置结果，以及综合考虑灌区经济效益、引沙量、区域地下水位控制的水资源分配方案。【专利摘要】本专利技术公开了一种，包括水量模型、泥沙模型和地下水位控制模型三个子模型，水量模型考虑水资源配置效益最大化，以引黄水、地表水及地下水最佳经济分配效果为目标；所述泥沙模型考虑泥沙输送效果，在满足用水效益和地下水位控制的前提下，泥沙输送最小化；所述地下水位控制模型包括土壤次生盐渍化等问题；采用分层序列法分别对水量模型、水量-泥沙模型和水量-泥沙-地下水位控制模型求解。本专利技术针对引黄灌区面临的水资源供需矛盾、区域环境保护以及泥沙长距离输送三大问题，通过合理的数学模型，建立最优控制效果为目标的优化模型，并将其耦合成多目标优化模型进行求解，得到水资源合理配置方案。【IPC分类】G06Q10-04, G06Q50-06【公开号】CN104809516【申请号】CN201510178638【专利技术人】王昕 , 金丽, 倪新美, 李慧丽, 毕华军, 郑强, 于志刚, 冯国良, 从容 【申请人】山东省水利科学研究院【公开日】2015年7月29日【申请日】2015年4月16日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种引黄灌区水资源多目标优化配置模型，其特征在于：包括水量模型、泥沙模型和地下水位控制模型三个子模型，其中：所述水量模型考虑水资源配置效益最大化，以引黄水、地表水及地下水在各区各行业内的最佳经济分配效果为目标，限制条件为引黄水总量约束、地表水及有效降雨量约束、地下水可开采量约束、灌溉用水约束、工业用水约束、生活用水约束；所述泥沙模型考虑泥沙输送效果，在满足用水效益和地下水位控制的前提下，泥沙输送最小化，尽量减少淤积；所述地下水位控制模型主要包括土壤次生盐渍化问题、超采区漏斗问题以及咸水入侵问题。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，金丽，倪新美，李慧丽，毕华军，郑强，于志刚，冯国良，从容，
申请(专利权)人：山东省水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37
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