基于极端气候条件下防汛防旱的智能调度决策方法技术

本发明专利技术公开了一种基于极端气候条件下防汛防旱的智能调度决策方法，用于沿江地区，包括如下步骤：步骤1）、获取和采集各种原始数据；步骤2）、初步建立起虚拟水库模型；步骤3）、模型优化；步骤4）、利用步骤3）中得到的最终的数据模型，输出各种数据至各个子功能模块，达到在极端气候条件下沿江地区防汛防旱的智能调度决策目的。该方法能确保数据的科学性、准确性和可靠性，达到专家预警支持及决策方案分析的效果，对于突发暴雨过程，可以及时响应，并立即启动泵站排涝，不但降低了积水量，而且大大减轻了泵站满负荷工作过程，节能减排，有效地提高了沿江地区防汛防旱的预警及处理能力，带动了水资源调度管理整体水平的提升，实用性极强。

【技术实现步骤摘要】
基于极端气候条件下防汛防旱的智能调度决策方法
本专利技术涉及水资源调度领域，尤其涉及一种适用于沿江区域的基于极端气候条件下防汛防旱的智能调度决策方法。
技术介绍
我国是水资源严重短缺、分布不均匀的国家，水资源形势异常严峻。与此同时，近几年沿江流域因极端气候条件引发洪水、内涝的灾害问题日益突出。随着我国在进行现代化经济建设的过程中，各种资源耗费量巨大，早期由于对水资源重视程度不够，随意获取、排放，导致很多水资源被严重污染而无法使用，人均可用水量也逐年下降。水资源短缺及其不平衡性已经成为制约经济社会可持续发展的主要因素之一,加强水资源的管理调控是提高水资源利用效率和改善水质的重要方向。水资源调度是水资源管理的重要内容,其实质是为落实水量分配方案和取用水总量控制方案，统筹水量水质和水生态保护，对流域或行政区域水资源实行统一调配。传统的水资源调度主要包括供水调度、防洪调度、发电调度、水沙调度、航运调度等，重点解决中国四大水问题：水多：即洪水多，洪涝灾害频繁。水少：水资源短缺。水脏：水环境恶化未得到有效控制。水浑：水土流失和生态退化趋势没有根本性改变。以长江为例，长江即是我国的第一大河，同时也是亚洲的第一大河。长江沿岸地区的水资源总量很多，水网密布，湖泊水系众多，但是分布不均，绝大部分地区地势低洼，易受洪涝灾害。这些地区一般以圩区建设为手段，以圩堤、闸站、泵站等水利工程来解决防洪、排涝、水环境调水等问题。而传统的水资源优化调度方式，只重视水量的配置、防洪的需求而忽视了环境生态、水质的重要性，轻视环境水质的优化，造成有限的水资源不能充分高效利用。在未来发展中，环境水质导致的水资源危机大于水量、洪涝危机。基于可持续协调发展的水资源优化配置，水质水量环境同时参与优化配置，充分实现水资源的环保优先、高质高用、低质低用，分质供水。实现环境水质水量统一合理的配置，必将有利于水环境与生态的改善和保护，最终实现水资源开发利用的良性循环。当前，我国水利建设面临着从传统水利向现代水利转变的历史任务。“推进水利信息化建设，提高防洪减灾、水资源调控、水利管理和工程运行的信息化水平，以水利信息化带动水利现代化。”是《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》中明确提出的水利发展方向。为有效地提高沿江地区防汛防旱的预警及处理能力，带动水资源调度管理整体水平的提升，需要建立起一套能够在极端气候条件下、针对沿江地区防汛防旱的智能调度决策系统。国内的科研单位在平原水网地区进行了不同的理论和实践研究，如河海大学杨英的“苏南城镇水资源综合规划研究”，沈晓娟的“苏南水质型缺水地区的水资源合理配置研究”，阮仁良的“平原河网地区水资源调度改善水质的机理和实践研究”及雷四华的“平原河网地区水流模型及其在水资源调度中的应用”，但是这些研究更多的是机理、算法及规划等理论性的成果，无法用于实际工作中的系统应用，无法满足现有信息化基础上的系统化智能管理平台的建设，而且研究的模型算法多是基于传统的水文模型的，这些模型参数量大，算法复杂，直接影响计算机的运算速度，无法实现及时预警的效果。国外的科研单位如德国弗劳恩霍夫应用技术研究院开发了一套基于概念性水文模型的模块库系统”WaterLib”，其模型参数需求有限，有效地解决了计算速度的问题。这个模块库中整合了多个优化模型，该模块库在北京水资源可持续管理决策支持系统中得到了很好的应用。另外欧洲荷兰Delft的专家在莱茵河入海口的平原河网地区运用Hybridwatersystems的算法，对河网利用水利工程参与防洪，海水倒灌进行了有效的研究。但总体来说国外的算法、模型及技术的应用虽然可以在苏南地区的水资源智能化管理中进行借鉴，但针对苏南地区水资源问题的特点及特殊性，必须对德国和荷兰的技术进行创新性整合，并结合本地区水情、水利工程、管理的特点，创建一套新型有效的基于现有信息化基础的平原水网地区防汛防旱智能决策系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能实现水资源开发利用的良性循环并能确保数据的科学性、准确性和可靠性、达到专家预警支持及决策方案分析的目的的适用于沿江地区的基于极端气候条件下防汛防旱的智能调度决策方法。一般而言，进行水资源优化调度的方法有数学规划方法、网络流方法、大系统分解协调方法和模拟技术。当问题规模较大时，可采用大系统分解协调技术处理。模拟技术是评价系统运行方式能否产生预期效益的一个有力工具。因为模拟模型能详细地描述水资源配置系统在各种供水条件、需水过程、运行方式以及环境影响的运行特性和预期效益，同时便于科学求解。因此，随着计算机技术、信息化技术以及传感技术近年来地飞跃发展，目前已经在国内外广泛应用。首先要能够对涉及到水资源的众多复杂数据进行收集、汇总，然后通过优秀的算法建立起可靠、安全、准确的数据调度模型，最后根据模型进行科学的分析和预测，最后输出合理的数据和适当的建议，平时各个地市可以根据这个系统来对水资源进行调度和预警，在汛期旱期，各地防汛防旱指挥部可以根据这些数据和建议来进行最终的决策，合理进行防汛防旱工作。本专利技术专利技术人基于多年的广泛考察、研究和一线工作经验，最终确定了本专利技术的技术方案，具体方案如下：基于极端气候条件下防汛防旱的智能调度决策方法，用于沿江地区，包括如下步骤：步骤1)、获取和采集各种原始数据；为实现数据的全面性，作为优选，获取和采集各种原始数据具体包含：利用包含水位计、闸位仪、水质测定仪、摄像机、盐度计的各种工控传感设备获取和采集包含降雨量、蒸发量、航道水位、边界出入流量、水质、温度、气候气象、工民业用水量的各种原始数据，并从相关部门获取包含河床地貌、农田分布、气象数据在内的各种相关必要辅助信息。步骤2)、根据德国弗劳恩霍夫研究院开发的WaterLib模块库的LorentGever集总式集水区模型进行流域产汇流模型的建模原理，通过采用荷兰Delft工业大学的专家研究的水文混杂系统模型方式再结合将待监控地区水系区域化代入的方式进行虚拟水库模型建模，即初步建立起虚拟水库模型。欧洲荷兰Delft的专家在莱茵河入海口的平原河网地区运用水文混杂系统(Hybridwatersystems)的算法，对河网利用水利工程参与防洪，海水倒灌进行了有效的研究。作为优选，待监控地区水系区域化内容具体步骤包括：a、划分模型区及进行区域概化，具体是根据实际防洪区及行政管理的划分情况划分出若干个主模型区，b、根据水系图划分出多个子模型区；c、将b中的各个子模型区视为各虚拟集水区。由于每个子模型区内河网密布，可以将每个子模型区概化为虚拟水库，整个模型区可视为多个水库，或串联或并联组成的水库群。将水系统的河道合理划分成多个虚拟集水区域，称之为虚拟，是因为本身的水资源系统中没有实体的元素与之对应，为了体现水流随水位的变化，将多条河道的交汇点向外延展一定范围的区域认为水位相同，这个交汇区就是我们的虚拟集水区概念。通过集水区之间的该时段水位差，来分析下一时段水流流向。因此，通过对河道交汇点的虚拟集水区概念的引入，可以更真实逼真地进行河网地区河道水流流向的模拟问题。作为优选，在虚拟水库模型建模之后，实施模型优化之前，还进行模型系统模拟成果与分析，以确认模型模拟结果的好坏，即分析计算流量与实测流量过程差别大小，主要通过如下两本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于极端气候条件下防汛防旱的智能调度决策方法，用于沿江地区，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)、获取和采集各种原始数据；步骤2)、根据德国弗劳恩霍夫研究院开发的WaterLib模块库的Lorent Gever集总式集水区模型进行流域产汇流模型的建模原理，通过采用荷兰Delft工业大学的专家研究的水文混杂系统模型方式再结合将待监控地区水系区域化代入的方式进行虚拟水库模型建模，即初步建立起虚拟水库模型；步骤3)、对步骤2)完成的建模通过基于MLD混合逻辑动态模型的混杂系统模型预测控制进行优化，由此建立起最终虚拟水库模型；步骤4)、利用步骤3)中得到的最终的数据模型，输出各种数据至包含水雨工情实时监测模块、汛情旱情调度管理模块、洪涝灾害预警管理模块、应急响应预警管理模块、闸门泵机远程控制模块在内的各个子功能模块，达到在极端气候条件下沿江地区防汛防旱的智能调度决策目的。

【技术特征摘要】
1.基于极端气候条件下防汛防旱的智能调度决策方法，用于沿江地区，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)、获取和采集各种原始数据；步骤2)、根据德国弗劳恩霍夫研究院开发的WaterLib模块库的LorentGever集总式集水区模型进行流域产汇流模型的建模原理，通过采用荷兰Delft工业大学的专家研究的水文混杂系统模型方式再结合将待监控地区水系区域化代入的方式进行虚拟水库模型建模，即初步建立起虚拟水库模型；步骤3)、对步骤2)完成的建模通过基于MLD混合逻辑动态模型的混杂系统模型预测控制进行优化，由此建立起最终虚拟水库模型；步骤4)、利用步骤3)中得到的最终的数据模型，输出各种数据至包含水雨工情实时监测模块、汛情旱情调度管理模块、洪涝灾害预警管理模块、应急响应预警管理模块、闸门泵机远程控制模块在内的各个子功能模块，达到在极端气候条件下沿江地区防汛防旱的智能调度决策目的。2.根据权利要求1所述的智能调度决策方法，其特征在于，所述步骤1)中获取和采集各种原始数据具体包含：利用包含水位计、闸位仪、水质测定仪、摄像机、盐度计的各种工控传感设备获取和采集包含降雨量、蒸发量、航道水位、边界出入流量、水质、温度、气候气象、工民业用水量的各种原始数据，并从相关部门获取包含河床地貌、农田分布、气象数据在内的各种相关必要辅助信息。3.根据权利要求1所述的智能调度决策方法，其特征在于，所述步骤2)中，待监控地区水系区域化内容具体步骤包括：a、划分模型区及进行区域概化，具体是根据实际防洪区及行政管理的划分情况划分出若干个...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏勇，肖亮，贡斌，王磊，翟羽东，殷婷婷，许玉炜，
申请(专利权)人：江苏鸿利智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32