多沙河流水质水量一体化配置与调度方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多沙河流水质水量一体化配置与调度方法，S1、采集多沙河流水质水量一体化配置与调度建模所需数据，建立模型物理边界和参数阈值边界；S2、建立多沙河流水质恢复能力评价标准和方法；S3、建立多沙河流水质与水量双控机制；S4、建立多沙河流水质水量一体化配置与调度模型；S5、求解多沙河流水质水量一体化配置与调度模型；S6、生成并输出多沙河流水质水量一体化配置与调度方案。本发明专利技术优点是基于多沙河流6大特征规律辨识和水质恢复能力评价，应用改进后的最小费用最大流理论对模型求解，优选并输出多沙河流水质水量一体化配置与调度方案，为实现多泥沙河流水量与水质同步耦合控制与管理提供了一种新的技术方案。

【技术实现步骤摘要】
多沙河流水质水量一体化配置与调度方法及其系统
本专利技术涉及多泥沙河流水资源优化配置、水库群调度、水质恢复能力评价及水资源管理，尤其是涉及多沙河流水质水量一体化配置与调度方法及其系统。
技术介绍
水量与水质是水资源的两个基本属性，两者是互为依存的统一体。随着人口增长、经济社会发展，水资源需求不断增加，排污量增长，面临的水质与水量双重压力不断加大，水量水质一体化配置与调度成为当前国内外水科学研究的前沿和热点之一。文献研究表明，当前研究对于水质问题关注较多，但同步考虑河流水量水质的研究有限，主要集中在河流水库系统的水量水质耦合关系方面，通过建模优化提出河流水量和污染负荷的配置方案，解决了配置层面的问题，而对于水量水质一体化的调度则研究较少。另外，水质水量一体化配置与调度是一个高维复杂的系统，当前研究多是将高维复杂的问题分解、分步解决，通过确定目标或约束条件与水质水量变量之间的函数关系，逐步求解来实现。水质、水量模型是分离的，依次进行水量模拟和水质模拟的方法实现，忽视了水质与水量的关联与相互作用。我国北方河流普遍面临水资源短缺和水环境恶化等问题交织的严峻局面，而且含沙量往往较大。多沙河流水质水量一体化配置与调度除了要实现水量与水质的同步耦合之外，还涉及河流中的泥沙等固体颗粒物对污染物迁移转化、河流水质恢复能力等的影响。如何统筹防洪、供水、发电、生态、水质等多目标需求，建立一个具有物理机制的河流水质水量一体化配置与调度模型，提供多沙河流取水量和污染物入河量过程分配方案及水库群调度方案，是本领域研究的难点。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种多沙河流水质水量一体化配置与调度方法，本专利技术另一目的在于提供所述多沙河流水质水量一体化配置与调度系统。为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：本专利技术所述多沙河流水质水量一体化配置与调度方法，按照下述步骤进行：S1、采集多沙河流水质水量一体化配置与调度建模所需数据，建立模型物理边界和参数阈值边界，即：采集所述多沙河流水质水量一体化配置与调度涉及范围内逐日水文气象、经济社会、水资源开发利用、污染物排放量和入河量、主要断面水质监测、水量调度方面的基础数据；分析河段的取水量、排水量、污染物排放量和入河量、河段水力特征以及水文气象演变6大特征规律，形成基础数据库，建立模型物理边界和参数阈值；S2、建立多沙河流水质恢复能力评价标准和方法，即：通过模拟实验揭示多沙河流污染物在泥沙上的吸附特征，分析泥沙和黑炭固体颗粒物对污染物吸附的固体浓度效应，解析水体颗粒物对主要污染物降解速率的影响机制，探明多沙河流主要污染物迁移转化规律，研究多沙河流水质恢复途径，建立多沙河流水质恢复能力评价标准和方法；S3、建立多沙河流水质与水量双控机制，即：通过分析多沙河流水量与水质变化之间的互动关系，以断面径流和最小环境流量控制河道取水量、以河段纳污能力控制断面污染物入河量；通过数据的相互传递实现河流水量与水质的耦合，通过数据的循环迭代控制水质与水量双控目标的实现；S4、建立多沙河流水质水量一体化配置与调度模型，即：构建以河段缺水量最小、水功能区水质达标和断面生态需水满足最大控制为目标函数，以河段水量平衡、控制断面生态流量、工程供水能力、梯级水库群系统出力要求、水库运行调度规程为约束，建立具有正向计算、反向修正、自动反馈3层结构的多沙河流水质水量一体化配置与调度模型；S5、求解多沙河流水质水量一体化配置与调度模型，即：以最小费用最大流理论为基础，经改进后将其用于带下限的概化模型网络中进行求解，通过各个供、用、耗、排的水力节点的水量平衡、水流模拟演进、物质迁移转化模拟、水质模拟计算，实现节点水量配置和排污控制的一体优化；S6、生成并输出多沙河流水质水量一体化配置与调度方案，即：模拟用水总量控制+现状排污模式、用水总量控制+达标排放模式实现的河流水质与水量效果，优选水质水量一体化模式，提出流域各地区与取水口的取水、排污总量分配与调度过程控制方案。本专利技术所述多沙河流水质水量一体化配置与调度系统，包括：数据采集与分析模块，采集所述多沙河流水质水量一体化配置与调度涉及范围内逐日水文气象、经济社会、水资源开发利用、污染物排放量和入河量、主要断面水质监测、水量调度方面的基础数据，以数理统计法、主成分分析法、聚类分析法、归因分析法、突变论方法为基础，揭示多沙河流水质水量一体化配置与调度建模所需河段的取水规律、排水规律、污染物排放和入河规律、河段水力特征以及水文气象演变规律，用于建立模型物理边界和参数阈值边界；水质恢复能力评价模块，用于接收模拟实验对于多沙河流污染物的泥沙吸附特征数据，以及泥沙和黑炭固体颗粒物对污染物吸附的固体浓度效应分析数据，建立污染物降解速率与固体颗粒物浓度、水体温度、污染物浓度要素的相关关系，在明确水体水质恢复途径基础上，建立水质恢复能力评价标准和方法；水质与水量双控机制模块，用于接收所述数据采集与分析模块和水质恢复能力评价模块数据，计算断面径流和最小环境流量控制目标下的河道取水量，以及河段纳污能力控制下的断面污染物入河量，拟定水质与水量双控目标；水质水量一体化配置与调度模型构建模块，用于接收所述水质与水量双控机制模块发送的数据，建立多沙河流水质水量一体化配置与调度模型；水质水量一体化配置与调度模型求解模块，用于对建立的所述多沙河流水质水量一体化配置与调度模型进行求解；水质水量一体化配置与调度策略输出模块，用于输出多沙河流水质水量一体化优化模式，提供多沙河流流域各地区与取水口的取水、排污总量分配与调度过程控制方案。本专利技术优点是基于多沙河流6大特征规律辨识和水质恢复能力评价，计算断面径流和最小环境流量控制目标下的河道取水量，以及河段纳污能力控制下的断面污染物入河量，拟定水质与水量双控目标，建立多沙河流水质水量一体化配置与调度模型，应用改进后的最小费用最大流理论对模型求解，优选并输出多沙河流水质水量一体化配置与调度方案，为实现多泥沙河流水量与水质同步耦合控制与管理提供了一种新的技术方案。附图说明图1是本专利技术实施例的水质水量一体化模型优化流程图。图2是本专利技术实施例用于模型系统控制结构框图。图3是本专利技术实施例用于黄河兰州至河口镇河段水质水量一体化网络模型框架图。图4是本专利技术实施例用于水质水量一体化配置与调度模型控制流程框图。具体实施方式为便于对本专利技术的进一步理解，现以黄河兰州至河口镇河段为例作进一步详细说明：如图1所示，本专利技术所述多沙河流水质水量一体化配置与调度方法，按照下述步骤进行：S1、采集多沙河流黄河兰州至河口镇河段水质水量一体化配置与调度所需数据，即：采集黄河兰州至河口镇河段涉及范围内兰州、下河沿、石嘴山、三湖河口、镫口、河口镇等站点的逐日降雨、水文、水质、用水、排水数据和断面水力特征参数，以及龙羊峡、刘家峡等大型水库特征参数、逐日入库径流、发电出力等要求数据，以数理统计法、主成分分析法、聚类分析法、归因分析法、突变论等方法为基础，揭示黄河兰州至河口镇河段的取水规律、排水规律、污染物排放和入河规律、河段水力特征以及水文气象演变规律，构建具有物理机制的河段水资源系统拓扑结构图，设定主要参数阈值边界；S2、建立多沙河流黄河兰州至河口镇河段水质恢复能力评价标准和方法，即：通过模拟实验揭示黄河兰州至河口镇河段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多沙河流水质水量一体化配置与调度方法，其特征在于：按照下述步骤进行：S1、采集多沙河流水质水量一体化配置与调度建模所需数据，建立模型物理边界和参数阈值边界，即：采集所述多沙河流水质水量一体化配置与调度涉及范围内逐日水文气象、经济社会、水资源开发利用、污染物排放量和入河量、主要断面水质监测、水量调度方面的基础数据；分析河段的取水量、排水量、污染物排放量和入河量、河段水力特征以及水文气象演变6大特征规律，形成基础数据库，建立模型物理边界和参数阈值；S2、建立多沙河流水质恢复能力评价标准和方法，即：通过模拟实验揭示多沙河流污染物在泥沙上的吸附特征，分析泥沙和黑炭固体颗粒物对污染物吸附的固体浓度效应，解析水体颗粒物对主要污染物降解速率的影响机制，探明多沙河流主要污染物迁移转化规律，研究多沙河流水质恢复途径，建立多沙河流水质恢复能力评价标准和方法；S3、建立多沙河流水质与水量双控机制，即：通过分析多沙河流水量与水质变化之间的互动关系，以断面径流和最小环境流量控制河道取水量、以河段纳污能力控制断面污染物入河量；通过数据的相互传递实现河流水量与水质的耦合，通过数据的循环迭代控制水质与水量双控目标的实现；S4、建立多沙河流水质水量一体化配置与调度模型，即：构建以河段缺水量最小、水功能区水质达标和断面生态需水满足最大控制为目标函数，以河段水量平衡、控制断面生态流量、工程供水能力、梯级水库群系统出力要求、水库运行调度规程为约束，建立具有正向计算、反向修正、自动反馈3层结构的多沙河流水质水量一体化配置与调度模型；S5、求解多沙河流水质水量一体化配置与调度模型，即：以最小费用最大流理论为基础，经改进后将其用于带下限的概化模型网络中进行求解，通过各个供、用、耗、排的水力节点的水量平衡、水流模拟演进、物质迁移转化模拟、水质模拟计算，实现节点水量配置和排污控制的一体优化；S6、生成并输出多沙河流水质水量一体化配置与调度方案，即：模拟用水总量控制+现状排污模式、用水总量控制+达标排放模式实现的河流水质与水量效果，优选水质水量一体化模式，提出流域各地区与取水口的取水、排污总量分配与调度过程控制方案。...

【技术特征摘要】
1.一种多沙河流水质水量一体化配置与调度方法，其特征在于：按照下述步骤进行：S1、采集多沙河流水质水量一体化配置与调度建模所需数据，建立模型物理边界和参数阈值边界，即：采集所述多沙河流水质水量一体化配置与调度涉及范围内逐日水文气象、经济社会、水资源开发利用、污染物排放量和入河量、主要断面水质监测、水量调度方面的基础数据；分析河段的取水量、排水量、污染物排放量和入河量、河段水力特征以及水文气象演变6大特征规律，形成基础数据库，建立模型物理边界和参数阈值；S2、建立多沙河流水质恢复能力评价标准和方法，即：通过模拟实验揭示多沙河流污染物在泥沙上的吸附特征，分析泥沙和黑炭固体颗粒物对污染物吸附的固体浓度效应，解析水体颗粒物对主要污染物降解速率的影响机制，探明多沙河流主要污染物迁移转化规律，研究多沙河流水质恢复途径，建立多沙河流水质恢复能力评价标准和方法；S3、建立多沙河流水质与水量双控机制，即：通过分析多沙河流水量与水质变化之间的互动关系，以断面径流和最小环境流量控制河道取水量、以河段纳污能力控制断面污染物入河量；通过数据的相互传递实现河流水量与水质的耦合，通过数据的循环迭代控制水质与水量双控目标的实现；S4、建立多沙河流水质水量一体化配置与调度模型，即：构建以河段缺水量最小、水功能区水质达标和断面生态需水满足最大控制为目标函数，以河段水量平衡、控制断面生态流量、工程供水能力、梯级水库群系统出力要求、水库运行调度规程为约束，建立具有正向计算、反向修正、自动反馈3层结构的多沙河流水质水量一体化配置与调度模型；S5、求解多沙河流水质水量一体化配置与调度模型，即：以最小费用最大流理论为基础，经改进后将其用于带下限的概化模型网络中进行求解，通过各个供、用、耗、排的水力节点的水量平衡、水流模拟演进、物质迁移转化模拟、水质模拟计算，实现节点水量配置和排...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭少明，王煜，郑小康，何刘鹏，靖娟，郭兵托，
申请(专利权)人：黄河勘测规划设计有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41