一种基于多目标优化的平原河网引调水方案获取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多目标优化的平原河网引调水方案获取方法，选择反映引调水改善水环境效果的评估指标；根据所述评估指标构建引调水方案评估体系；根据引调水方案评估体系构建引调水方案的多目标函数；获取不同工况下引调水方案对应的评估数据；根据所述评估数据计算得到不同工况下引调水方案对应的环境效益和经济效益；根据所述环境效益和经济效益对多目标函数进行求解，获取多目标函数最优解对应的引调水方案，作为引调水方案。本发明专利技术克服了目前的评估方法在决策环节存在一定的主观性、缺乏系统性等缺陷，可为广大平原河网地区水环境长效管理与科学决策提供一定的理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多目标优化的平原河网引调水方案获取方法
本专利技术涉及一种基于多目标优化的平原河网引调水方案获取方法，属于水资源调度及处理

技术介绍
平原河网地区经济发达、人口密集、工业企业聚集、污染源众多，且由于地势平坦，河网水动力条件较差，存在局部往复流和滞流等现象，使得水体的抗污染能力较弱，水环境整体质量较差，河道中设置有众多闸、泵站等水工建筑物，水体流动易受到调度方式的影响。引调水则是当前改善平原河网水质较为快捷、经济、且可行性较高的技术方法之一，通过提升水体流动性以增强水体自净能力。由于平原河网中复杂的水系、水环境状况、污染源分布与多样化的闸泵调度方式，如何科学有效地根据特定目标制定与评估引调水方案以求得到较好的水环境改善效果，仍有待进一步研究。在传统的引调水评估方法中，多以引调水前后单项指标的变化为评估标准，客观性不足，导致评估结果的有效性不足。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于多目标优化的平原河网引调水方案获取方法，以解决现有技术中存在的客观性不足的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种平原河网引调水方案获取方法，包括以下步骤：选择反映引调水改善水环境效果的评估指标；根据所述评估指标构建引调水方案评估体系；根据引调水方案评估体系构建引调水方案的多目标函数；获取不同工况下引调水方案对应的评估数据；根据所述评估数据计算得到不同工况下引调水方案对应的环境效益和经济效益；r>根据所述环境效益和经济效益对多目标函数进行求解，获取多目标函数最优解对应的引调水方案，作为引调水方案。进一步的，所述方法还包括：根据水质指标权重和空间点位权重对评估数据进行赋权；根据赋权后的评估数据计算得到环境效益和经济效益；根据评估数据、水质指标权重和空间点位权重计算得到不同工况下引调水方案对应的环境效益和经济效益。进一步的，所述评估数据包括水质改善率和引调水流量；所述水质改善率包括高锰酸盐指数改善率、氨氮改善率和总磷改善率。进一步的，所述水质指标权重或空间点位权重的计算公式为：其中，li为计算单个工况下水质指标权重或空间点位权重的算子；xij为第i项水质指标在第j个工况下的改善率或第i个点位在第j个工况下的改善率；yj代表第j个工况下的水质综合改善率；Li为计算所有工况下水质指标权重的算子；wi水质指标权重或空间点位权重。进一步的，所述引调水方案评估体系包括指标层、空间层与决策层：所述指标层包括高锰酸盐指数、氨氮浓度值和总磷的浓度值；所述空间层包括不同监测点位；所述决策层包括引调水过程中的决策目标。进一步的，所述多目标函数为：其中，y(i)为多目标函数，Ei为各工况i下对应的环境效益，Mi为各工况i下的经济效益，SE为各工况下对应环境效益函数的标准差，SM为各工况下对应经济效益函数的标准差，，各工况下对应环境效益函数的平均值，为各工况下对应经济效益函数的平均值。进一步的，所述环境效益的计算过程如下：根据各项水质指标的单指数计算综合水质指数；根据综合水质指数计算水质改善率；根据水质改善率计算环境效益。进一步的，所述水质指标的单指数的计算公式为：所述综合水质指数的计算公式为：所述水质改善率的计算公式为：其中Pi为水质指标i的单指数，Ci为水质指标i的浓度(mg/L)，Si为水质指标i的评价标准值(mg/L)，P为综合水质指数，Rj为工况j下的水质改善率，P0为引调水前综合水质指数，Pj为工况j下的综合水质指数。进一步的，所述经济效益的计算公式为：M＝0.126Q(5)其中，M为经济效益；Q为引调水流量。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术构建以环境效益与经济效益函数相结合的多目标函数及评价体系，根据不同目标对平原河网区域的不同引调水方案进行评估与优选，确定出特定目标下的最优化引调水方案，提高了评估结果的客观性，获得更加优化的引调水方案，可为平原河网地区水环境管理与水资源-水质综合调控规划提供一定参考与理论支持。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于多目标优化的平原河网引调水方案获取方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的利用一种基于多目标优化的平原河网引调水方案获取方法计算得出的最优化引调水方案示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术实施例，并不用于限制本专利技术实施例。一种平原河网引调水方案获取方法，包括以下步骤：选择反映引调水改善水环境效果的评估指标；根据所述评估指标构建引调水方案评估体系；根据引调水方案评估体系构建引调水方案的多目标函数；获取不同工况下引调水方案对应的评估数据；根据所述评估数据计算得到不同工况下引调水方案对应的环境效益和经济效益；根据所述环境效益和经济效益对多目标函数进行求解，获取多目标函数最优解对应的引调水方案，作为引调水方案。如图1所示，一种基于多目标优化的平原河网引调水方案获取方法，包括如下步骤：S1.根据综合反映引调水改善水环境效果的评估指标获取评估数据；评估数据主要来源于适用区域A的野外实际监测或是利用水环境数值模拟技术对适用区域A建模计算获得，其中可利用的水环境数学模型主要有MIKE、EFDC、WASP等。本实施例中根据野外实际监测数据获取了适用区域内9个监测断面处在引调水前后的水质数据，水质数据主要包括水环境效益数据与经济效益数据：其中水环境效益数据主要为水质改善率，分别包括高锰酸盐指数改善率、氨氮改善率、总磷改善率，水质改善率越高，水环境效益越大；经济效益数据主要为引调水过程中的经济耗费，经济耗费越低，引调水的经济效益越大。S2.构建基于多目标优化的引调水方案评估体系所构建的基于多目标优化的引调水方案评估体系主要包括指标层、空间层与决策层：其中，指标层主要包括高锰酸盐指数、氨氮、总磷三项水质指标；空间层主要包括了平原河网区域(适用区域A)内具有数据的不同监测点位；决策层主要包含引调水过程中的决策目标，本实施例中以提升适用区域A水质改善率为决策目标。基于多目标优化的引调水方案评估体系详见下表：表1S3.利用评估体系建立多目标函数，主要包含以下步骤：a.建立包括环境效益函数与经济效益函数的多目标函数其中，y(i)为多目标函数，i代表各个引调水工况，不同的工况对应不同的引调水水量，Ei为各工况i下对应的环境效益，Mi为各工况i下的经济效益，SE为各工况下对应环境效益函数的标准差，SM为各工况下对应经济效益函数的标准差，为各工况下对应环境效益函数的平均值，为各工况下对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平原河网引调水方案获取方法，其特征在于，包括以下步骤：/n选择反映引调水改善水环境效果的评估指标；/n根据所述评估指标构建引调水方案评估体系；/n根据引调水方案评估体系构建引调水方案的多目标函数；/n获取不同工况下引调水方案对应的评估数据；/n根据所述评估数据计算得到不同工况下引调水方案对应的环境效益和经济效益；/n根据所述环境效益和经济效益对多目标函数进行求解，获取多目标函数最优解对应的引调水方案，作为引调水方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种平原河网引调水方案获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
选择反映引调水改善水环境效果的评估指标；
根据所述评估指标构建引调水方案评估体系；
根据引调水方案评估体系构建引调水方案的多目标函数；
获取不同工况下引调水方案对应的评估数据；
根据所述评估数据计算得到不同工况下引调水方案对应的环境效益和经济效益；
根据所述环境效益和经济效益对多目标函数进行求解，获取多目标函数最优解对应的引调水方案，作为引调水方案。


2.根据权利要求1所述的一种平原河网引调水方案获取方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据水质指标权重和空间点位权重对评估数据进行赋权；
根据赋权后的评估数据计算得到环境效益和经济效益；
根据评估数据、水质指标权重和空间点位权重计算得到不同工况下引调水方案对应的环境效益和经济效益。


3.根据权利要求2所述的一种平原河网引调水方案获取方法，其特征在于，所述评估数据包括水质改善率和引调水流量；所述水质改善率包括高锰酸盐指数改善率、氨氮改善率和总磷改善率。


4.根据权利要求2所述的一种平原河网引调水方案获取方法，其特征在于，所述水质指标权重或空间点位权重的计算公式为：









其中，li为计算单个工况下水质指标权重或空间点位权重的算子；xij为第i项水质指标在第j个工况下的改善率或第i个点位在第j个工况下的改善率；yj代表第j个工况下的水质综合改善率；Li为计算所有工况下水质指标权重的算子；wi水质指标权重或空间点位权重。


5.根据权利要求1所述的一种平原河网引调水方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一平，潘泓哲，陈刚，于珊，程月，岳桢铻，李金华，郑可，杨浩，罗一单，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32