一种面向生态稳定的地表水与地下水联合调控方法技术

本发明专利技术公开一种面向生态稳定的地表水与地下水联合调控方法，包括建立底层模型与顶层模型，基于大系统分解协调原理、水平衡原理和供需水预测模型的多目标、多水源面向生态稳定的双层水资源优化调控模型，底层模型包含流域中游和下游两个子模型，目标分别趋向于经济与生态效益最大化，顶层模型目标则趋向于流域综合效益最大化。该模型能够通过优化调整种植结构、产业结构以及各区域的配水量和地下水位来协调农业用水与生态用水矛盾，进而实现荒漠绿洲的生态稳定与恢复。

【技术实现步骤摘要】
一种面向生态稳定的地表水与地下水联合调控方法
本专利技术涉及调控方法
，特别是涉及一种面向生态稳定的地表水与地下水联合调控方法。
技术介绍
在近百年来，气候变化和人类活动对水资源、生态系统产生了较大影响，全球范围内需水量的大幅增长与水资源的短缺形成了尖锐矛盾，极端水事件发生频率不断提升，生态环境不断恶化。水资源合理调控作为解决这些问题的有效手段之一，已经开展了很多研究，但针对兼具上游产水、中游灌溉、下游荒漠绿洲的干旱内陆河流域系统，如何通过地表水与地下水(地下水位)联合调控，保持与恢复荒漠绿洲的生态，同时实现生态耗水与农业用水相协调是亟待解决的科学问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种面向生态稳定的地表水与地下水联合调控方法，包括建立底层模型与顶层模型，具体方法如下：所述底层模型建立中，选用农业和工业效益最大化作为中游子系统的目标函数，把各分区每个部门的配水量作为决策变量，通过毛灌溉效益与灌区灌水成本的差值、工业配水量与万元工业增加值用水量的比值来表征经济效益，目标函数如下：r>本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向生态稳定的地表水与地下水联合调控方法，其特征在于，包括建立底层模型与顶层模型，具体方法如下：/n所述底层模型建立中，选用农业和工业效益最大化作为中游子系统的目标函数，把各分区每个部门的配水量作为决策变量，通过毛灌溉效益与灌区灌水成本的差值、工业配水量与万元工业增加值用水量的比值来表征经济效益，目标函数如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种面向生态稳定的地表水与地下水联合调控方法，其特征在于，包括建立底层模型与顶层模型，具体方法如下：
所述底层模型建立中，选用农业和工业效益最大化作为中游子系统的目标函数，把各分区每个部门的配水量作为决策变量，通过毛灌溉效益与灌区灌水成本的差值、工业配水量与万元工业增加值用水量的比值来表征经济效益，目标函数如下：









式中：ABl—l灌区农业效益，万元；IBl—l灌区工业效益，万元；N—水源类型，取值为1-2，分别代表地表水、地下水；I—用水部门，取值为1-4，分别代表农业、工业、生活、生态；J—作物种类，取值为1-8，分别代表小麦、玉米、薯类、其他粮食作物、油料、蔬菜、玉米制种、其他经济作物；L—水资源分区；f1(Xz)—中游经济效益函数；Bj—作物j的单价，元/kg；Ylj—l灌区作物j的单位产量，kg/hm2；Xljn—l灌区中j作物n水源的田间配水量，m3；SJn—每种水源的价格，元/m3；ej—作物j的综合灌溉定额，m3/hm2；IP—万元工业增加值用水量，m3/万元；βn—n灌区渠系水利用系数；
干旱内陆河流域系统下游社会经济行业用水量较小，主要考虑各分区内生态需水的情况，以各分区生态配水量为决策变量，通过各区域植被缺水率最小来表征生态效益，目标函数如下：



式中：f2(Xx)—下游生态效益函数；L—水资源分区；N—计算时段，取值为1-12，代表12个月；—目标年第m个子区第n月份的生态需水量，亿m3；—目标年下游生态需水总量，亿m3；Xmn—第m个子区第n月份的实际配水量，亿m3；所述顶层模型建立中采用的目标函数选用流域综合效益最大化来表征，目标函数如下：
F＝max(F1(Xz)-F2(Xx))
式中：F1(Xz)—无量纲化后的经济效益函数；F2(Xx)—生态效益函数；F—流域综合效益。


2.根据权利要求1所述的一种面向生态稳定的地表水与地下水联合调控方法，其特征在于，所述底层模型建立中包括如下约束条件分别为：a.地表水可利用量约束、b.地下水可开采量约束、c.输水约束、d.灌区面积约束、e.粮食安全约束、f.最小农业需水约束、g.最大下泄量约束、h.用水效率约束、i.地表水水平衡约束、j.地下水平衡约束、k.优先级约束。


3.根据权利要求2所述的一种面向生态稳定的地表水与地下水联合调控方法，其特征在于，所述a.地表水可利用量约束是地表水供水量不可超过地表水可利用量；



式中：Qmax—地表水可利用量，亿m3；
所述b.地下水可开采量约束是地下水开采量不得超过地下水可开采量；



式中：Rmax—地下水可开采量，亿m3；
所述c.输水约束是各灌区引水量不得大于水利工程最大输水能力；



式中：Qlmax—各灌区水利工程最大输水能力，亿m3；
所述d.灌区面积约束
Almax≥Al≥Almin
式中：Almax—现状年各灌区面积，hm2；Almin—各灌区最小灌溉面积，hm2；Al—各灌区农业配水面积，hm2。
所述e.粮食安全约束是各灌区粮食产量应保障区域粮食需求；



式中：Pl—l区域人口，人；N—最小粮食需求量，kg/人；
所述f.最小农业需水约束是各灌区灌水量在满足生活、生态需水后，应大于各灌区最小农业需水量，即可以维持当地粮食安全的需水量；



式中：Dmin—最小农业需水量约束，亿m3；
所述g.最大下泄量约束是中下游节点下泄量应大于下游最小需水量；
Qz>Wxmin
式中：Wxmin—下游最小需水量，亿m3。
所述h.用水效率约束
Ejmax>ej>Ejmin
式中：Ejmax—最大用水控制定额，m3/hm2，现状年定额；

【专利技术属性】
技术研发人员：马龙，乔子戌，刘廷玺，冯起，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：内蒙古农业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15