一种基于生态闸门时空水量均衡的分层次配水方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于生态闸门时空水量均衡的分层次配水方法及系统，方法包括：通过缺水程度和轮灌年限对所有生态闸门分类，并对分类后的生态闸门按层次配水，并确定最高配水层次以及各层次的供水水平；再采用生态敏感性指数将参与配水的生态闸门划分等级；根据供水水平以及划分的等级，设置每个参与配水的生态闸门的水量许可系数；并以不同层次配水的总生态效益最大化为目标，求解不同来水情况下每个参与配水的生态闸门的实际配水量。如此，本发明专利技术能够根据众多闸门对水分需求程度、效益回报等对有限水资源进行统筹分配，以获得最大化的生态效益，能够为相关管理机构提供决策支持，对于提高缺水地区水资源利用率具有重要意义。对于提高缺水地区水资源利用率具有重要意义。对于提高缺水地区水资源利用率具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生态闸门时空水量均衡的分层次配水方法及系统


[0001]本专利技术属于水资源高效利用与环境保护
，更具体地，涉及一种基于生态闸门时空水量均衡的分层次配水方法及系统。

技术介绍

[0002]在我国广大的干旱地区，河道来水是工业、农业和生态用水的主要来源，但河水在满足工业、农业用水后留作流域生态补水使用的水量已十分有限。部分流域在补充生态用水时，除了依靠河道干流渗漏外，还沿河道修建专门用于生态补水的闸门将干流河水引入渠道，通过渠道沿程渗漏和水从出口流出后的下渗补充地下水，再提供给河岸植被利用。而如何对有限的水资源进行合理分配使其产生最大化的生态效益，是需要解决的实际问题。
[0003]现有的相关方案中，研究重点多集中在分配不同用水主体的水量，如中国专利技术专利(CN201910488384.9)公开的方法中，提出了一种内陆河流域生产、生活和生态用水的配置思路，但未涉及同种用途闸门之间水量的分配方法；另一方面，现有方法计算河段需水量时多简单地以水文站点为参考断面进行计算，此方法算得的需水量过于宏观难以指导精细调度；在中国专利技术专利(CN201810729786.9)所公开的方法中，提出根据闸坝地理位置对河道分段后计算河段生态需水量，但并未提及水量分配的具体方法。
[0004]鉴于此现状，如何在众多闸门中统筹安排每个闸门的引水量是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于生态闸门时空水量均衡的分层次配水方法及系统，其目的在于解决现有的水量分配方法算得的需水量过于宏观难以指导精细调度的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了基于生态闸门时空水量均衡的分层次配水方法，包括以下步骤：S1：基于各生态闸门引水受益区的植被类型和面积，以及不同植被的供水额度，计算各生态闸门引水受益区的需水量以及各生态闸门配水的单位生态效益；S2：根据缺水程度将所有生态闸门分为M类，所述M由轮灌年限确定；S3：对分类后的M类生态闸门按层次配水；根据折算到待决策河段参考断面的来水量与各层次生态闸门的最大配水量，确定最高配水层次以及各层次的供水水平；S4：采用生态敏感性指数将参与配水的生态闸门划分为N个等级，N为大于或等于3的整数；S5：根据所述供水水平以及步骤S4划分的等级，设置每个参与配水的生态闸门的水量许可系数，从而确定每个参与配水的生态闸门的配水量约束；S6：在满足步骤S5的约束条件下，以不同层次配水的总生态效益最大化为目标，求解不同来水情况下每个参与配水的生态闸门的实际配水量。
[0007]进一步地，所述步骤S1中，所述各生态闸门引水受益区的需水量为：
[0008][0009]其中，d
i
代表第i个生态闸门引水受益区的需水量(m3)；iu代表生态闸门引水受益
区范围内的植被类型；v
i
代表植被类型数量；m
iu
代表植被面积(hm2)；w
iu
代表植被年供水额度(m3/hm2)；
[0010]所述各生态闸门配水的单位生态效益为：
[0011][0012]其中，p
i
代表第i个生态闸门配水的单位生态效益(元/m3)；p
iu
代表单位面积生态价值(元/hm2)；θ
iu
代表价值修正系数。
[0013]进一步地，所述步骤S2中，所述缺水程度为：其中，w
si
为上一年度实际引水量；所述根据所述缺水程度将所有生态闸门分为M类包括：
[0014]s
i
>0为第一类生态闸门，记为g1；
[0015]-1<s
i
≤0为第二类生态闸门，记为g2；
[0016]-2<s
i
≤-1为第三类生态闸门，记为g3；
[0017]……
[0018]s
i
≤-(M-2)为第M类生态闸门，记为gM；
[0019]其中，M为大于或等于4的整数。
[0020]进一步地，所述步骤S3中，对分类后的M类生态闸门按层次配水包括：
[0021]第一层次配水目标为满足g1类生态闸门上一年度缺水量；
[0022]第二层次配水目标为满足g1、g2类生态闸门本年度需水量；
[0023]……
[0024]第M-1层次配水目标为满足g1、g2、
……
、g(M-1)类生态闸门下M-3年度缺水量；
[0025]所述步骤S3中，根据折算到待决策河段参考断面的来水量与各层次生态闸门的最大配水量，确定最高配水层次以及各层次的供水水平，包括：
[0026]若所述来水量小于或等于第一层次最大配水量，则最高配水层次l
max
＝1，且供水水平其中，
[0027]若所述来水量大于第一层次最大配水量且小于或等于第一、第二层次最大配水量之和，则最高配水层次l
max
＝2，且供水水平c1＝1，其中，
[0028]……
[0029]若所述来水量大于第一、第二、
……
、第M-1层次最大配水量之和，则最高配水层次l
max
＝M-1；且供水水平c1＝1，c2＝1，
……
，其中，
[0030]其中，f代表某时期折算到待决策河段参考断面的来水量；dg
M-1
为第M-1层次生态闸门最大配水量，g1＝g1，g2＝g1∪g2，
……
，g
M-1
＝g1∪g2∪
……
∪g(M-1)；为第i个生
态闸门在第M-1层次的最大配水量；α
i
代表参考断面到生态闸门所在断面的河段的输水效率。
[0031]进一步地，所述步骤S4包括：
[0032]按生态敏感性系数的绝对值小于或等于0.5、大于0.5且小于2、大于或等于2，将参与配水的生态闸门划分为EWS1、EWS2和EWS3三个等级；
[0033]其中，所述生态敏感性系数为：
[0034][0035]其中，y代表年度，m代表年数，表示生态闸门引水受益区域y年度6～10月份NDVI平均值，表示y年度第i个生态闸门实际引水量。
[0036]进一步地，所述步骤S5中，配水量约束为：
[0037][0038]其中，表示配水层次为l时，第i个生态闸门的实际配水量；表示配水层次为l时，第i个生态闸门的最大配水量；分别为第l层次配水的最低、最高水量许可系数；
[0039]所述水量许可系数随所述供水水平的下降而减小，且减小的程度随所述生态敏感性系数的绝对值的增大而增大。
[0040]进一步地，所述步骤S6中，所述总生态效益O为：
[0041][0042][0043]其中，l代表配水层次；O
l
代表第l层次配水的生态效益；为决策变量，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生态闸门时空水量均衡的分层次配水方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：基于各生态闸门引水受益区的植被类型和面积，以及不同植被的供水额度，计算各生态闸门引水受益区的需水量以及各生态闸门配水的单位生态效益；S2：根据缺水程度将所有生态闸门分为M类，所述M由轮灌年限确定；S3：对分类后的M类生态闸门按层次配水；根据折算到待决策河段参考断面的来水量与各层次生态闸门的最大配水量，确定最高配水层次以及各层次的供水水平；S4：采用生态敏感性指数将参与配水的生态闸门划分为N个等级，N为大于或等于3的整数；S5：根据所述供水水平以及步骤S4划分的等级，设置每个参与配水的生态闸门的水量许可系数，从而确定每个参与配水的生态闸门的配水量约束；S6：在满足步骤S5的约束条件下，以不同层次配水的总生态效益最大化为目标，求解不同来水情况下每个参与配水的生态闸门的实际配水量。2.根据权利要求1所述的基于生态闸门时空水量均衡的分层次配水方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述各生态闸门引水受益区的需水量为：其中，d
i
代表第i个生态闸门引水受益区的需水量(m3)；iu代表生态闸门引水受益区范围内的植被类型；v
i
代表植被类型数量；m
iu
代表植被面积(hm2)；w
iu
代表植被年供水额度(m3/hm2)；所述各生态闸门配水的单位生态效益为：其中，p
i
代表第i个生态闸门配水的单位生态效益(元/m3)；p
iu
代表单位面积生态价值(元/hm2)；θ
iu
代表价值修正系数。3.根据权利要求1或2所述的基于生态闸门时空水量均衡的分层次配水方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述缺水程度为：其中，w
si
为上一年度实际引水量；所述根据所述缺水程度将所有生态闸门分为M类包括：s
i
>0为第一类生态闸门，记为g1；-1<s
i
≤0为第二类生态闸门，记为g2；-2<s
i
≤-1为第三类生态闸门，记为g3；
……
s
i
≤-(M-2)为第M类生态闸门，记为gM；其中，M为大于或等于4的整数。4.根据权利要求3所述的基于生态闸门时空水量均衡的分层次配水方法，其特征在于，
所述步骤S3中，对分类后的M类生态闸门按层次配水包括：第一层次配水目标为满足g1类生态闸门上一年度缺水量；第二层次配水目标为满足g1、g2类生态闸门本年度需水量；
……
第M-1层次配水目标为满足g1、g2、
……
、g(M-1)类生态闸门下M-3年度缺水量；所述步骤S3中，根据折算到待决策河段参考断面的来水量与各层次生态闸门的最大配水量，确定最高配水层次以及各层次的供水水平，包括：若所述来水量小于或等于第一层次最大配水量，则最高配水层次l
max
＝1，且供水水平其中，若所述来水量大于第一层次最大配水量且小于或等于第一、第二层次最大配水量之和，则最高配水层次l
max
＝2，且供水水平c1＝1，其中，
……
若所述来水量大于第一、第二、
……
、第M-1层次最大配水量之和，则最高配水层次l
max
＝M-1；且供水水平c1＝1，c2＝1，
……
，其中，其中，f代表某时期折算到待决策河段参考断面的来水量；dg
M-1
为第M-1层次生态闸门最大配水量，g1＝g1，g2＝g1∪g2，
……
，g
M-1
＝g1∪g2∪
……
∪g(M-1)；为第i个生态闸门在第M-1层次的最大配水量；α

【专利技术属性】
技术研发人员：严冬，孙怀卫，陈林，刘颉，鲁梦格，王艺洁，宋亮，蔺子琪，曹磊，王随玲，赵冰茜，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：