一种基于生态闸门特征的水量分配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特征的水量分配方法及系统，方法包括：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；在待决策河段参考断面制定总水量约束；以NDVI、生态敏感性指数和缺水程度作为生态闸门的分类指标，使用系统聚类的方法分别对缺水程度大于0和缺水程度小于0的生态闸门进行分类；根据生态闸门类型以及来水情况设置各生态闸门的水量许可系数；以线性规划方法求解不同来水情况下生态效益最大时各生态闸门的实际引水量。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。资源利用率具有重要意义。资源利用率具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生态闸门特征的水量分配方法及系统


[0001]本专利技术涉及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特征的水量分配方法及系统。

技术介绍

[0002]在我国广大的干旱半干旱地区，河道来水是工业、农业和生态用水的主要来源，但来水在满足工业、农业用水后留作流域生态补水的水量已十分有限。部分流域在补充生态用水时，除了依靠河道干流渗漏补水外，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。
[0003]现有研究方案中，在计算河道需水量时，多简单地以水文站点为计算断面进行计算，此方法算得的需水量过于宏观难以指导精细调度；此外，中国专利技术专利(CN201810729786.9)所公开的方法中，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；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方法，但未涉及同种用途闸门之间水量的分配方法。
[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特征的水量分配方法及系统，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特征的水量分配方法，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：在待决策河段参考断面制定总水量约束，使得折算到所述参考断面的可供生态闸门引用的总水量不超过所有生态闸门需水总量；S3：以NDVI、生态敏感性指数和缺水程度作为生态闸门的分类指标，使用系统聚类的方法分别对所述缺水程度大于0和缺水程度小于0的生态闸门进行分类；S4：根据生态闸门类型以及来水情况设置各生态闸门的水量许可系数，从而确定各生态闸门的引水量上下边界；S5：在满足步骤S4的约束条件下，以线性规划方法求解不同来水情况下生态效益最大时各生态闸门的实际引水量，所述生态效益为各生态闸门的引水量与所述单位生态效益乘积之和。
[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；e
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，所述总水量约束表示为：
[0014][0015]其中，Q
i
为第i个生态闸门的引水量(m3)；n为总闸门数；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；表示折算到参考断面的可供生态闸门引用的总水量；c为折算到参考断面的可供生态闸门引用的总水量与折算到参考断面的所有生态闸门需水总量的比值，0≤c≤1。
[0016]进一步地，所述步骤S3中，所述缺水程度为：其中，s
i
为第i个生态闸门的缺水程度，w
si
为上一年度实际引水量(m3)。
[0017]进一步地，所述步骤S4中，对于缺水程度大于0的生态闸门，其水量许可系数的上下限都大于c，且随c值的减小而减小；对于缺水程度小于0的生态闸门，其水量许可系数上下限均小于c，且随c值的减小而减小。
[0018]本专利技术另一方面提供了一种基于生态闸门特征的水量分配系统，包括：
[0019]计算模块，用于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；
[0020]第一约束模块，用于在待决策河段参考断面制定总水量约束，使得折算到所述参考断面的可供生态闸门引用的总水量不超过所有生态闸门需水总量；
[0021]闸门分类模块，用于以NDVI、生态敏感性指数和缺水程度作为生态闸门的分类指标，使用系统聚类的方法分别对所述缺水程度大于0和缺水程度小于0的生态闸门进行分类；
[0022]第二约束模块，用于根据生态闸门类型以及来水情况设置各生态闸门的水量许可系数，从而确定各生态闸门的引水量上下边界；
[0023]输出模块，用于在满足所述第二约束模块设置的约束条件下，以线性规划方法求解不同来水情况下生态效益最大时各生态闸门的实际引水量，所述生态效益为各生态闸门的引水量与所述单位生态效益乘积之和。
[0024]进一步地，所述各生态闸门引水受益区的需水量为：
[0025][0026]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；e
iu
代表植被面积(hm2)；w
iu
代表植被年供水额度(m3/hm2)；
[0027]所述各生态闸门配水的单位生态效益为：
[0028][0029]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。
[0030]进一步地，所述总水量约束表示为：
[0031][0032]其中，Q
i
为第i个生态闸门的引水量(m3)；n为总闸门数；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；表示折算到参考断面的可供生态闸门引用的总水量；c为折算到参考断面的可供生态闸门引用的总水量与折算到参考断面的所有生态闸门需水总量的比值，0≤c≤1。
[0033]进一步地，所述缺水程度为：其中，s
i
为第i个生态闸门的缺水程度，w
si
为上一年度实际引水量(m3)。
[0034]进一步地，对于缺水程度大于0的生态闸门，其水量许可系数的上下限都大于c，且随c值的减小而减小；对于缺水程度小于0的生态闸门，其水量许可系数上下限均小于c，且随c值的减小而减小。
[0035]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0036]本专利技术以NDVI、生态敏感性指数和缺水程度为指标，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生态闸门特征的水量分配方法，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：在待决策河段参考断面制定总水量约束，使得折算到所述参考断面的可供生态闸门引用的总水量不超过所有生态闸门需水总量；S3：以NDVI、生态敏感性指数和缺水程度作为生态闸门的分类指标，使用系统聚类的方法分别对所述缺水程度大于0和缺水程度小于0的生态闸门进行分类；S4：根据生态闸门类型以及来水情况设置各生态闸门的水量许可系数，从而确定各生态闸门的引水量上下边界；S5：在满足步骤S4的约束条件下，以线性规划方法求解不同来水情况下生态效益最大时各生态闸门的实际引水量，所述生态效益为各生态闸门的引水量与所述单位生态效益乘积之和。2.根据权利要求1所述的基于生态闸门特征的水量分配方法，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；e
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2所述的基于生态闸门特征的水量分配方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述总水量约束表示为：其中，Q
i
为第i个生态闸门的引水量(m3)；n为总闸门数；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；表示折算到参考断面的可供生态闸门引用的总水量；c为折算到参考断面的可供生态闸门引用的总水量与折算到参考断面的所有生态闸门需水总量的比值，0≤c≤1。4.根据权利要求3所述的基于生态闸门特征的水量分配方法，其特征在于，所述步骤S3中，
所述缺水程度为：其中，s
i
为第i个生态闸门的缺水程度，w
si
为上一年度实际引水量(m3)。5.根据权利要求4所述的基于生态闸门特征的水量分配方法，其特征在于，所述步骤S4中，对于缺水程度大于0的生态闸门，其水量许可系数的上下限都大于c，且随c值的减小而减小；对于缺水程度小于0的生态闸门，其水量许可系数上下限均小于c，且随c值的减小而减小。6....

【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：