基于地下水压采目标的替代水源贡献率平衡分析系统技术方案

本发明专利技术公开了基于地下水压采目标的替代水源贡献率平衡分析系统，包括：第一模块，用来预测各组合方案对应的需水量及确定地下水压采目标；第二模块，用来接收第一模块输出的需水量和地下水压采目标，并利用GAMS优化模块获得优化后各组合方案对应的供水量和缺水量；第三模块，用来接收第二模块输出的供水量和缺水量，并判断各组合方案下区域单元是否缺水，根据缺水情景计算区域单元的贡献率。本发明专利技术引入虚拟水源，可将多途径对地下水供水变化量的影响程度进行展示。本发明专利技术简便易行，将复杂的多途径替代水源置换关系凝练成范式，便于决策者识别各个途径对地下水压采的作用规律，为水量分配等实践管理工作提供决策支持。分配等实践管理工作提供决策支持。

【技术实现步骤摘要】
基于地下水压采目标的替代水源贡献率平衡分析系统


[0001]本专利技术属于水资源优化配置
，具体涉及基于地下水压采目标的替代水源贡献率平衡分析系统。

技术介绍

[0002]现有替代水源贡献率平衡分析系统多侧重从节水或增水的单一途径表示对地下水供水变化量的影响程度。这是因为一方面，节水通常体现在平衡分析的需水端，而地表水调蓄能力、地下水开采能力、再生水利用能力、引水工程分配指标等要素通常体现在平衡分析的供给端，使得节水、增水的贡献程度较难在同一水平下进行比较；另一方面，节水、增水在用水户之间存在复杂的交互关系，仅从供水变化总量层面较难阐述清楚这种交互关系的复杂性。

技术实现思路

[0003]针对华北地区地下水超采严重问题，国家提出了“一减、一增”综合治理措施，节水(即“一减”)和增加多渠道水源补给(即“一增”)作为实现地下水压采的重要途径意义重大。考虑到区域地下水压采目标的空间不均衡性，以及“节水、增水”等措施的可达性，本专利技术面向地下水压采目标，提出了基于地下水压采目标的替代水源贡献率平衡分析系统。
[0004]目前的替代水源贡献率平衡分析中，无法同时描述节水和增水对地下水压采贡献率的弊端，本专利技术将缺水作为虚拟水源，用于平衡节水、增水与地下水供水变化量之间的缺口；通过改进基于优化的替代水源贡献率平衡分析系统，定量解析区域内不同情景下节水量、增水量、缺水量与地下水供水量(地下水供水量即实际开采量与地下水压采目标之差)之间的替代水源置换关系(本专利技术采用贡献率来描述该置换关系)，为水量分配等水资源管理工作提供参考。
[0005]本专利技术提供的基于地下水压采目标的替代水源贡献率平衡分析系统，包括：
[0006]第一模块，用来预测各组合方案对应的需水量及确定地下水压采目标；
[0007]所述组合方案包括方案1、方案2、方案3，定义如下：
[0008]方案1指：以现状年地下水开采量为供水约束、以一般节水为需水输入的情景方案；
[0009]方案2指：以现状年地下水开采量为供水约束、以强化节水为需水输入的情景方案；
[0010]方案3指：以基于地下水压采目标的地下水开采量为供水约束、以强化节水为需水输入的情景方案；
[0011]第二模块，用来接收第一模块输出的需水量和地下水压采目标，并利用GAMS优化模块获得优化后各组合方案对应的供水量和缺水量；
[0012]所述GAMS优化模块采用式(1)所示的目标函数、式(2)～(3)所示的约束条件、以及式(4)来计算缺水量：
GAMS优化后的输出量。
[0029]进一步的，第一模块中，利用需水定额法来预测组合方案对应的需水量。
[0030]进一步的，第一模块中，在以一般节水为需水输入的情景方案下，需水量采用现状实际用水定额和规划社会经济指标的乘积；在以强化节水为需水输入的情景方案下，需水量采用规划年计划需水定额和规划社会经济指标的乘积。
[0031]进一步的，第一模块中，通过从水行政主管部门编制的资料中获取地下水压采目标。
[0032]和现有技术相比，本专利技术具有如下特点：
[0033](1)目前尚无替代水源贡献率平衡分析系统将缺水作为虚拟水源，用于平衡节水、增水与地下水供水变化量之间的缺口。本专利技术引入虚拟水源，可将多途径(节水、多源增水、缺水)对地下水供水变化量的影响程度进行展示。
[0034](2)本专利技术简便易行，将复杂的多途径替代水源置换关系凝练成范式，便于决策者识别各个途径对地下水压采的作用规律，为水量分配等实践管理工作提供决策支持。
具体实施方式
[0035]下面结合具体实施方式，对本专利技术的技术方案进行进一步的描述，使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施。
[0036]下面将对本专利技术系统进行详细说明。
[0037](一)方案识别。
[0038]基于“当需求侧和供给侧两大要素同时发生变化产生的效应，等于单一要素发生变化产生的效应累加”的假设，当需求方案(一般节水W1、强化节水W2)和地下水供水约束方案(现状开采L1、压采目标L2)，构成两两组合方案：W1&L1，W2&L1和W2&L1，W2&L2时，分别分析两方案下的地下水供水变化量与节水量、多源供水量以及缺水量之间的关系。此处值得说明的是，W1&L2方案实际情况并不存在，故不考虑W1&L2和W1&L1的组合方案。
[0039]W1&L1方案是指，以现状年地下水开采量为供水约束、以一般节水为需水输入的情景方案，简称“一般节水&现状超采方案。W2&L1方案是指：以现状年地下水开采量为供水约束、以强化节水为需水输入的情景方案，简称“强化节水&现状超采方案”。W2&L2方案是指：以基于地下水压采目标的地下水开采量为供水约束、以强化节水为需水输入的情景方案，简称“强化节水&压采方案”。
[0040]为便于描述，后文将W1&L1方案、W2&L1方案、W2&L2方案分别简记为K1、K2、K3 方案。
[0041](二)方案需水预测及地下水压采目标确定。
[0042]需水量预测为常规方法，通常可采用需水定额法进行预测，该方法是需水定额与社会经济指标的乘积，社会经济指标可采用《统计年鉴》、《城市总体规划》等资料中数据，需水定额根据地方用水需求定额标准、现状年实际用水定额、规划年计划需水定额综合分析后确定。对本专利技术而言，“一般节水方案”需水量由现状实际用水定额和规划社会经济指标的乘积确定，“强化节水方案”需水量规划年计划需水定额和规划社会经济指标的乘积确定。本专利技术采用如下表1中内容来分别预测K1、K2、K3方案的需水量。对各方案，分别预测各区域单元的农业需水量、工业需水量、生活需水量、生态环境补水量，求和即为区域单元的
需水量。
[0043]表1需水定额法预测方案需水量
[0044][0045][0046]地下水压采目标可通过水行政主管部门编制的资料获取，一般由地方水行政主管部门编制《地下水超采综合治理行动方案》等文件获取，若文件明确提出该区域的地下水压采目标或，则直接采用。若文件中提出地下水可开采量，则通过地下水实际开采量与地下水可开采量的差值确定地下水压采目标，其中地下水实际开采量来自《水资源公报》统计数据。
[0047](三)替代水源贡献率平衡分析系统设计。
[0048]替代水源贡献率平衡分析系统是基于GAMS通用建模软件开发，其利用优化目标和线性求解算法实现平衡分析功能。GAMS内置了多种优化算法，本专利技术主要采用LP算法(线性优化算法)，当输入变量、约束条件引入GAMS界面后，GAMS将自动优化输出变量。本专利技术以需水量Q、地下水压采目标LIMIT为输入变量，以地下水供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于地下水压采目标的替代水源贡献率平衡分析系统，其特征是，包括：第一模块，用来预测各组合方案对应的需水量及确定地下水压采目标；所述组合方案包括方案1、方案2、方案3，定义如下：方案1指：以现状年地下水开采量为供水约束、以一般节水为需水输入的情景方案；方案2指：以现状年地下水开采量为供水约束、以强化节水为需水输入的情景方案；方案3指：以基于地下水压采目标的地下水开采量为供水约束、以强化节水为需水输入的情景方案；第二模块，用来接收第一模块输出的需水量和地下水压采目标，并利用GAMS优化模块获得优化后各组合方案对应的供水量和缺水量；所述GAMS优化模块采用式(1)所示的目标函数、式(2)～(3)所示的约束条件、以及式(4)来计算缺水量：G
k,i
≤LIMIT
k,i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)(2)其中，t表示时间段编号，tl为时间段总数；m表示替代水源类型编号，ml表示替代水源类型总数；i表示不同区域单元，il为区域单元总数；k指组合方案编号；δ
i,m,t
表示第i单元第m类水源在第t时间段供水量的边际效益；S
k,i,m
表示第k方案中第i区域单元第m类水源的供水量，G
k,i
表示第k方案中第i区域单元的地下水供水量；LIMIT
k,i
表示第k方案中第i区域单元的地下水压采目标；Q
k,i
表示第k方案中第i区域单元的需水量；N
k,i
表示第k方案中第i区域单元的缺水量；S
k,i,m
、G
k,i
、N
k,i
为GAMS优化模块的输出量；第三模块，用来接收第二模块输出的供水量和缺水量，并判断各组合方案下区域单元是否缺水，根据缺水情景计算区域单元的贡献率；当区域单元不存在缺水情景，采用式(5)和式(6)分别计...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺华翔，游进军，闫腾，林鹏飞，王婷，安强，高娟娟，陈非，马真臻，卢瑶，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：