河湖水体量质耦合自优化模拟调控方法技术

本发明专利技术公开了一种河湖水体量质耦合自优化模拟调控方法，包括步骤：步骤一，构建待调控河湖区的水体量质耦合模拟模型；步骤二，根据水体量质耦合模拟模型和当前决策方案获得待调控河湖区的水量、水位和水质模拟结果；步骤三，以水量、水位和水质为决策目标，构建河湖水体系统的优化决策域；步骤四，判断决策目标的模拟结果是否同时满足河湖水体系统需求，并根据判断结果对当前决策方案进行修正。本发明专利技术对河湖水体的水量、水质和水位进行联合调控，从而实现水资源的高效配置。

Coupling and self optimizing simulation control method for water quality and quantity of rivers and lakes

The invention discloses a water quality coupling self optimization simulation control method, which comprises the following steps: step one, the water quality coupling simulation model construction to control river lakes; step two, according to the water quality coupling simulation model and the current decision to get the lake water, control water level and water quality simulation results; step three, the water volume and water level and water quality as the decision objective, construction of water domain optimization decision system; step four, the simulation results determine the decision goal is to satisfy the water demand of the system, and according to the judgment result of the current decision scheme for correction. The invention combines the water quantity, the water quality and the water level of the river and lake water bodies in a coordinated manner so as to realize the efficient allocation of the water resources.

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，包括步骤：步骤一，构建待调控河湖区的水体量质耦合模拟模型；步骤二，根据水体量质耦合模拟模型和当前决策方案获得待调控河湖区的水量、水位和水质模拟结果；步骤三，以水量、水位和水质为决策目标，构建河湖水体系统的优化决策域；步骤四，判断决策目标的模拟结果是否同时满足河湖水体系统需求，并根据判断结果对当前决策方案进行修正。本专利技术对河湖水体的水量、水质和水位进行联合调控，从而实现水资源的高效配置。【专利说明】
本专利技术属于水资源优化配置与调控领域，尤其涉及一种。
技术介绍
随着全球极端气候变化日益频繁，高强度的人类活动日益剧增，干旱、洪涝、水污染等水问题日益严峻，并已成为制约经济社会可持续发展的关键性因素之一。建立最严格的水资源管理制度，维持河湖水体健康，提高水资源应急管理能力，实现水资源量与质的综合管理，正受到各国政府的高度重视。目前，我国生态文明发展战略对河湖水系生态环境保护提出了新的要求；城镇化发展、涝溃灾害防治与水环境修复、水生态景观建设等需求，使河湖水位、水量、水质控制更加复杂。目前，迫切需要从解决水资源紧缺、城乡涝溃灾害、水环境污染等实际问题出发，以流域/区域河湖水系水循环及其伴生物质过程演化为基础，剖析水资源量、质耦合机理，动态模拟河湖闸站控制作用下的水文过程、水流过程、污染物迁移转化过程之间的相互关系，提出河湖水体水量、水位、水质一体化调控技术。这正是水科学研究的前沿热点与难点问题。多年来，学者们虽然分别对河湖水系的水量调度、水流控制、水质模拟进行了大量研究与实践，并结合一些具体案例研究开发了许多流域/区域水资源系统优化调度模型技术、河湖水体水流水质模拟标准化软件，但大多是针对某一流域/河湖工程管理单一主体的兴利、防洪或水质等单一管理目标，采用水文学、运筹学、水动力学、环境水力学等软件工具进行模拟，缺少考虑河湖水体多主体协调管理与湖库多目标自优化模拟技术相结合的水资源系统调控模型化技术。在河湖水质水量联合调控技术研究中，目前人们虽然在水质水量联合模拟基础上，考虑污染物沿河衰减情况，以水库供水量最大和水库受污染程度最小为双目标，提出并研发了河湖、水库水质水量联合优化调控模型技术。但现有水质水量联合调控技术，在目标函数中缺少考虑生态流量、景观水位等控制目标，在模型技术上不能满足最严格水资源管理制度实践中对用水总量、用水效率、纳污能力“三条红线”多目标管理之需求；也不能随着水文、水动力、排污等河湖水系环境条件不断变化，自适应调控河湖水体的蓄、泄水控制闸站运行方式，难以满足不同主体对水量分配、水位控制、水质管理等目标之需求。因此，迫切需要一种能适应河湖水体环境变化并满足水量、水位、水质管理需求的河湖水系水资源系统多目标调控自优化模拟技术，实现水资源优化配置与洪涝、干旱、水污染等灾害综合治理，及时适应最严格水资源管理制度及水利工程实时调控机制，满足发电、灌溉、供水、生态、航运及环境等用水需求，促进水资源高效利用与水生态文明建设，为河湖水系水利信息化与自动化管理提供技术支撑。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种，该方法可对河湖水体的水量、水质和水位进行联合调控，从而实现水资源的高效配置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案:一种，包括步骤:步骤1，采集并整合待调控河湖区的监测数据，获得河湖水体多元信息，所述的河湖水体多元信息包括水量信息、水动力条件和水质信息；根据河湖水体多元信息选择适用于待调控河湖区的水量水质模型，并通过预计率定和反演获得水量水质模型参数；步骤2，基于河湖水体多元信息和水量水质模型参数构建待调控河湖区的当前水体量质耦合模型；步骤3，根据当前水体量质耦合模型和当前决策方案获得待调控河湖区的水量、水位和水质模拟结果，然后执行步骤4 ;步骤4，以水量、水位和水质为决策目标，以经济蓄水线、防破坏线和生态环境水位为决策域的约束，判断决策目标的模拟结果是否同时满足河湖水体系统需求:若决策目标的模拟结果同时满足河湖水体系统需求，则当前决策方案为满足河湖水体系统需求的全局最优决策方案，基于当前决策方案修正当前水体量质耦合模型参数并获得修正后的水体量质耦合模型，以修正后的水体量质耦合模型为当前水体量质耦合模型；若决策目标的模拟结果不能同时满足河湖水体系统需求，则根据决策目标的反馈修正量调整决策变量并获取调整后的决策方案，以调整后的决策方案为当前决策方案，循环执行步骤3 ;所述的决策目标的反馈修正量为决策目标的模拟值与目标值之差；若循环执行步骤3的次数达到规定次数且决策目标的模拟结果仍未同时满足河湖水体系统需求，执行步骤5 ；所述的河湖水体系统需求指河湖水体系统的水量分配准则、水位控制准则和水质控制准则；步骤5，放宽决策域的约束，重新执行步骤4。上述水体量质耦合模型为基于水流运动方程与对流迁移扩散方程构建的顺时序模拟模型。上述水量分配准则为:待调控河湖区的水量控制在防破坏线与经济蓄水线之间。上述水位控制准则为:水位控制下限为待调控河湖区所在地的航运最低水位与生态最低水位中的较低值，水位控制上限为待调控河湖区所在地的防涝排溃标准。上述水质控制准则为:水体水质需满足待调控河湖区所在地的水质要求。上述根据决策目标的反馈修正量调整决策变量并获取调整后的决策方案具体为:根据决策目标反馈修正量的变化判断决策目标的变化趋势，并根据决策目标的变化趋势增大或减小决策变量，从而获得调整后的决策方案。为解决河湖水系日益突出的多主体开发、水资源短缺、水环境恶化、水生态退化、洪涝灾害严重等综合矛盾问题，适应国家最严格水资源管理制度建设之紧迫需求，本专利技术提供了一种河湖水体多主体水量-水流-水质联合调控自优化模拟方法，本专利技术能在线监测河湖水体主要控制断面的流量、水位、水质，快速模拟河湖水体水文、水流及水质迁移转化过程，自优化模拟决策河湖水库蓄、泄水过程，自适应调控河湖水体闸站启闭方式及其水量分配结果、河湖控制水位与入河湖污染物控制总量，从而实现水资源高效利用、水位多目标优化控制以及生态环境自适应保护。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果:1、在河湖水体模拟调控中综合考虑水量、水质、水位三者之间的相互影响以及对决策的需求，满足当地社会经济发展需求。2、有效解决目前水资源模拟调控中需要多重反复模拟计算，且难以保证一定能获得全局最优解的问题，利用自优化模拟技术对模拟结果进行在线辨识、收敛判断和修正反馈，引导模拟结果趋于最优目标值；实现了模拟调控过程的高效化，具有现实意义上的经济效益，转化前景良好。3、综合考虑河湖水系闸站分布及其规模约束与启闭条件，分别从河湖水系流域管理主体利益与下游用水户主体等不同利益相关者出发，首次构建了全局效益最大化的流域管理逆时序决策模型与局部优先权保护利益最大化的下游影响区逆时序决策模型，以及河湖水系多主体多目标协商顺时序决策模型技术，可以实现多主体自优化模拟多目标决策河湖水库蓄、泄水过程，自适应调控河湖水系闸站启闭方式及其水量分配结果、河湖控制水位与入河湖污染物控制总量。4、利用现代系统分析技术，融合常规河湖水位、流量及水质定点在线监测数据与高精度遥感动态观测数据，并基于地理信息系统、数据库管理等技术，构建了包含自然地理、水文气象、水流水本文档来自技高网...

【技术保护点】
河湖水体量质耦合自优化模拟调控方法，其特征在于，包括步骤：步骤1，采集并整合待调控河湖区的监测数据，获得河湖水体多元信息，所述的河湖水体多元信息包括水量信息、水动力条件和水质信息；根据河湖水体多元信息选择适用于待调控河湖区的水量水质模型，并通过预计率定和反演获得水量水质模型参数；步骤2，基于河湖水体多元信息和水量水质模型参数构建待调控河湖区的当前水体量质耦合模型；步骤3，根据当前水体量质耦合模型和当前决策方案获得待调控河湖区的水量、水位和水质模拟结果，然后执行步骤4；步骤4，以水量、水位和水质为决策目标，以经济蓄水线、防破坏线和生态环境水位为决策域的约束，判断决策目标的模拟结果是否同时满足河湖水体系统需求：若决策目标的模拟结果同时满足河湖水体系统需求，则当前决策方案为满足河湖水体系统需求的全局最优决策方案，基于当前决策方案修正当前水体量质耦合模型参数并获得修正后的水体量质耦合模型，以修正后的水体量质耦合模型为当前水体量质耦合模型；若决策目标的模拟结果不能同时满足河湖水体系统需求，则根据决策目标的反馈修正量调整决策变量并获取调整后的决策方案，以调整后的决策方案为当前决策方案，循环执行步骤3；所述的决策目标的反馈修正量为决策目标的模拟值与目标值之差；若循环执行步骤3的次数达到规定次数且决策目标的模拟结果仍未同时满足河湖水体系统需求，执行步骤5；所述的河湖水体系统需求指河湖水体系统的水量分配准则、水位控制准则和水质控制准则；步骤5，放宽决策域的约束，重新执行步骤4。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵东国，王卓民，肖淳，杨海东，岑栋浩，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：