一种水资源优化配置及优化结果评价反馈方法

摘要

本发明公开了一种水资源优化配置及优化结果评价反馈方法，包括：采集监测数据和地区人口数据；建立水资源承载力指标体系；确认评价模型指标权重，并建立关联函数，构建水资源承载力评价模型；以地区水资源可供总水量为核心，以最大化的社会经济效益和最大化各部门单位系统生态效益为优化目标，以各水源可供水量、各部门需水量作为约束条件，构建水资源优化配置模型，并对模型进行求解，得到地区水资源优化配置方案；把水资源优化配置方案中各部门用水量数据，通过单位用水量污染物入河系数转化为各指标值，代入水资源承载力评价模型运算，得出优化配置后水资源承载力结果。本发明解决了现有技术中水资源预测结果缺乏实时性反馈的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及水资源优化配置技术领域，具体涉及一种水资源优化配置及优化结果评价反馈方法。

背景技术

水资源是人类赖以生存的重要资源，它对区域社会经济和生态环境的可持续发展有着重大影响。随着经济社会的快速发展，生产生活水平不断提高，用水量、排污量迅速增加，加之节水治水意识薄弱，使得水体受污严重，水资源短缺问题已成为我国经济社会持续发展的重要制约因素。因此研究区域水资源优化配置，协调生态、生活、工农业发展和水资源的关系，对实现区域可持续发展具有重要意义。

一般而言，传统的水资源优化配置技术主要是建立在对历史数据的分析，采用数学规划方法、模拟技术等，进行需水量预测，涉及到各方面因素，单一地采用一些数学手段只能反映出一般的变化规律。同时，现有的关于水资源优化配置研究通常都是只优化，没有一个很好的评价系统，反馈优化配置结果，预测结果既缺少可信度也缺乏使用的依据。因此科学合理的评价水资源承载力可为水资源的可持续利用提供有效的决策指导，而科学合理的进行水资源优化配置能促进水资源的可持续利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种水资源优化配置及优化结果评价反馈方法，在水资源承载力评价研究的基础上进一步对水资源优化配置进行研究，能更快有效地实现水资源的可持续利用。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种水资源优化配置及优化结果评价反馈方法，包括：

采集监测数据和地区人口数据；

利用所述监测数据和地区人口数据，建立水资源承载力指标体系；

对水资源承载力指标体系中的各指标值进行标准化和归一化处理后，确认评价模型指标权重，并建立关联函数，构建水资源承载力评价模型；

基于统计年鉴和官方数据得到各地区各部门的供水量和需水量；

以地区水资源可供总水量为核心，在满足当地工业、生活、生态用水需求，以最大化的社会经济效益和最大化各部门单位系统生态效益为优化目标，以各水源可供水量、各部门需水量作为约束条件，构建水资源优化配置模型，并对模型进行求解，得到地区水资源优化配置方案；

把水资源优化配置方案中各部门用水量数据，通过单位用水量污染物入河系数转化为各指标值，代入水资源承载力评价模型运算，得出优化配置后水资源承载力结果；

对比优化前水资源承载力结果和优化配置后水资源承载力结果，判断优化配置方案的合理性。

进一步地，所述采集监测数据和地区人口数据，包括：

收集监测站监测数据，包括水质数据、水量数据；通过查询各地区当地年鉴或者官方信息，收集地区人口数量、地区面积相关数据。

进一步地，所述水资源承载力指标包括：溶解氧含量、无机悬浮颗粒物、总氨含量、总氮含量。

进一步地，所述对水资源承载力指标体系中的各指标值进行标准化和归一化处理后，确认评价模型指标权重，并建立关联函数，构建水资源承载力评价模型，包括：

对各指标值进行标准化和归一化；

由标准化、归一化后得到的数据x

式中，当F

式中：F

建立关联函数，构建水资源承载力评价模型；确定水资源承载力各指标属于各可靠性等级的关联度，得出水资源承载力结果，包括：

确定区域第i个指标关于评价等级j(j＝1,2,…,m)的关联度为：

其中距为：

计算区域p关于可靠性等级j的关联度：

评定区域p水资源承载力结果：

若K

式中，K

进一步地，所述水资源优化配置模型，包括：

水资源优化配置模型的目标函数为：

最大化各部门单位经济效益目标：

最大化各部门单位系统生态效益目标：

式中，

进一步地，所述水资源优化配置模型的约束条件为：

条件1：可利用水资源量约束：

条件2：需水约束：

条件3：非负约束：

式中，C

进一步地，所述对模型进行求解，得到地区水资源优化配置方案，包括：

给定不同的置信水平α，模糊置信约束转化为典型的区间型约束，构造区间多目标优化模型；

构造置信水平α的公式；

利用交互两步式算法将所述区间多目标优化模型拆分为上限子模型和下限子模型；

分别对所述的各个子目标单独求解得到各部门最大化单位目标和最小单位目标：

构建每个子目标的隶属度函数；

采用模糊隶属度方法对区间多目标优化模型进行求解，得到在不同置信水平α对应的研究区域的水资源优化配置方案。

进一步地，所述区间多目标优化模型如下：

上式中，

进一步地，置信水平α的公式如下：

进一步地，每个子目标的隶属度函数如下：

式中，

采用模糊隶属度方法对区间多目标优化模型进行求解，包括：

maxη

式中，γ

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

本发明方法通过结合当前用水总量控制的社会命题和水质红线的环境问题，以最大化的社会经济效益和最大化各部门单位系统生态效益为优化目标，以获得水资源配置方案，解决现有技术中水资源预测结果缺乏实时性反馈的问题。将所述水资源配置方案数据和子区域水资源用水方案分别输入水资源承载力评价模型，以获得所述水资源承载力，通过模型结果的快速判断，克服了传统求解方法等方案缺乏实时性反馈的问题，为流域水资源调配提供决策，达到全面有效管理水资源的目的。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为水资源优化配置模型的求解示意图；

图3为本发明的原理示意图。

具体实施方式

参见图1至图3，本发明提供了一种水资源优化配置及优化结果评价反馈方法，包括以下步骤：

步骤1，采集监测数据和地区人口数据，包括：

收集监测站监测数据，包括水质数据、水量数据；通过查询各地区当地年鉴或者官方信息，收集地区人口数量、地区面积等相关数据。

步骤2，利用步骤1所收集数据，建立水资源承载力指标体系；水资源承载力指标包括：溶解氧含量、无机悬浮颗粒物、总氨含量、总氮含量等。

步骤3，对水资源承载力指标体系中的各指标值进行标准化和归一化处理后，确认评价模型指标权重，并建立关联函数，构建水资源承载力评价模型；其具体实现步骤为：

3.1各指标值的标准化和归一化处理，公式如下：

正向指标：

式中：x

3.2确认各指标权重系数。

由3.1标准化、归一化后得到的数据x

式中，当F

式中：F

3.3建立关联函数，构建水资源承载力评价模型；确定水资源承载力各指标属于各可靠性等级的关联度，得出水资源承载力结果。

确定区域第i个指标关于评价等级j(j＝1,2,…,m)的关联度为：

其中距为：

计算区域p关于可靠性等级j的关联度：

评定区域p水资源承载力结果：

若K

式中，K

通过该步骤的水资源承载力评价模型运算，输出目标区域水资源承载力结果，该结果将在后续与优化后的水资源承载力进行比较。

步骤4，基于统计年鉴和官方数据得到各地区各部门的供水量和需水量。

步骤5，以地区水资源可供总水量为核心，在满足当地工业、生活、生态用水需求，以最大化的社会经济效益和最大化各部门单位系统生态效益为优化目标，以各水源可供水量、各部门需水量等作为约束条件，构建水资源优化配置模型，并对模型进行求解，得到地区水资源优化配置方案。

其中，所述水资源优化配置模型的目标函数为：

最大化各部门单位经济效益目标：

最大化各部门单位系统生态效益目标：

式中，

其中，所述水资源优化配置模型的约束条件为：

条件1：可利用水资源量约束：

条件2：需水约束：

条件3：非负约束：

式中，C

在上述约束条件下，目标函数的求解过程如下：

5.1给定不同的置信水平α，模糊置信约束转化为典型的区间型约束，构造区间多目标优化模型如下：

上式中，

5.2置信水平α的公式如下：

5.3利用交互两步式算法将所述区间多目标优化模型拆分为上限子模型和下限子模型。

5.4分别对所述的各个子目标单独求解得到各部门最大化单位目标和最小单位目标

5.5构建每个子目标的隶属度函数如下：

5.6采用模糊隶属度方法对区间多目标优化模型进行求解：

maxη

式中，γ

5.7基于上述5.1至5.6求解得到研究区域的水资源优化配置方案：

5.8给定不同的置信水平α，重复5.1至5.7，得到不同置信水平下研究区域水资源优化配置方案。

步骤6，把水资源优化配置方案中各部门配水量数据

步骤7，对比优化前水资源承载力结果和优化配置后水资源承载力结果，判断优化配置方案的合理性；得到及时反馈信息；如不够合理，则及时对水资源优化配置方案进行调节。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。