[發(fā)明專利]一種基于博弈論的南水北調(diào)水資源調(diào)度方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310440065.3
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN103473718A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李旭杰;孫穎;李黎;顧燕;居美艷
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q50/06
• 分類號(hào): G06Q50/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于博弈論的南水北調(diào)水資源調(diào)度方法，屬于水資源研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)

南水北調(diào)工程是解決我國北方水資源嚴(yán)重短缺問題的重大戰(zhàn)略措施。根據(jù)國務(wù)院批準(zhǔn)的《南水北調(diào)工程總體規(guī)劃》，確定分別從長江下、中、上游向北方調(diào)水，形成南水北調(diào)東、中、西線三條調(diào)水線路，與長江、黃河、淮河和海河相互連接的“四橫三縱”總體格局。東線、中線、西線三項(xiàng)工程的年調(diào)水總規(guī)模約380～480億立方米，通過對水量跨流域重新調(diào)配，可協(xié)調(diào)東、中、西部社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源需求關(guān)系，基本緩解我國北方地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺狀況，達(dá)到我國水資源南北調(diào)配、東西互濟(jì)的優(yōu)化配置目標(biāo)。南水北調(diào)工程近期以解決城市用水為主，兼顧農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水。通水后，在保證城市發(fā)展需水量的同時(shí)，可逐步置換擠占農(nóng)業(yè)及生態(tài)用水，限制超采地下水、利用豐水年增加北調(diào)水量，恢復(fù)和改善地下水環(huán)境，增加農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水量。南水北調(diào)規(guī)劃思路是在節(jié)水、治污的基礎(chǔ)上，通過合理水價(jià)向調(diào)水沿線供水，既促進(jìn)城市節(jié)水，又可以把當(dāng)前城市擠占農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水無償償還農(nóng)業(yè)和生態(tài)，客觀上起到城市反哺農(nóng)村，支持農(nóng)業(yè)，修復(fù)生態(tài)的作用。

南水北調(diào)工程建成后，工作重點(diǎn)由工程建設(shè)轉(zhuǎn)向工程管理，即要面臨一系列復(fù)雜的運(yùn)行管理、水量調(diào)度等問題。南水北調(diào)東中線水源分別來自長江與丹江口水庫，受水區(qū)域?yàn)槲覈狈降貐^(qū)各省份，因此對寶貴的南水北調(diào)水資源進(jìn)行合理規(guī)劃與利用勢在必行。水資源配置具有自然和社會(huì)雙重屬性，并且配置工作面對的是多水源、多用戶的復(fù)雜系統(tǒng)。沿線各省市、各地區(qū)之間在用水?dāng)?shù)量、方式上既相互矛盾又相互制約；生活、生產(chǎn)、生態(tài)等各項(xiàng)用水效益最大目標(biāo)互不相容，一個(gè)目標(biāo)通常只有在削弱甚至犧牲另一些目標(biāo)的情況下才能實(shí)現(xiàn)；生成的配置方案反映對沿線各省市之間的影響，融入決策者意愿的綜合效應(yīng)以達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)化。這類問題的主要特點(diǎn)是水資源利用管理的參與者眾多，這些參與者之間的沖突是傳統(tǒng)的流域水資源管理所無法解決的。

因此，需要一種良好的的南水北調(diào)水資源調(diào)度模型及算法來保證水資源調(diào)度的合理性，從而揭示水資源沖突的性質(zhì)、特征及協(xié)調(diào)解決的方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對南水北調(diào)水資源調(diào)度問題，提供了一種基于博弈論的南水北調(diào)水資源調(diào)度方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的基于博弈論的南水北調(diào)水資源調(diào)度方法，包括如下步驟：

（1）初始化各參數(shù)變量；

（2）設(shè)置預(yù)測機(jī)制；

（3）對南水北調(diào)辦和各省市用水者進(jìn)行分層博弈，求解均衡值，實(shí)現(xiàn)對水資源的初次分配，完成第一層次博弈；

（4）設(shè)置激勵(lì)機(jī)制，為第二層次博弈進(jìn)行參量初始化；

（5）各省市用水者進(jìn)行序貫博弈，求解均衡值，實(shí)現(xiàn)對水資源的再次分配，完成第二層次博弈；

（6）重新設(shè)置參數(shù)與激勵(lì)機(jī)制，完成重復(fù)博弈，得到南水北調(diào)水資源調(diào)度的合理方法。

本發(fā)明方法中，水資源配置博弈均衡模型包括雙層博弈，序貫博弈，重復(fù)博弈三種博弈模型。

1、雙層博弈模型，亦即南水北調(diào)辦與各省市用水者之間存在著博弈關(guān)系；同時(shí)由于地理區(qū)位關(guān)系的影響，南水北調(diào)沿線用水省區(qū)之間也存在著博弈關(guān)系。

將雙層博弈思想運(yùn)用于水資源調(diào)度算法中，其中博弈的兩個(gè)層次為管理者與用水者之間的博弈（L1）以及沿線各省市之間的博弈（L2）。在L1層次的博弈中，管理者總是力求調(diào)水利益最大化，以充分利用寶貴的水資源；在L2層次的博弈中，各省市之間根據(jù)自身利益選擇調(diào)水量與調(diào)水用途，各省市之間的博弈通過競爭達(dá)到平衡。在L1層次中，指定調(diào)水策略和水價(jià)時(shí)必須考慮L2層次的博弈平衡，把握好各省市用水之間的反應(yīng)以及能接受的最低水價(jià)，才能更好地指定和實(shí)施策略。雙層博弈的核心概念是“獲勝集合”，“獲勝集合”是指L2層各省市用水者對L1層指定的策略的贊同程度。“獲勝集合”集合越大，表示各省市用水者越支持L1層的策略，該策略的實(shí)施也就越容易獲得成效；否則，策略失敗的風(fēng)險(xiǎn)就越大。

運(yùn)用雙層博弈理論，將水價(jià)和水資源分配策略的指定實(shí)施分為南水北調(diào)辦公室制定策略和各省市用水者貫徹策略的實(shí)施兩個(gè)過程。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)水效益的最大化，同時(shí)保證水資源調(diào)度策略的順利實(shí)施，南水北調(diào)辦在制定策略的時(shí)候必須考慮到各省市用水者的利益，把各省市用水者之間的博弈平衡考慮進(jìn)去，從而逐步了解面對的“獲勝集合”。

2、序貫博弈模型，亦即各省市用水者前一階段的用水行動(dòng)選擇決定了其隨后子博弈的結(jié)構(gòu)，從后一個(gè)決策結(jié)開始的子博弈不同于從前一個(gè)決策結(jié)開始的子博弈。