[發(fā)明專利]河湖水體量質(zhì)耦合自優(yōu)化模擬調(diào)控方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310526158.8
• 申請(qǐng)日: 2013-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN103543639A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵東國;王卓民;肖淳;楊海東;岑棟浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水資源優(yōu)化配置與調(diào)控領(lǐng)域，尤其涉及一種河湖水體量質(zhì)耦合自優(yōu)化模擬調(diào)控方法。

背景技術(shù)

隨著全球極端氣候變化日益頻繁，高強(qiáng)度的人類活動(dòng)日益劇增，干旱、洪澇、水污染等水問題日益嚴(yán)峻，并已成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性因素之一。建立最嚴(yán)格的水資源管理制度，維持河湖水體健康，提高水資源應(yīng)急管理能力，實(shí)現(xiàn)水資源量與質(zhì)的綜合管理，正受到各國政府的高度重視。目前，我國生態(tài)文明發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)河湖水系生態(tài)環(huán)境保護(hù)提出了新的要求；城鎮(zhèn)化發(fā)展、澇漬災(zāi)害防治與水環(huán)境修復(fù)、水生態(tài)景觀建設(shè)等需求，使河湖水位、水量、水質(zhì)控制更加復(fù)雜。

目前，迫切需要從解決水資源緊缺、城鄉(xiāng)澇漬災(zāi)害、水環(huán)境污染等實(shí)際問題出發(fā)，以流域/區(qū)域河湖水系水循環(huán)及其伴生物質(zhì)過程演化為基礎(chǔ)，剖析水資源量、質(zhì)耦合機(jī)理，動(dòng)態(tài)模擬河湖閘站控制作用下的水文過程、水流過程、污染物遷移轉(zhuǎn)化過程之間的相互關(guān)系，提出河湖水體水量、水位、水質(zhì)一體化調(diào)控技術(shù)。這正是水科學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)與難點(diǎn)問題。

多年來，學(xué)者們雖然分別對(duì)河湖水系的水量調(diào)度、水流控制、水質(zhì)模擬進(jìn)行了大量研究與實(shí)踐，并結(jié)合一些具體案例研究開發(fā)了許多流域/區(qū)域水資源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型技術(shù)、河湖水體水流水質(zhì)模擬標(biāo)準(zhǔn)化軟件，但大多是針對(duì)某一流域/河湖工程管理單一主體的興利、防洪或水質(zhì)等單一管理目標(biāo)，采用水文學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、環(huán)境水力學(xué)等軟件工具進(jìn)行模擬，缺少考慮河湖水體多主體協(xié)調(diào)管理與湖庫多目標(biāo)自優(yōu)化模擬技術(shù)相結(jié)合的水資源系統(tǒng)調(diào)控模型化技術(shù)。

在河湖水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)控技術(shù)研究中，目前人們雖然在水質(zhì)水量聯(lián)合模擬基礎(chǔ)上，考慮污染物沿河衰減情況，以水庫供水量最大和水庫受污染程度最小為雙目標(biāo)，提出并研發(fā)了河湖、水庫水質(zhì)水量聯(lián)合優(yōu)化調(diào)控模型技術(shù)。但現(xiàn)有水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)控技術(shù)，在目標(biāo)函數(shù)中缺少考慮生態(tài)流量、景觀水位等控制目標(biāo)，在模型技術(shù)上不能滿足最嚴(yán)格水資源管理制度實(shí)踐中對(duì)用水總量、用水效率、納污能力“三條紅線”多目標(biāo)管理之需求；也不能隨著水文、水動(dòng)力、排污等河湖水系環(huán)境條件不斷變化，自適應(yīng)調(diào)控河湖水體的蓄、泄水控制閘站運(yùn)行方式，難以滿足不同主體對(duì)水量分配、水位控制、水質(zhì)管理等目標(biāo)之需求。

因此，迫切需要一種能適應(yīng)河湖水體環(huán)境變化并滿足水量、水位、水質(zhì)管理需求的河湖水系水資源系統(tǒng)多目標(biāo)調(diào)控自優(yōu)化模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置與洪澇、干旱、水污染等災(zāi)害綜合治理，及時(shí)適應(yīng)最嚴(yán)格水資源管理制度及水利工程實(shí)時(shí)調(diào)控機(jī)制，滿足發(fā)電、灌溉、供水、生態(tài)、航運(yùn)及環(huán)境等用水需求，促進(jìn)水資源高效利用與水生態(tài)文明建設(shè)，為河湖水系水利信息化與自動(dòng)化管理提供技術(shù)支撐。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了一種河湖水體量質(zhì)耦合自優(yōu)化模擬調(diào)控方法，該方法可對(duì)河湖水體的水量、水質(zhì)和水位進(jìn)行聯(lián)合調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)水資源的高效配置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種河湖水體量質(zhì)耦合自優(yōu)化模擬調(diào)控方法，包括步驟：

步驟1，采集并整合待調(diào)控河湖區(qū)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，獲得河湖水體多元信息，所述的河湖水體多元信息包括水量信息、水動(dòng)力條件和水質(zhì)信息；根據(jù)河湖水體多元信息選擇適用于待調(diào)控河湖區(qū)的水量水質(zhì)模型，并通過預(yù)計(jì)率定和反演獲得水量水質(zhì)模型參數(shù)；

步驟2，基于河湖水體多元信息和水量水質(zhì)模型參數(shù)構(gòu)建待調(diào)控河湖區(qū)的當(dāng)前水體量質(zhì)耦合模型；

步驟3，根據(jù)當(dāng)前水體量質(zhì)耦合模型和當(dāng)前決策方案獲得待調(diào)控河湖區(qū)的水量、水位和水質(zhì)模擬結(jié)果，然后執(zhí)行步驟4；

步驟4，以水量、水位和水質(zhì)為決策目標(biāo)，以經(jīng)濟(jì)蓄水線、防破壞線和生態(tài)環(huán)境水位為決策域的約束，判斷決策目標(biāo)的模擬結(jié)果是否同時(shí)滿足河湖水體系統(tǒng)需求：

若決策目標(biāo)的模擬結(jié)果同時(shí)滿足河湖水體系統(tǒng)需求，則當(dāng)前決策方案為滿足河湖水體系統(tǒng)需求的全局最優(yōu)決策方案，基于當(dāng)前決策方案修正當(dāng)前水體量質(zhì)耦合模型參數(shù)并獲得修正后的水體量質(zhì)耦合模型，以修正后的水體量質(zhì)耦合模型為當(dāng)前水體量質(zhì)耦合模型；

若決策目標(biāo)的模擬結(jié)果不能同時(shí)滿足河湖水體系統(tǒng)需求，則根據(jù)決策目標(biāo)的反饋修正量調(diào)整決策變量并獲取調(diào)整后的決策方案，以調(diào)整后的決策方案為當(dāng)前決策方案，循環(huán)執(zhí)行步驟3；所述的決策目標(biāo)的反饋修正量為決策目標(biāo)的模擬值與目標(biāo)值之差；

若循環(huán)執(zhí)行步驟3的次數(shù)達(dá)到規(guī)定次數(shù)且決策目標(biāo)的模擬結(jié)果仍未同時(shí)滿足河湖水體系統(tǒng)需求，執(zhí)行步驟5；

所述的河湖水體系統(tǒng)需求指河湖水體系統(tǒng)的水量分配準(zhǔn)則、水位控制準(zhǔn)則和水質(zhì)控制準(zhǔn)則；

步驟5，放寬決策域的約束，重新執(zhí)行步驟4。