[發明專利]基于粒子群算法的小流域水土資源協調優化方法

在審

• 申請號: 201711202316.9
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107992965A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 胡春濤;彭榮梅;牛桂林;康蛇龍;王京浦;劉忠良;王澤秀;王如代;馬建國;徐保森;喬海英;馬志廣
• 申請（專利權）人: 河北省水利工程局
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06N3/00
• 代理公司: 天津諾德知識產權代理事務所(特殊普通合伙)12213
• 代理人: 欒志超

技術領域

本發明屬于水利工程領域，尤其涉及基于粒子群算法的小流域水土資源協調優化方法。

背景技術

資源配置的首要問題就是要看配置客體是否具有稀缺性和多用途性,顯然土地和水都具有這兩種特性。在以往多是將水資源和土地資源分別進行優化配置。土地資源的配置,是為了達到一定的生態經濟最優目標,依據土地特性和土地系統原理，依靠一定的技術和管理手段，對區域有限的土地資源的利用結構、方向,在時空尺度上,分層次進行安排、設計、組合和布局，以提高土地利用效率和效益，維持土地生態系統的相對平衡，實現土地資源的可持續利用。水資源優化配置是一定時期內，在有效、公平和可持續的原則基礎上,對特定區域內有限的、不同形式和質量的水資源,通過工程措施與非工程措施在各用水對象之間進行科學分配。比較而言,土地資源優化配置研究較多,水資源優化配置隨著水資源供需矛盾日益突出，逐漸引起人們的重視。

水土資源優化配置是利用當地小流域有限的水(坡面徑流)、土(坡面土地)資源條件，合理配置蓄水工程，以獲取最大的經濟、社會效益；水土資源優化配置包括兩個層次：第一個層次是水土資源的空間優化配置，第二個層次是蓄水系統的空間優化配置。在第一個層次水土資源的空間優化配置方面，盡管人們已經在水土資源調查、評價、規劃，以及以水土資源綜合利用為核心的區域經濟、社會、生態環境協調發展等方面開展了大量工作，但總體而言,目前將兩類資源結合起來所做的研究還比較少，已有研究也多偏重于水資源的配置，與土地資源的結合不夠。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供基于粒子群算法的小流域水土資源協調優化方法。

本發明的技術方案：基于粒子群算法的小流域水土資源協調優化方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：構建水土資源優化配置線性規劃數學模型；

步驟二：確定水土資源優化方案的空間配置；

步驟三：基于粒子群的智能優化求解。

進一步地，所述步驟一中構建水土資源優化配置線性規劃數學模型，包括以下步驟:

步驟A:確定決策變量，包括x₁:一類水平梯田；x₂:二類水平梯田；x₃:栽種林木；x₄:匯水的天然林草地；

步驟B:確定目標函數，表達式為maxZ＝c₁x₁+c₂x₂+c₃x₃+c₄x₄；其中c_i為利潤凈增值/(hm²·a)(i＝l,2,3,4)；

步驟C:確定約束條件，約束條件方程組為：

式中，e為水平梯田每畝每年的灌溉需水量(m/a)×10⁴m²；Yuxi為魚鱗坑坡地每畝每年的產流量(m/a)×10⁴m²；caodi為天然林草地每畝每年的產流量(m/a)×10⁴m²；

步驟D:構建完整的數學模型，數學模型表示

進一步地，c_i＝收入/(hm²·a)-支出/(hm²·a)。

進一步地，所述步驟D中構建完整的數學模型是以人定田方案的水土資源優化配置數學模型；

以人定田方案數學模型的初始約束條件方程組表示如下:

進一步地，所述步驟二中確定水土資源優化方案的空間配置，包括以下步驟：

步驟E:確定空間優化配置水土資源的原則，包括就低原則、就平原則、就水原則、就現狀原則；

步驟F:細化具體配置原則，包括配置順序、坡度要求、地形要求和地貌要求。

進一步地，所述步驟三中基于粒子群的智能優化求解，采用標準微粒群算法或單純形微粒群算法。

進一步地，所述單純形微粒群算法具體采用單純形微粒群優化算法。

進一步地，所述單純形微粒群優化算法的流程包括以下步驟：

1)確定目標函數；

2)初始化設置SMPSO的微粒群個數p、尋優代數、加速因子、慣性權重系數等參數值，隨機初始化微粒群的位置和速度；