[發明專利]基于GA-BP神經網絡的頁巖氣開發區水資源承載力評價方法

在審

• 申請號: 202010714908.4
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111815196A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 李翔;左朝暉;李紹康;楊津津;趙昕宇;張琦;馬妍
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/02;G06N3/08
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11004
• 代理人: 周娓娓;晁璐松

本發明公開了一種基于GA?BP神經網絡的頁巖氣開發區水資源承載力評價方法，具體步驟如下：步驟一、確定頁巖氣開發所在區域基本概況；步驟二、建立開發區水資源承載力評價指標體系；步驟三、綜合確定水資源承載力指標分級標準；步驟四、構建GA?BP神經網絡模型，生成樣本數據，將輸出樣本期望值在承載力等級區間插值；步驟五、對數據進行歸一化處理；步驟六、通過遺傳算法對BP神經網絡的初始權值和閾值進行優化；步驟七、將驗證數據代入優化后的BP神經網絡模型，得到期望輸出與結果的相關系數。本發明確定了評價指標及分級標準，優化了指標在BP神經網絡中的權值和閾值，更容易挖掘影響水資源承載力的指標，能更好的反應指標變化帶來的影響。

技術領域

本發明屬于頁巖氣開發施工技術領域，特別涉及一種基于GA-BP神經網絡的頁巖氣開發區水資源承載力評價方法。

背景技術

頁巖氣是蘊藏于頁巖層可供開采的天然氣資源，較常規天然氣相比，頁巖氣開發具有開采壽命長和生產周期長的優點。中國的頁巖氣資源可采資源量約為115 000×10⁸～361 000×108m³，近幾年頁巖氣年產量達到44.6×108m³，頁巖氣的大規模開發有助于改變我國能源消費結構。開采頁巖氣能為開采區域帶來巨大的經濟效益，但開采過程中需要消耗大量的淡水資源，可能威脅到當地的水資源可持續利用，據統計，頁巖氣水平井鉆井和壓裂所需水量達到約10000～24 000m³，鉆井液的重復利用率為30％～70％，相比煤層氣單井耗水量僅僅為300～1 000m³，頁巖氣開采耗水十分嚴重。如果不協調頁巖氣開發與水資源之間的關系，可能導致區域水資源匱乏，對頁巖氣開發區域的社會、經濟和環境造成惡性影響。因此，開展頁巖氣水資源承載力評價研究，可以促進頁巖氣開發區域水資源、經濟和社會協同發展。

目前，對于水資源承載力主要的評價方法有多元數據分析的投影尋蹤、綜合評價法、多目標分析法、系統動力學法等，而水資源系統具有非線性和混沌特征，水資源承載力評價的各項指標彼此間存在非線性的聯系，這些方法對于評價指標權重的確定存在主觀成分。且多數研究基于區域或流域展開水資源承載力的評價，專門對頁巖氣開采區域水資源承載力的研究較少。

發明內容

本發明提供了基于GA-BP神經網絡的頁巖氣開發區水資源承載力評價方法，用以解決頁巖氣開發過程中的水資源承載力評價的指標體系建立、分級和評價等技術問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于GA-BP神經網絡的頁巖氣開發區水資源承載力評價方法，具體步驟如下：

步驟一、根據頁巖氣開發所在區域，確定開發區的基本氣候、地質特征和年平均降水量；

步驟二、進一步結合頁巖氣開發用水特點，建立開發區水資源承載力評價指標體系，指標體系包含社會指標分級、水資源指標分級、經濟指標分級、生態指標分級和頁巖氣指標分級共五個一級指標分類，以及五個指標分類各對應的二級評價指標；

步驟三、結合水資源承載力評價指標體系中各二級評價指標的取值范圍，綜合確定水資源承載力各二級評價指標分級標準，分級標準共分為五個等級區間狀態；

步驟四、構建BP神經網絡模型，基于水資源承載力各二級評價指標分級標準，采用隨機技術公式生成樣本數據，將輸出樣本期望值在每個等級區間狀態插值，分別使處于各個區間內；

步驟五、對步驟四的數據，采用最大最小方法對數據進行歸一化處理，計算公式如下：

式中：X_max和X_min為數據中最大值和最小值；X_ij為數據的實際值。