[發明專利]一種供需雙邊預測的旱澇保收水資源配置方法

在審

• 申請號: 202110399096.3
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113343553A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 郭萍;岳瓊;王友芝;郭珊珊
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06Q10/06;G06Q50/02;G06Q50/06;G06F111/04;G06F111/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

1.一種供需雙邊預測的旱澇保收水資源配置方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：收集來水量與需水量的歷史序列信息；

步驟S2：根據步驟S1的歷史序列信息，使用供需水Bi-LSTM預測模型分別預測未來預設情景下的區域來水量與需水量；

步驟S3：在預測未來區域來水量與需水量的基礎上，結合水庫的運行狀態與用水量來平衡預知庫區在未來時間段內的旱澇狀態；

步驟S4：選取區域整體凈經濟效益最大化、區域糧食總產量最大化以及綜合缺水指數最小化為優化目標，選取水庫水量平衡能力、水庫庫容限制能力、分洪區蓄洪能力、分洪區擴容能力、糧食安全以及各用水部門需水量作為約束條件，構建旱澇保收的多部門多目標混合整數動態優化模型；

步驟S5：利用層次分析法和加權最小偏差法對步驟S4中的多部門多目標混合整數動態優化模型進行求解，得到面向未來的旱澇條件下水資源優化配置結果。

2.根據權利要求1所述的供需雙邊預測的旱澇保收水資源配置方法，其特征在于，所述步驟S4包括以下子步驟：

步驟S41：選取區域整體凈經濟效益最大化為目標，考慮區域各部門用水、分洪區分流成本、以及蓄洪區擴容成本，構建目標函數：

式中，f₁為凈經濟效益；i為行政區，取值1,2,…,I；j為用水部門，取值1,2,…,J；t為時段，取值1,2,…,T；n為分洪區，取值1,2,…,N；C_ij表示第i分區第j類用水部門的凈效益系數；X_ijt表示第i分區第j類用水部門在第t時段的配置水量；D_n表示第n分洪區的分洪成本；W_tn表示第n分洪區第t時段的分流量；δ_tn為0-1變量，1代表分洪區需要擴容，0代表分洪區不擴容；B_n表示第n分洪區的擴容成本；E_tn表示第n分洪區第t時段的擴容能力；

步驟S42：選取區域糧食總產量最大化為目標，引入不同作物二次水分生產函數，構建目標函數：

式中，f₂為糧食總產量；k為作物種類，取值1,2,…,K；A_ik為第i分區第k類作物的種植面積；CW_tik為第i分區第k類作物在第t時段的配置水量；α,β與ο為由試驗數據擬合得到的作物二次水分生產函數的系數；

步驟S43：選取綜合缺水指數最小化為目標，考慮各部門配置權重，構建目標函數：

式中，f₃為綜合缺水指數，為第i分區第j用水部門的配水權重；為第i分區第j用水部門在第t時段的最大需水量；

步驟S44：選取水庫水量平衡能力、水庫庫容限制能力、分洪區蓄洪能力、分洪區擴容能力、糧食安全以及各用水部門需水量作為約束條件，具體表達式如下：

(1)水庫水量平衡約束：

式中，SR_t、SR_t-1分別為第t時段、第t-1時段水庫的儲水量；WR_t第t時段水庫的來水量；當t＝0時，水庫儲水量為已知參數，當t≥1時，水庫來水量、出水量與存水量遵循動態平衡原則；

(2)水庫庫容限制約束：

DR_t≤SR_t≤MR_t

式中，DR_t為t時段水庫死庫容；MR_t為t時段水庫最大存水能力；

(3)分洪區蓄洪能力約束：

W_tn≤WC_tn

式中，WC_tn為t時段n分洪區的最大蓄洪能力；

(4)分洪區擴容能力約束：

E_tn≤EC_tn

式中，EC_tn為t時段n分洪區的最大擴容能力；

(5)糧食安全約束：

式中，POP為區域總人口數；ND為人均最低糧食標準；

(6)各用水部門需水量約束：

式中，為第i分區第j用水部門在第t時段的最小需水量；為第t時段中第i分區第k種類作物的最小需水量；為第t時段中第i分區第k種類作物的最大需水量；

以上約束條件中的X_ijt、CW_tik與W_tn均為非負值，即

X_ijt≥0,CW_tik≥0,W_tn≥0。