[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

本發明公開了屬于水資源優化配置技術領域的一種供需雙邊預測的旱澇保收水資源配置方法。包括下述步驟：收集來水量與需水量歷史序列信息，構建供需水Bi?LSTM預測模型；預測未來預設情景下的區域來水量與需水量，并結合水庫的運行狀態與用水量平衡預判庫區在未來時間段內的旱澇狀態；構建旱澇保收的多部門多目標混合整數動態優化模型；最終獲得面向未來的旱澇條件下水資源優化配置方案。本發明不僅能夠極大程度地避免庫區旱澇災害的發生，還能夠獲得面向未來的旱澇保收的水資源高效配置方案，為可持續水資源調控提供了更加可靠的解決方案，為區域糧食安全提供更加強健的保障。

技術領域

本發明涉及水資源優化配置技術領域，尤其涉及一種供需雙邊預測的旱澇保收水資源配 置方法。

背景技術

隨著社會經濟的飛速發展以及城鎮化進程的持續推進，日益增長的水資源需求和水資源 短缺之間的矛盾更加突出。在全球氣候變化背景下，未來水資源的需求量將持續增加。而另 一方面，水資源供給量受到降水、氣溫、地表過程等多個因素的綜合影響而變化。水資源問 題注定會成為未來無法回避的世紀挑戰。農業是我國的用水大戶，灌溉用水是保障糧食安全 生產的重要前提。如何合理預測未來水資源供給與需求變化，科學高效地配置有限的水資源 對保障糧食安全和區域可持續發展具有深遠意義。

優化建模方法作為水資源高效配置的重要工具，在學術界得到了廣泛應用。多數相關研 究針對水資源利用現狀進行優化，但面向未來的水資源優化配置更具有使用前景。受水文循 環、地形變化、以及人類活動等復雜條件影響，未來水資源供給與需求表現出非線性和隨機 性特點，對其進行準確預測具有很大的挑戰性。隨著機器學習算法的快速發展，為合理地處 理序列信息，提高預測精度提供了技術支撐。但是，如何借助機器學習算法開展高精度供需 水量雙邊統一預測，構建預測-優化耦合框架，實現面向未來的水資源高效合理配置，并沒有 具體有效的實施方案。

另一方面，以全球變暖為主要背景的氣候變化下，干旱、洪澇等極端氣候水文事件的發 生頻率將有所增加，必然成為影響區域可持續發展的重要風險之一。水庫通過攔蓄和調節天 然徑流，能夠有效緩解由于旱澇災害對水資源有效管理帶來的沖擊，以達到防洪、抗旱、興 利的目的，最大限度地滿足區域發展的需求。實施科學的水庫調度管理方案，將有助于最大 程度地發揮水庫的工程效應。但是，考慮水庫承擔任務的優先序且保證工程安全的前提下， 如何充分運用水庫的調蓄能力，實現水資源高效管理，并兼顧旱澇條件下的區域糧食安全， 成為了亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提出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(Bi-directional LongShort-Term Memory,雙向長短時記憶網絡)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。

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：