[發明專利]基于多因素耦合的水資源管理優化方案評估方法及裝置

在審

• 申請號: 202211726026.5
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN116415410A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 趙建世;周含章;崔世博;蒙維灑;張景皓
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/0637;G06Q10/0639;G06Q50/06;G06F111/06;G06F111/04
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王萌

1.一種基于多因素耦合的水資源管理優化方案評估方法，其特征在于，包括：

構建水資源管理評估優化模型，所述模型包括：以生態用水量最大化為目標函數的水資源子模型、以國內生產總值最大化和糧食產量最大化為目標函數的社會經濟子模型、以化學需氧量排放最小化為目標函數的生態環境子模型，所述水資源管理評估優化模型的總目標函數通過對各子模型目標函數值歸一化后加權求和得到；

設置水資源管理方案的不同情景；

在每個所述情景下，以所述水資源管理評估優化模型的總目標函數最大化為目標，求解所述水資源管理評估優化模型，將所述總目標函數最大值對應的情景作為水資源管理的最優方案。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述設置水資源管理方案的不同情景，包括：

1)設置三種基本情境，包括：節水力度、水環境改善力度和氣候改善力度，在每種基本情景內設置三種程度不同的水資源管理措施，其中，節水力度的措施包括：不節水、中度節水和高度節水，水環境改善力度的措施包括：維持現狀、逐漸恢復和立即恢復，氣候改善力度措施包括：維持現狀、逐年豐水和逐年枯水；通過從每種基本情景中選出一種措施進行組合，共得到27種情景；

2)根據步驟1)得到的情景，設置每個情景對應的節水力度、水環境改善力度參數和氣候改善力度參數；

3)根據步驟2)設置的參數，修正每個情景下水資源管理評估優化模型中各年份的數據。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述水資源子模型的目標函數表達式如下：

式中，_t為時間，代表模型數據選取的各基準年；d為地區；

X_GREEN(t,d)為t年份d地區水資源盈余總量，表達式如下：

X_GREEN(t,d)＝X_Wsuf(t,d)+X_Wground(t,d)+X_Wtreated(t,d)-X_Wtotal(t,d)

式中，X_Wsuf(t,d)代表t年份d地區地表水資源量；X_Wground(t,d)代表t年份d地區地下水資源量；X_Wtreated(t,d)代表t年份d地區再生水資源量；X_Wtotal(t,d)代表t年份d地區生產生活總用水量；

所述水資源子模型的約束條件，包括：

種植業用水定額約束；

P_Wcrop(t,d,c)＝P_Wcrop0(t,d,c)·WSAVE_Agri(t,d)

式中，c為作物，代表種植業作物種類；P_Wcrop(t,d,c)代表t年份d地區作物c單位面積灌溉用水量，P_Wcrop0(t,d,c)代表未節水前t年份d地區作物c單位面積灌溉用水量，WSAVE_Agri(t,d)代表t年份d地區農業節水力度；

畜牧業用水定額約束；

P_Wxum(t,d)＝P_Wxum0(t,d)·WSAVE_Agri(t,d)

式中，P_Wxum(t,d)代表t年份d地區畜牧業單位產值耗水量，P_Wxum0(t,d)代表未節水前t年份d地區畜牧業單位產值耗水量，WSAVE_Agri(t,d)代表t年份d地區農業節水力度；

林副漁業用水定額約束；

X_Wlf(t,d)＝X_Wlf0(t,d)·WSAVE_Agri(t,d)

式中，X_Wlf(t,d)代表t年份d地區林副漁業總耗水量，X_Wlf0(t,d)代表未節水前t年份d地區林副漁業總耗水量，WSAVE_Agri(t,d)代表t年份d地區農業節水力度；

工業用水定額約束：

P_Wsubj(t,d,subj)＝P_Wsubj0(t,d,subj)·WSAVE_Indust(t,d)

式中，subj為工業部門；P_Wsubj(t,d,subj)代表t年份d地區工業部門subj單位產值用水定額，P_Wsubj0(t,d,subj)代表未節水前t年份d地區工業部門subj單位產值用水定額，WSAVE_Indust(t,d)代表t年份d地區工業節水力度；

服務業用水定額約束：

P_Wserv(t,d,s＝TERTIAR)＝P_Wserv0(t,d,s＝TERTIAR)·WSAVE_Indust(t,d)

式中，s為經濟部門，代表不同經濟產業，s＝PRIMARY代表第一產業即農業，s＝SECOND代表第二產業即工業，s＝TERTIAR代表第三產業即服務業；P_Wserv(t,d,s＝TERTIAR)代表t年份d地區第三產業單位產值用水定額，P_Wserv0(t,d,s＝TERTIAR)代表未節水前t年份d地區第三產業單位產值用水定額，WSAVE_Indust(t,d)代表t年份d地區工業節水力度；

城市生活用水定額約束：

P_Wpopcity(t,d)＝P_Wpopcity0(t,d)·WSAVE_living(t,d)

式中，P_Wpopcity(t,d)代表t年份d地區城市居民生活用水定額；P_Wpopcity0(t,d)代表未節水前t年份d地區城市居民生活用水定額；WSAVE_living(t,d)代表t年份d地區生活節水力度；

農村生活用水定額約束：

P_Wpopvil(t,d)＝P_Wpopvil0(t,d)·WSAVE_living(t,d)

式中，P_Wpopvil(t,d)代表t年份d地區農村居民生活用水定額；P_Wpopvil0(t,d)代表未節水前t年份d地區農村居民生活用水定額；WSAVE_living(t,d)代表t年份d地區生活節水力度；

生活用水約束：

X_Wpopu(t,d)＝P_Wpopcity(t,d)·X_popcity(t,d)+P_Wpopvil(t,d)·X_popvil(t,d)

式中，X_Wpopu(t,d)代表t年份d地區生活用水總量，P_Wpopcity(t,d)代表t年份d地區城市居民生活用水定額，X_popcity(t,d)代表t年份d地區城市人口，P_Wpopvil(t,d)代表t年份d地區農村居民生活用水定額，X_popvil(t,d)代表t年份d地區農村人口；

農業用水約束：

X_Wagri(t,d)＝X_Wcrops(t,d)+X_Wxum(t,d)+X_Wlf(t,d)

式中，X_Wagri(t,d)代表t年份d地區農業總用水量；X_Wcrops(t,d)代表t年份d地區種植業總耗水量；X_Wxum(t,d)代表t年份d地區畜牧業總耗水量；X_Wlf(t,d)代表t年份d地區林副漁業總耗水量；

種植業耗水約束：

X_Wcrop(t,d,c)＝P_Wcrop(t,d,c)·X_Acrop(t,d,c)

式中，X_Wcrop(t,d,c)代表t年份d地區作物c用水量，P_Wcrop(t,d,c)代表t年份d地區作物c單位面積灌溉用水量，X_Acrop(t,d,c)代表t年份d地區作物c種植面積，X_Wcrops(t,d)代表t年份d地區種植業總耗水量；

畜牧業耗水約束：

X_Wxum(t,d)＝P_Wxum(t,d)·X_GRA(t,d)

式中，P_Wxum(t,d)代表t年份d地區畜牧業單位產值耗水量，X_Wxum(t,d)代表t年份d地區畜牧業總耗水量，X_GRA(t,d代表)t年份d地區畜牧業總產值；

工業用水約束：

X_Wsubj(t,d)＝P_Wsubj(t,d,subj)·A_S(t,d,subj)·X_GDP(t,d,s＝SECOND)

式中，X_Wsubj(t,d)代表t年份d地區工業耗水量，P_Wsubj(t,d,subj)代表t年份d地區工業部門subj單位產值用水定額，A_S(t,d,subj)代表t年份d地區工業部門subj產值占總工業產值比例，X_GDP(t,d,s＝SECOND)代表t年份d地區第二產業生產總值GDP，X_Windu(t,d)代表t年份d地區工業用水總量；

服務業用水約束：

式中，X_Wserv(t,d)代表t年份d地區服務業用水總量，P_Wserv(t,d,s＝TERTIAR)代表t年份d地區第三產業單位產值用水定額，X_GDP(t,d,s＝TERTIAR)代表t年份d地區第三產業區域生產總值GDP；

各行業總用水約束：

X_Wtotal(t,d)＝X_Wpopu(t,d)+X_Windu(t,d)+X_Wserv(t,d)+X_Wagri(t,d)

式中，X_Wpopu(t,d)代表t年份d地區生活用水總量，X_Windu(t,d)代表t年份d地區工業用水總量，X_Wserv(t,d)代表t年份d地區服務業用水總量，X_Wagri(t,d)代表t年份d地區農業總用水量；

地表水資源量約束：

X_Wsuf(t,d)＝X_Wsuf0(t,d)×P_Wsuf(t,d)

式中，X_Wsuf0(t,d)代表t年份d地區氣候未改善時地表水資源量，P_Wsuf(t,d)代表t年份d地區地表水資源量改善力度；

地下水資源量約束：

X_Wground(t,d)＝X_Wground0(t,d)×P_Wground(t,d)

式中，X_Wground0(t,d)代表t年份d地區氣候未改善時地下水資源量，P_Wground(t,d)代表t年份d地區地下水資源量改善力度；

水平衡約束：

X_Wtotal(t,d)≤X_Wsuf(t,d)+X_Wground(t,d)+X_Wwtreated(t,d)。