一种流域水量-水质联合调控优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境保护技术领域，涉及一种流域水量-水质联合调控优化方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着我国流域内经济社会的快速发展，人口的不断增长以及城市化规模 的日益扩张，流域环境问题日益严重，经济发展和环境保护的矛盾日益凸显，致使流域内水 环境质量进一步改善的难度和压力加大。从污染控制的角度考虑，水资源开发利用影响水 循环，进而影响到水污染的治理，污染控制应和水资源开发利用统一考虑才能实现流域水 环境质量的根本改善，通过水质水量联合模拟的模型和方法，实现对区域水量和水质的联 合调控，达到水资源利用与区域环境保护的双重目标。为解决"十三五"时期流域决策规 划的盲目性和随意性提供决策支撑。
[0003] 现有的多目标决策优化方法、集成模型等不能够系统全面刻画和综合表征不同状 态下的总量控制目标、区域削减目标与该区域水环境质量之间的有机关系，难以综合、系统 地从大尺度上对流域"总量控制-污染减排-水环境质量改善"之间的响应过程和机理特 征进行动态模拟。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有模型方法技术难以综合、系统地从大尺度上对流域总量 控制-污染减排-水环境质量改善之间的响应过程和机理特征进行动态模拟的不足，由此， 本发明提供一种流域水量-水质联合调控优化方法，其既对大尺度上流域水量-水质联合 调控的过程机理进行全方位、多层次、多角度综合考虑和过程状态特征进行系统表征刻画， 又提高了流域综合规划和优化决策的准确性和可靠性。
[0005] 本发明提供一种流域水量-水质联合调控优化方法，该方法的技术解决方案包括 以下步骤：
[0006] 步骤1 :获得不同情景下流域水资源消耗的动态变化数据；
[0007] 步骤2 :根据不同情景下流域水资源消耗的动态变化数据，构建不同情景下的流 域水资源消耗-水污染排放动态模型；
[0008] 步骤3 :获取区域及不同控制单元水资源消耗量、污水排放总量；
[0009] 步骤4 :通过不同情景下的流域水资源消耗-水污染排放动态模型，对区域水污染 排放总量优化模拟处理，获得不同控制单元上总量优化分配结果；
[0010] 步骤5 :对区域及不同控制单元水环境质量模拟处理，得到的不同控制单元的水 环境质量；
[0011] 步骤6 :根据不同控制单元的水环境质量，获得合理的减排措施和总量控制目标。
[0012] 本发明的有益效果：
[0013] 本发明为了能够对流域水污染物排放总量进一步得到有效控制，全面改善流域水 环境质量，同时提高流域水资源管理能力和决策水平，从流域综合决策管理的角度，从大尺 度上构建流域总量控制-污染减排-水环境质量改善之间的动态响应关系，本发明提出了 一种自上而下、从总量到分量、空间到时间的流域水量-水质联合调控优化决策方法。对于 提高流域综合管理的优化决策能力和管理水平具有重要的应用价值和研究意义，同时也为 国家"十三五"重点流域水污染治理提供了重要的参考依据。
[0014] 本发明从流域综合决策管理的角度，系统构建了集水污染物总量控制-控制单元 水污染物总量优化分配-控制单元水质优化模拟于一体的流域水量-水质联合调控优化决 策的框架体系，建立了流域水量-水质联合调控优化决策模型，该模型能够为松花江流域 水资源有效管理和水污染防治提供决策支撑。同时本发明研究对于其他流域的水资源规划 和水污染防治也具有一定的参考价值和应用意义。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明一种流域水量-水质联合调控优化方法流程图；
[0016] 图2为本发明流域水资源消耗-水污染排放动态模型的流程图；
[0017] 图3为本发明区域水污染排放总量优化模拟的流程图；
[0018] 图4为本发明设置控制指标的综合权重的流程图；
[0019] 图5为本发明对区域及不同控制单元水环境质量模拟的流程图；
[0020] 图6a为阿什河段C0D浓度变化趋势预测；
[0021 ] 图6b为阿什河段氨氮浓度变化趋势预测；
[0022] 图7a为呼兰河段C0D浓度变化趋势预测；
[0023] 图7b为呼兰河段氨氮浓度变化趋势预测；
[0024] 图8a为朱顺屯C0D浓度变化趋势预测；
[0025] 图8b为朱顺屯氨氮浓度变化趋势预测；
[0026] 图9a为大顶子山C0D浓度变化趋势预测；
[0027] 图9b为大顶子山氨氮浓度变化趋势预测；
[0028] 图10a为2016年各类水质所占比重；
[0029] 图10b为2020年各类水质所占比重。
【具体实施方式】
[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0031] 请参阅图1示出实施例1，本实施例提供本发明一种流域水量-水质联合调控优化 方法，该方法包括以下步骤：
[0032] 步骤1 :获得不同情景下流域水资源消耗的动态变化数据；
[0033] 步骤2 :根据不同情景下流域水资源消耗的动态变化数据，构建不同情景下的流 域水资源消耗-水污染排放动态模型；
[0034] 步骤3 :获取区域及不同控制单元水资源消耗量、污水排放总量；
[0035] 步骤4 :通过不同情景下的流域水资源消耗-水污染排放动态模型，对区域水污染 排放总量优化模拟处理，获得不同控制单元上总量优化分配结果；
[0036] 步骤5 :对区域及不同控制单元水环境质量模拟处理，得到的不同控制单元的水 环境质量；
[0037] 请参阅图2,为本发明优选实施例，示出流域水资源消耗-水污染排放动态模型的 流程图，所述步骤2构建不同情景下的流域水资源消耗-水污染排放动态模型的具体步骤 如下：
[0038] 步骤21:提取不同情景下流域的污染物排放源（主要包括工业、农业、生活和畜禽 养殖业），识别并筛选不同污染源系统状态特征的典型控制指标；
[0039] 步骤22:应用系统动力学方法，对不同情景下构建大尺度上流域水资源消耗和水 污染物排放之间的耦合关系；所述系统动力学方法的建模软件是利用VensimPLE软件。 所述耦合关系在具体解决实际问题时，需要根据不同的应用环境和条件来合理选择参数描 述，根据研究者的目的不同，所建立具体耦合关系也不同。
[0040] 步骤23 :应用系统动力学模型（VensimPLE软件），对不同情景下建立大尺度上流 域水资源消耗-水污染物排放联合控制动态模拟模型，对不同情景下的决策方案进行动态 模拟，模拟得到并存储不同情景下流域水资源消耗的动态变化对流域内经济社会的影响的 指标数据值，以及通过水污染控制对水环境的改善效果的数据指标值，进而为未来流域水 资源优化调控和水污染总量排放制定出科学、合理的决策方案。
[0041] 所述系统动力学模型（VensimPLE软件）是根据研究者所选择的流域对象，以及 需要解决的具体实际问题，来合理选择适宜的变量。同时根据解决问题的难易程度，选择的 变量数量及公示的难易程度也不同，需要具体问题具体对待。
[0042] 实施例2
[0043] 请参阅图1和图3示出本实施例，为步骤4对区域水污染排放总量优化模拟处理 的步骤包括如下：
[0044] 步骤41 :按照行政区域对流域进行空间划分，划分为不同的控制单元或者子控制 单元；
[0045] 步骤42 :选择典型控制指标，按照环境基尼系数方法计算不同控制指标对应的环 境基尼系数；
[0046] 步骤43 :利用不同情景下流域水资源消耗的动态变化对流域内经济社会的影响 的数据指标值，以及通过水污染控制对