专利名称：：一种供水型水库生态调度技术的制作方法
技术领域：
：本发明属于水资源保护和水资源管理领域，涉及一种供水型水库生态调度技术，尤其是同时考虑供水效益和水库下游河流生态系统健康的供水型水库调度的优化确定方法。
背景技术：
：自建国以来，随着大规模的水利投入，我国建成了一大批具有综合功能的水库，取得了巨大的综合利用效益。但以往的水库调度，主要考虑协调除害与兴利的矛盾，注重发挥水库在防洪、发电、供水(灌溉)、航运等方面的作用，对其下游河流水环境及生态安全、库区水生态环境保护考虑较少。长期积累下来的生态和环境的不良影响开始通过各种形式显现出来。目前水库调度方式依据其对于生态需水的考虑程度，主要有以下几种(1)传统的水库调度方法传统的水库调度方式主要考虑协调除害与兴利的矛盾，注重发挥水库在防洪、发电、供水(灌溉)、航运等方面的作用，对其下游河流水环境及生态安全、库区水生态环境保护考虑较少。(2)保证最小生态需水的水库调度方法此方法在传统水库调度方法的基础上加入了生态需水的考虑，将最小生态需水作为一个约束条件纳入到水库调度中，即要求水库下泄水量须不小于规定的最小生态需水量。这种方法在水库调度中加入了生态需水的考量，相对于传统水库调度方法是一个重大的进步。但是，由于最小生态需水仅仅是一个约束条件，而且在最小生态需水之上的水量增加的生态效益无法定量评价，使得这种方法具有很大的局限性。(3)以生态需水为唯一目标的水库调度方式此方法出于改变传统水库调度方法忽略生态系统需求的考虑，将生态需水作为水库调度的唯一考虑目标，令水库调度完全按照生态需水的结果进行，保证一个完整的生态需水过程。然而此方法由于完全忽略了水库的社会功能和经济功能，因而目前仅仅是理论上的探讨，没有实践应用的案例。水库调度，除传统的基于调度图和调度函数的调度方法以外，线性规划、动态规划、遗传算法、人工神经网络、蚁群决策和混沌算法等优化方法也有较多的应用。在水库的生态调度中，社会经济效益与生态效益在某种程度上是相互矛盾的，而如何协调这一矛盾，则体现了管理者的判断。因此，如何在水库调度中体现管理者主观判断的因素，对于水库调度特别是水库生态调度具有重要意义。
发明内容针对现有水库调度方法中存在的问题，本发明的目的在于建立一种能够综合考虑水库调度的生态效益与社会经济效益，在保证河流生态需水的前提下，使得水库运行的社会经济效益和生态效益最大化。供水型水库的功能主要是为生产生活提供用水，因此其社会经济效益可以用供水短缺率来表示，供水短缺率越小，其社会经济效益越大；相反的，其供水短缺率越大，其社会经济效益越小。本发明以适宜生态需水贴近度表征水库调度的生态效益，以供水短缺率表征水库调度的社会经济效益。将生态效益和社会经济效益作为水库调度的目标进行优化调度，建立多目标优化调度模型。设定一定的供水短缺率，并将其作为约束条件，从而将多目标问题转化为单目标问题。然后通过设定一系列供水短缺率的值，得到一系列单目标模型。应用动态规划法对这些优化模型进行求解，可以得到一系列优化结果。管理者可以依据偏好从中选择决策，从而得到水库的生态调度优化方案。其步骤为(1)计算河流最小生态需水量和适宜生态需水量。河流最小生态需水量和适宜生态需水量采用Te皿ant法进行计算。Tennant法又称Montana法，是一种非现场测定类的生态需水计算方法。此方法以多年平均径流量为基础，设定一定的百分比为最小生态需水量和适宜生态需水量。本发明中，以多年平均径流量的10%为河流最小生态需水量，以多年平均径流量的30%为河流适宜生态需水量。(2)建立水库调度生态效益目标。生态效益目标使用适宜生态需水贴近度进行表征。(3)建立水库调度社会经济效益目标。社会经济效益目标使用供水短缺率进行表征。(4)明确水库调度的约束条件约束条件包括水量平衡、水库能够承受的最大下泄流量、水库水位限制、最小生态需水保证等方面的约束性条件。(5)建立多目标优化模型。建立包括生态效益目标和社会经济效益目标的多目标优化调度模型。(6)设定一定的供水短缺率值，将社会经济效益目标转化为约束条件，将多目标优化模型转化为单目标优化模型。设定一系列供水短缺率值，得到一系列单目标优化模型。(7)模型求解。应用动态规划法对单目标模型进行求解，得到一系列最优解。(8)决策偏好的交互式调度定义一个表示决策人员偏好的系数，代表社会经济效益的负增长与生态效益之间的比值，从而使得决策者能够判断单位社会经济效益与单位生态效益之间增减的定量的转化关系，从而根据实际情况选择符合决策要求的最优调度方案。附图为本发明建立的调度方法流程图。具体实施例方式本发明的具体实施按照以下步骤进行(1)采用Tennant法确定河流最小生态需水量和适宜生态需水量。河流最小生态需水量等于河流多年平均流量的10%，河流适宜生态需水量等于河流多年平均流量的30%。Qeniin=10%Qave(1)4<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>态Qare:河流多年平均沒Qemin:河流最小生态需水量Qra:河流适宜生态需水量(2)建立水库调度生态效益目标。生态效益目标使用适宜生态需水贴近度进行表生态目标主要是使生态需水贴近度(CDE)尽量接近l，也就是使得下泄流量与适需水量之间的差值尽可能的小。2,(3)￡e二min乞ICD五,-1|(4)CDEt:t时段生态需水贴近度Qt:t时段实际下泄水量Ee:生态效益目标T:整个调度时段长度(3)建立水库调度社会经济效益目标。社会经济效益目标使用供水短缺率进行表&=min5W=minZxl00%(5)Es:社会经济效益目标SRW:供水短缺率Qpt:t时段规划供水量Qat:t时段实际供水量(4)明确水库调度的约束条件约束条件包括水量平衡、水库能够承受的最大下,水库水位限制、最小生态需水保证等方面的约束性条件。I.水量平衡Vt+1=Vt+It-Qt-Kt(6)Vt+1:t+l时段初始水库蓄水量Vt:t时段初始水库蓄水量It:t时段水库入库水量Kt:t时段水库库区取水量II.水库下泄流量Qt《Qmax(7):t时段水库能够承受的最大下泄流量III.水库水位限制Zd《Zmin《Zs(8)Zd:水库死水位Zmin:t时段水库最低水位Zs:水库安全水位IV.最小生态需水保证Qt>Qemin(9)(5)设定一定的供水短缺率值，将社会经济效益目标转化为约束条件，将多目标优化模型转化为单目标优化模型。设定一系列供水短缺率值，得到一系列单目标优化模型。(7)模型求解。应用动态规划法对单目标模型进行求解，得到一系列最优解。其步骤如下步骤1:确定阶段变量。以水库调度周期内的计算时段为阶段，可以月、旬或日为阶段单位。步骤2:确定状态变量。以每月月初水库蓄水量为状态变量。步骤3:确定决策变量。以水库下泄流量为决策变量。步骤4:确定状态转移方程。状态转移方程为水量平衡方程，即公式(6)。步骤5:确定效益函数。效益函数为f(t)=|CDEt_l|(10)步骤6:确定边界条件。边界条件为调度周期的初始库容与末期库容出于死库容。步骤7:确定递推计算方程。递推计算方程为Ft=min(f(t)+Ft+1)，FT+1=0(11)步骤8:采用逆序解法得到最优解。从最后一个阶段开始求局部最优解，然后求得包括前一个阶段的局部最优解，直到求得包括初始阶段的全局最优解。(8)决策偏好的交互式调度上述不同情形下的最优解，即为设定供水率情形下的最优调度方案。本发明根据管理者判断，从这些方案中选择适宜的调度方案。定义一个表示决策人员管理者偏好的系数，代表社会经济效益的负增长与生态效益之间的比值，从而使得决策者管理者能够判断单位社会经济效益与单位生态效益之间增减的定量的转化关系，从而根据实际情况选择符合决策要求的最优调度方案。dEep:一:t^"(12)p:决策偏好系数实施例按照上述方法对我国北方某供水型水库进行模拟调度。该水库防洪库容量3.68亿m3。兴利库容为3.59亿m3，总库容为7.07亿m3。多年平均降雨量为774mm，多年平均径流量为2.89亿m3。水库的工业及城市生活用水合计为18250万m3。在水库运行过程中，没有考虑河流生态需水，除汛期外水库一直处于蓄水状态，无下泄流量。按照本发明方法，得到结果如下(1)最小生态需水量为0.92mVs，适宜生态需水量为2.75m3/s。(2)分别设定供水短缺率为O(计划供水量)、10%、20%、30%和40%，得到优化调度结果见表l。按照传统的调度方式，水库仅仅考虑了防洪和供水两个方面，完全忽略了水库调度的生态效益。按照本发明方法对现有调度方法进行改进后，在满足水库社会经济目标的基础上，生态目标也得到了满足，使得水库的综合效益得以提升。表1水库调度结果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求一种供水型水库生态调度方法，其特征在于以适宜生态需水贴近度表征水库调度的生态效益，以供水短缺率表征水库调度的社会经济效益。将生态效益和社会经济效益作为水库调度的目标进行优化调度，建立多目标优化调度模型。通过供水短缺率设定的方法，将其转化为约束条件，从而将多目标问题转化为单一目标问题。应用动态规划法对优化模型进行求解。水库管理者可以依据调度运行经验和个人偏好设定相应的供水短缺率的值，进而得到水库的生态调度优化方案。全文摘要本发明系一种供水型水库生态调度技术。本发明以适宜生态需水贴近度表征水库调度的生态效益，以供水短缺率表征水库调度的社会经济效益。将生态效益和社会经济效益作为水库调度的目标进行优化调度，建立多目标优化调度模型。设定一定的供水短缺率，并将其作为约束条件，从而将多目标问题转化为单目标问题。然后通过设定一系列供水短缺率的值，得到一系列单目标模型。应用动态规划法对这些优化模型进行求解，可以得到一系列优化结果。管理者可以依据偏好从中选择决策，从而得到水库的生态调度优化方案。文档编号G06F19/00GK101789053SQ201010100909公开日2010年7月28日申请日期2010年1月26日优先权日2010年1月26日发明者于世伟,杨志峰,杨薇,陈贺申请人:北京师范大学