基于综合评价信息的城市多水库水源水量分配方法与流程

本发明涉及水资源规划和配置
技术领域：
，尤其涉及一种基于综合评价信息的城市多水库水源水量分配方法。
背景技术：
：在现有城市水资源数量、质量、时空分布特征、开发条件、利用现状和供需发展趋势确定的情况下，客观、科学和系统地对城市供水水源做出评价，并合理确定城市供水水源的供水比例，对于指导城市水资源的开发利用和规划管理具有重要的意义。目前，国内外在多水库水源评价研究方面，主要有系统动力学法、投影寻踪法、模糊评价法、支持向量机法、生态足迹法、灰色关联法、主层次分析法、物元可拓法和数据包络分析法等。但是，现有的方法多局限于对多水库供水水源的水质评价，且存在评价方法单一、评价因子选取主观性强等方面的不足，而对于供水水源的综合评价考虑不多。此外，目前尚无基于多水源综合评价信息确定供水比例的研究方法。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种基于综合评价信息的城市多水库水源水量分配方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于综合评价信息的城市多水库水源水量分配方法，包括如下步骤：s1，构建多水库水源综合评价系统，包括供水目标子系统、水质目标子系统、运行情况子系统和附加目标子系统；s2，确定水质目标子系统的评价因子并计算综合水质值；s3，确定运行情况子系统的评价因子并计算综合运行值；s4，确定供水目标子系统评价因子和附加目标子系统评价因子；s5，根据综合水质值、综合运行值、供水目标子系统评价因子和附加目标子系统评价因子，计算多水库水源供水系统的综合评价值；s6，确定多水源供水的先后顺序，并计算多水源的实际供水量。优选地，s1具体为，采用层次分析法，从目标层、准则层和指标层三个层次，考虑水库承担的功能、水库的运行情况、水库的水质指标，构建由供水目标子系统、水质目标子系统、运行情况子系统和附加目标子系统四个子系统组成的水库水源综合评价系统。优选地，s2中，所述确定水质目标子系统的评价因子，按照如下方法进行实施：首先，参照《地表水环境质量评价方法(试行)》常用的21项水质监测指标，筛选水质目标子系统的候选评价因子；然后，采用主成分分析法，筛选出累计贡献率大于85％的候选评价因子，作为水质目标子系统的评价因子。优选地，s2中，所述综合水质值为一个1×a阶的数据矩阵m，按照如下公式进行计算：其中，zij为水质目标子系统中，第j个水库中的第i个评价因子，i≤c，j≤a，c个评价因子的权重分别为q1,q2,q3…qc，qi为第i个评价因子的权重，m1j表示第j个水库的综合水质值。优选地，s3中，所述确定运行情况子系统的评价因子，按照如下方法进行实施：参照《水库大坝安全评价导则(sl258-2000)》，考虑到多水库水源作为城市原水水源的情况，选取水库的运行管理、维修养护、安全监测、环境现状四个方面作为运行情况子系统的评价因子。优选地，s3中，所述综合运行值为一个1×a阶的数据矩阵n，按照如下公式进行计算：其中，wij为运行情况子系统中，第j个水库中的第i个评价因子，i≤4，j≤a；4个评价因子的权重分别为p1,p2,p3,p4，pi为第i个评价因子的权重；n1j表示第j个水库的综合运行值。优选地，s4中，所述供水目标子系统的评价因子包括日供水量、供水保证率、水资源利用率；所述附加目标子系统的评价因子包括年发电量、年农业灌溉量、年生态下泄量。优选地，s5中，所述综合评价值为一个1×a阶的数据矩阵h，按照如下公式进行计算：其中，r为供水目标子系统评价因子的数据矩阵，m为水质目标子系统综合水质值的数据矩阵，n为运行情况子系统综合运行值的数据矩阵，s为附加目标子系统评价因子的数据矩阵，t为多水库水源综合评价系统的数据矩阵；gi为tij对应的权重，且tij为多水库水源供水系统中，在第j个水库中的第i个评价因子，hj为第j个水库的综合评价值，i≤8，j≤a；rij为供水目标子系统中，第j个水库中的第i个评价因子，，i≤3，j≤a；sij为附加目标子系统中，第j个水库中的第i个评价因子，i≤3，j≤a。优选地，s6中，所述确定多水源供水的先后顺序，具体为：对各水库的综合评价值由高到低进行排序，分别为j1,j2,j3…ja，其中j1＝maxhk(k＝1,2…a)，ja＝minhk(k＝1,2…a)，j1≥j2≥j3≥…≥ja；按照j1,j2,j3…ja的顺序进行供水。优选地，s6中，所述计算多水源的实际供水量，具体为：a个水库j1,j2,j3…ja对应的可供水量分别为ws1,ws2,ws3…wsa；a个水库同时供水的水厂的实际需水量为wd，a个水库的实际供水量分别为ws1',ws2',ws3'…wsa'，其中wsi'表示第i个水库的实际供水量，按照如下方法进行计算：如果ws1×j1+ws2×j2+…+wsi×ji>wd(1≤i≤a)，即各水库的可供水量可以按照综合评价信息供水，则各水库的实际供水量为如果ws1+ws2+…+wsa<wd，即各水库的可供水量之和不能满足水厂需水量，则各水库的实际供水量为wsi'＝wsi(1≤i≤a)；如果即各水库的可供水量可以按照综合评价信息供水、各水库的可供水量之和可以满足水厂需水量，则各水库的实际供水量为如果即部分水库的可供水量不能按照综合评价信息供水、各水库的可供水量之和可以满足水厂需水量，则，各水库的实际供水量为本发明的有益效果是：本发明实施例提供的基于综合评价信息的城市多水库水源水量分配方法，首先从水库供水目标、水质目标、运行情况和附加目标等四个方面构建多水库水源综合评价系统，确定四个评价子系统的评价因子，并计算水质目标子系统的综合水质值、运行情况子系统的综合运行值以及多水库水源供水系统的综合评价值，进而确定多水库水源联合供水的先后顺序和实际供水量，其中，在筛选水质评价因子时，采用主成分分析法，客观选取影响水质目标的评价因子；采用综合评价法和模糊评价法，分别计算水质目标子系统的综合水质值和运行情况子系统的综合运行值；基于综合评价值的多水库水源水量分配方法，可以减少人为主观因素影响，为多水库水源供水的先后顺序和实际供水量提供科学依据。附图说明图1是本发明提供的基于综合评价信息的城市多水库水源水量分配方法流程示意图；图2是三水库水源向单水厂供水示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，本发明实施例提供的基于综合评价信息的城市多水库水源水量分配方法，包括如下步骤：步骤一、构建多水库水源综合评价系统。采用层次分析法，从目标层、准则层和指标层这三个层次，考虑水库承担的功能、水库的运行情况、水库的水质指标等方面，构建由供水目标子系统、水质目标子系统、运行情况子系统和附加目标子系统等四个子系统组成的水库综合评价系统。步骤二、确定水质目标子系统的评价因子并计算综合水质值。参照《地表水环境质量评价方法(试行)》常用的21项水质监测指标，筛选水质目标子系统的评价因子。采用主成分分析法，筛选累计贡献率大于85％的主成分(水质指标)，即认为这几个主成分(水质指标)为水库水质目标子系统的评价因子。假设有a个水库，每个水库有b个水质监测指标(b≤21)，水质目标子系统的监测指标构成一个b×a阶的数据矩阵x，见式(1)，其中xij表示在水质目标子系统中，在第j个水库中的第i个水质监测指标。对于式(1)的数据矩阵，可以先进行标准化处理，运用spss分析软件，得出各监测指标的相关性矩阵、特征值、主成分贡献率和累计贡献率等。筛选之后b个水质监测指标变成c个水质监测指标(c≤b)，即这c个水质监测指标即为水质目标子系统的评价因子，构成了一个c×a阶的数据矩阵z，见式(2)，其中zij表示在水质目标子系统第j个水库中的第i个评价因子。采用综合评价法，确定水质目标子系统评价因子的权重，c个评价因子的权重分别为q1,q2,q3…qc，其中qi为第i个评价因子的权重，水质目标子系统的综合水质值，构成了一个1×a阶的数据矩阵m，见式(3)，其中m1a表示第a个水库的综合水质值。步骤三、确定运行情况子系统的评价因子并计算综合运行值。参照《水库大坝安全评价导则(sl258-2000)》，考虑到多水库水源作为城市原水水源的情况，选取水库的运行管理、维修养护、安全监测、环境现状等四个方面作为运行情况子系统的评价因子，构成了一个4×a阶的数据矩阵w，见式(4)：采用模糊评价法，确定运行情况子系统评价因子的权重，4个评价因子的权重分别为p1,p2,p3,p4，其中pi为第i个评价因子的权重，运行情况子系统的综合运行值，构成了一个1×a阶的数据矩阵n，见式(5)，其中n1a表示第a个水库的综合运行值：步骤四、确定供水目标子系统和附加目标子系统评价因子。目前，水库供水的主要考核目标包括日供水量、供水保证率、水资源利用率；此外，水库在向水厂供水之外，还承担发电、生态补水和农业灌溉等功能，在此基础上确定两个子系统的评价因子。其中，供水目标子系统的评价因子包括日供水量、供水保证率、水资源利用率；附加目标子系统的评价因子包括年发电量、年农业灌溉量、年生态下泄量。供水目标子系统的评价因子，构成了一个3×a阶的数据矩阵r，见式(6)；附加目标子系统的评价因子，构成了一个3×a阶的数据矩阵s，见式(7)。步骤五、计算多水库水源供水系统的综合评价值。基于供水目标子系统评价因子的数据矩阵r、水质目标子系统综合水质值的数据矩阵m、运行情况子系统综合运行值的数据矩阵n和附加目标子系统评价因子的数据矩阵s，构成了一个多水库水源综合评价系统的数据矩阵t，见式(8)所示。采用熵权法，确定多水库水源综合评价系统中各评价指标的权重，8个评价指标的权重分别为g1,g2,g3…g8，其中gi为第i个评价指标的权重，a个水库的综合评价值，构成了一个1×a阶的数据矩阵，见式(9)所示：步骤六、确定多水源供水先后顺序和计算多水源实际供水量。a个水库的综合评价值分别为h1,h2,h3…ha，对各水库的综合评价值由高到低进行排序，分别为j1,j2,j3…ja，其中j1＝maxhk(k＝1,2…a)，ja＝minhk(k＝1,2…a)，j1≥j2≥j3≥…≥ja。那么，a个水库的供水先后顺序是：j1,j2,j3…ja，此时对应的a个水库的可供水量分别为ws1,ws2,ws3…wsa；假定a个水库同时向某座水厂供水，水厂的实际需水量为wd，a个水库的实际供水量分别为ws1',ws2',ws3'…wsa'，其中wsi'表示第i个水库的实际供水量，可以按照如下方法进行计算：(1)如果ws1×j1+ws2×j2+…+wsi×ji>wd(1≤i≤a)，即各水库的实际供水量可以按照综合评价信息供水，此时各水库的实际供水量为(2)如果ws1+ws2+…+wsa<wd，即各水库的可供水量之和不能满足水厂需水量，此时各水库的实际供水量为wsi'＝wsi(1≤i≤a)；(3)如果即各水库的可供水量可以按照综合评价信息供水、各水库的可供水量之和可以满足水厂需水量，此时各水库的实际供水量为(4)如果即部分水库的可供水量不能按照综合评价信息供水、各水库的可供水量之和可以满足水厂需水量，前提条件为包括两种情况：①当i∈[1,b]时，即水库的可供水量不能按照水库按照综合评价信息进行供水，此时水库实际供水量wsi'＝wsi；②当i∈[b+1,a]时，即水库的可供水量可以按照水库按照综合评价信息进行供水，此时水库实际供水量综上所述，当时，此时水库的实际供水量为以3座水库向1座水厂供水为例(如图2所示)，水库的名称分别为水库1、水库2、水库3，水厂的名称为水厂4。水库1、2、3的可供水量分别为a、b、c，综合评价值分别为x、y、z，水厂4的需水量为d。表1三水库水源供水基本情况表水库名称可供水量(万吨/天)综合评价系数实际供水量(万吨/天)水库1axa’水库2byb’水库3czc’在上述情况下，多水源的实际供水量包括如下几种情况：(1)当时，此时a+b+c≤d，即水库可供水量小于水厂需水量，此时水库1、水库2、水库3的水全部用来供水，根据x、y和z的大小，确定供水的先后顺序，那么水库的实际供水量为：(2)当a+b+c>d时，即水库可供水量大于水厂需水量，除了满足水厂需水之外，此时水库1、水库2、水库3的可供水量有剩余。具有以下几种情况：(2-1)时，表明各水库可供水量充足，可以满足按照综合评价值的比例向水厂供水，此时实际供水量为当(2-1)式不成立时，此时可以分为两种情况：式子①、②、③中有一个公式不成立，或者两个公式不成立。(2-2)假设①成立，②、③不成立时，即水库1可以按照综合评价值供水，水库2、水库3不能按照综合评价值供水。此时此时水库2、水库3全部供水，即水库的实际供水量为同理可以推出②成立，①、③不成立；③成立，①、②不成立的情况。(2-3)有两个公式成立时，假设①、②成立，③不成立时，即水库1、水库2可以按照综合评价值供水，水库3不能按照综合评价值供水。此时水库3的水量全部用来供水，c'＝c，则水库1、水库2的实际供水量为a'+b'＝d-c，那么水库1、水库2的实际供水量需要按照综合评价值重新进行可供水量分配，此时需要比较与a、与b的关系：[i]若此时此时水库的实际供水量为[ii]若此时b全部用来供水，b'＝b，a'＝d-c-b，此时水库的实际供水量为[iii]若此时a全部用来供水，a'＝a，b'＝d-c-a，此时水库的实际供水量为同理可以推出①、③成立，②不成立；②、③成立，①不成立的情况。总结：综上所述，当供水水源为3个时，共存在14种分析情况，8种解集结果，三水库水源供水的具体分析情况和解集结果可如表2所示。表2三水库水源供水分析情况与解集结果当供水水源为1个时，共存在2种分析情况，2种解集结果。当供水水源为2个时，共存在4种分析情况，4种解集结果。当供水水源为3个时，共存在14种分析情况，8种解集结果。当供水水源为4个时，共存在76种分析情况，16种解集结果。以此类推，当供水水源为n个时，共存在种分析情况，2n种解集结果，可如表3所示。表3多水库水源向单水厂供水分析情况与解集结果通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的基于综合评价信息的城市多水库水源水量分配方法，首先从水库供水目标、水质目标、运行情况和附加目标等四个方面构建多水库水源综合评价系统，确定四个评价子系统的评价因子，并计算水质目标子系统的综合水质值、运行情况子系统的综合运行值以及多水库水源供水系统的综合评价值，进而确定多水库水源联合供水的先后顺序和实际供水量，其中，在筛选水质评价因子时，采用主成分分析法，客观选取影响水质目标的评价因子；采用综合评价法和模糊评价法，分别计算水质目标子系统的综合水质值和运行情况子系统的综合运行值；基于综合评价值的多水库水源水量分配方法，可以减少人为主观因素影响，为多水库水源供水的先后顺序和实际供水量提供科学依据。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
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的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。当前第1页12