一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法与流程

本发明涉及水利与环境科学，特别涉及一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法。

背景技术：

1、流域水环境污染具有多途径、多尺度、复杂性和非线性特征，流域水环境综合治理必须坚持山水林田湖草沙共同体理念，必须对全流域污染风险进行精准控制。

2、现有技术中，首先根据流域特征提出一系列待选的措施，再结合水环境模型和优化算法，通过单级优化直接在全流域层面筛选出效率最高且成本最低的水环境治理措施布置方案。

3、上述现有技术存在的缺陷是：通过单级优化来筛选水环境治理措施布置方案工作量大，导致流域水环境综合治理措施布置方案在全流域层面的优化速度较慢且精确性较低。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法。

2、本发明实施例提供一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法，包括：

3、收集目标流域与水环境相关的基础数据，根据基础数据将目标流域划分为若干个子流域，再将每个子流域划分为若干个水文响应单元；

4、建立流域水质与流域污染负荷的动态关联模型，在动态关联模型中根据各个子流域和各个水文响应单元的水质得到对应的污染负荷；

5、根据污染负荷的高低程度在子流域和水文响应单元分别实施不同的水环境治理措施，并构建水环境治理措施的措施评估模型；

6、在水文响应单元上通过措施评估模型进行第一级优化确定对应子流域的最优水环境治理措施布置方案，即子流域pareto前沿；通过措施评估模型进行第二级优化，将各子流域pareto前沿进行组合得到目标流域整体的最优水环境治理措施布置方案。

7、另外的，所述基础数据包括：目标流域的空间数据和属性数据；

8、所述空间数据包括地面高程数据、流域水系、土地覆被数据、土壤数据；

9、所述属性数据包括气象数据、水文数据、水文地质数据、取/排水数据、污染源分布数据、农业管理数据、水质监测数据。

10、另外的，所述划分目标流域包括：

11、通过数字高程模型dem和河流水系初步将目标流域划分为若干个初始子流域，通过swat模型创建每个子流域边界和对应河段的矢量文件；

12、修正每个子流域边界和对应河段的矢量文件，重新梳理矢量文件字段中的子流域和河段的上下游关系得到若干个最终子流域；

13、通过swat模型为每个最终子流域创建若干个水文响应单元。

14、另外的，所述建立动态关联模型包括：

15、建立流域水文水质模型，用于模拟流域尺度的产汇流和污染物迁移转化过程；

16、建立流域水动力水质模型，用于模拟流域水质演变过程；

17、建立所述流域水文水质模型与所述河湖水动力水质模型的动态关联模型，所述动态关联模型输出每个所述子流域和所述水文响应单元的污染负荷。

18、另外的，所述措施评估模型包括适用性评估模块、环境评估模块和成本评估模块；

19、适用性评估模块用于从土地利用类型、土壤类型、坡度、污染负荷强度、占地面积评估水环境治理措施的适用性；

20、环境评估模块用于建立措施参数与模型参数的对应关系，采用所述动态关联模型评估所述水环境治理措施的环境改善功效；

21、成本评估模块从建设成本和管理维护成本两方面建立与所述水环境治理措施参数的量化关系：

22、

23、其中，tc为措施总成本，cc为工程措施的建设成本，cl2为工程措施占地造成的一次性成本，s为利率，dl为措施的生命周期，rmc为工程措施每年的维护费用比例，ca为非工程措施每年的实施成本，cl1为工程措施所占用的土地每年的机会成本。

24、另外的，所述第一级优化的公式为：

25、min＝wqi

26、

27、x(i,j)∈ψ

28、其中，wqi表示子流域i出口的污染物浓度，tc(i,j)表示子流域i中措施j的实施成本，x(i,j)表示子流域i中措施j的空间布置方案。

29、另外的，所述第二级优化的公式为：

30、min＝wq

31、

32、x(i,j)∈ωi

33、wqk≤wqk,obj

34、其中，wq表示流域出口的污染物浓度；ωi表示第一级优化得出的子流域i的最优措施布置方案；控制单元k的出口污染物浓度wqk不应高于控制目标wqk,obj。

35、本发明实施例提供的上述一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法，与现有技术相比，其有益效果如下：

36、通过将目标流域划分为若干个子流域和水文响应单元，并分别实施不同的水环境治理措施，并构建水环境治理措施的措施评估模型；在水文响应单元上通过措施评估模型进行第一级优化确定对应子流域的最优水环境治理措施布置方案，即子流域pareto前沿；再通过第二级优化组合各子流域的pareto前沿得到目标流域整体的最优水环境治理措施布置方案，相较于单级优化，大幅度提高流域水环境综合治理措施布置方案在全流域层面的优化速度。

技术特征：

1.一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法，其特征在于，所述基础数据包括：目标流域的空间数据和属性数据；

3.如权利要求1所述的一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法，其特征在于，所述划分目标流域包括：

4.如权利要求1所述的一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法，其特征在于，所述建立动态关联模型包括：

5.如权利要求1所述的一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法，其特征在于，所述措施评估模型包括适用性评估模块、环境评估模块和成本评估模块；

6.如权利要求1所述的一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法，其特征在于，所述第一级优化的公式为：

7.如权利要求1所述的一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法，其特征在于，所述第二级优化的公式为：

技术总结
本发明公开了一种流域水环境治理措施布置方案的两级优化方法，其涉及水利与环境科学技术领域。包括：收集目标流域的基础数据，构建措施评估模型，将目标流域划分为若干个子流域，再将每个子流域划分为若干个水文响应单元；在水文响应单元上通过第一级优化确定对应子流域的最优水环境治理措施布置方案，通过第二级优化对各子流域的Pareto前沿进行组合得到目标流域整体的最优水环境治理措施布置方案。本发明相较于单级优化，大幅度提高流域水环境综合治理措施在全流域层面的优化速度以及精准性。

技术研发人员：王岩,刘园,周晓平,翟敏婷,张维纳,李桂伊,薛树红
受保护的技术使用者：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22