兼顾人类和生态需求的供水型水库调度图优化确定方法

摘要

一种兼顾人类和生态需求的供水型水库调度图优化确定方法，首先确定河流最小生态需水量，并选取AAPFD指数衡量河流水文情势的扰动程度，建立了最小生态需水和水库调度曲线相结合的水库调度规则，然后分别确定水库调度的生态效益目标和社会经济效益目标度量方法，并采用折衷规划法将社会经济效益目标和生态效益目标转化为一个生态社会经济总效益目标，采用遗传算法对调度图的参数进行优化，得出水文情势扰动程度在阈值范围内的能使生态社会经济总效益最大的最优调度图。该发明能保证水库的运行不会造成河流生态系统的剧烈退化，并使水库运行带来的社会经济和生态的综合效益最大化。

主权项

1.一种兼顾人类和生态需求的供水型水库调度图优化确定方法，其计算步骤如下：（1）采用Tennant法确定河流最小生态需水量（2）采用AAPFD指数衡量河流水文情势扰动程度，并将AAPFD指数小于5作为河流水文情势扰动的阈值；AAPFD指数的定义如下：式中，M表示时间序列的年数，C_kj表示第j年第k月的实际流量，N_kj表示第j年第k月的天然流量，表示第j年的平均天然月径流量；（3）将最小生态需水量和水库调度曲线相结合，制定以下的水库调度措施：a)当水库水位高于上调度曲线时，通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度曲线水位，并向用水户提供规划的水量，此时如果水库的实际下泄流量低于河流最小生态需水时，需要加大下泄以满足最小生态需水的要求；b)当水库水位位于上调度曲线和下调度曲线之间时，水库正常供水，此时如果水库的实际下泄流量低于河流最小生态需水，加大下泄，以满足最小生态需水的要求；c)当水库水位位于下调度曲线和关键调度曲线之间时，水库供水减小α%，同样，水库最小下泄流量需满足河流最小生态需水；d)当水库水位位于关键调度曲线和死库容线之间时，水库供水减小β%，水库最小下泄流量也需满足河流最小生态需水；e)当水库水位低于死库容线时，水库不供水也不下泄；其中α和β为参数，并且0<α<β<100；（4）确定水库调度的生态效益目标、社会经济效益目标和生态社会经济总效益目标的度量方法采用AAPFD指数度量水库调度的生态效益目标，采用SI指数度量水库调度的社会经济效益目标，采用折衷规划法，将生态和社会经济双目标转化为单目标，作为水库调度的生态社会经济总效益目标；SI指数指数的定义如下：式中wd_j为第j年的缺水量，dw_j为第j年的规划供水量；（5）确定水库调度图参数的约束条件，其中需优化的参数为下调度曲线的水位高度参数X₁、X₂ ，时间参数T₁、T₂、T₃、T₄，关键调度曲线的水位高度参数X₃、X₄，时间参数T₅，T₆，T₇，T₈；上调度曲线事先通过模拟的方式得到，并保持不变；约束条件如下：MAXlevel>X₁>X₂MAXlevel>X₁>X₃X₂>X₄>MINlevelX₃>X₄>MINlevel1≤T₁<T₂<T₃<T₄≤361≤T₅<T₆<T₇<T₈≤36式中，MAXlevel和MINlevel分别为水库最高和最低允许水位；（6）五次运用遗传算法，确定兼顾人类和生态需求的供水型水库的最优调度图前四次采用遗传算法，对参数X_i(i=1,2,3,4)和T_j(j=1,2,…,8)同时进行优化，分别以SI值、AAPFD值、SI值的倒数和AAPFD值的倒数最大化作为目标，对各种群个体对应的调度图按照步骤（3）中制定的水库调度规则进行水库调度模拟，分别得出SI、AAPFD、SI的倒数和AAPFD的倒数最大值，作为水库调度图的最差点和理想点的四个坐标值；在确定了这四个坐标值的基础上，第五次运用遗传算法时，以提高水库调度的生态和社会经济综合效益为目标，对各种群个体对应的调度图按照步骤（3）中制定的水库调度规则进行水库调度模拟，当某一种群个体对应的AAPFD值超出阈值时，令该个体的适应度值为0，进而确定最终的兼顾人类和生态需求的供水型水库的最优调度图。