一种水利工程生态调度方案的优化方法与流程

本发明涉及水利工程，具体为一种水利工程生态调度方案的优化方法。

背景技术：

1、水利工程是指为了解决水资源的开发、利用和管理问题而进行的工程建设和技术实施，它涉及水资源的收集、储存、分配和利用的各个方面，旨在满足人们的用水需求、保障农田灌溉、防治水灾、发展水力发电以及提供生态环境保护等目标。

2、现有申请公布号为cn115619120a，名称为一种面向恢复天然水文情势的水库调度方法的专利中指出的技术方案包括：基于调度图概化的直接优化方法将水库分为四个区；建立水库调度优化模型的目标函数，包括生态目标函数和经济社会供水目标函数；确定水库调度优化模型的约束条件，包括水库水量平衡方程、水库库容约束、优化变量约束和各变量非负约束；求解水库调度优化模型，优化水库调度参数；选定水库调度规则方案；根据所选的最优调度方案，绘制水库调度图并构建水库调度规则，实现面向恢复天然水文情势的水库优化调度；可降低水利工程对河流产生的负面影响，恢复河流天然的水文情势，使水库调度运行带来的社会经济和生态效益最大化；

3、另有授权公布号为cn113065980b，名称为一种面向河流生态需水的多水源优化配置方法的专利中指出的技术方案包括对进行区域划分后的各分区采用遗传算法进行水资源供需平衡计算，得到各分区配置水量；计算河流节点之间的渗透损失量；采用动态规划算法对水库进行优化调节计算，得到水库出库径流量；演算各控制断面生态水量和河流渗漏量；构建多目标优化模型，并进行求解；生成不同分区水资源配置方案及水库调度方案；其通过区域间水资源的合理配置和水利工程优化调度，生成不同情景下的水资源配置方案及水库调度方案，减少河流补水沿线下渗水量，保障下游断面的生态需水，从而提高河流补水效率，减少引外调水水量及补水成本，进而能够产生明显的生态效益和经济效益。

4、然而，针对上述专利结合现有技术，在对水利工程进行生态调度时，通常需要通过决策者人为去判定该水利工程是需要考虑经济效益或是环境效益，继而完成后续的调度作业，传统在进行生态调度操作时往往在看重经济效益的情况下，无节制的对环境造成破坏，从而造成环境效益为负值，甚至无法修复，对生态环境造成了极大的伤害，即使在选定所需的调度方案后，由于对方案的有效性无法进行持续监测，若是方案无效，则后续无法继续为工作人员提供调整或调度的依据。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种水利工程生态调度方案的优化方法，根据水利工程所处地区的收支数据，评估得出当地对于水利工程的建设方向，并根据评估结果自动选取适配的对应方案，在保证一定环境基础的前提下，实现相应的调度处理，并在选定方案后二次判定方案的有效性，确保获取的评估值能够为工作人员提供调整或调度的依据，解决了背景技术中提出的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种水利工程生态调度方案的优化方法，包括如下步骤：

6、获取水利工程所属地区的收支数据和水利工程的实时状态数据；

7、建立包括约束条件和目标函数的优化模型，根据经济效益和环境效益的侧重平衡，获取三类优化方案，分别为侧重经济效益的方案一、侧重环境效益的方案二以及兼顾经济效益与环境效益的方案三；

8、搭建计算对比模型，提取并计算水利工程所属地区的收支数据中总收入和总支出的差值，并将差值与预设的第一阈值和第二阈值做出对比，依据对比结果选定方案；

9、选定目标方案后，在目标方案内继续运行数据分析模型，计算对应评估值的最大值，并与实际对应的评估值进行对比，获取最大值与对应评估值之间的偏差值，若是偏差值未超过预定阈值，则继续执行该方案，若是偏差值超过预定阈值，则发出预警信号。

10、进一步的，水利工程的实时状态数据包括实时水流量、实时水位、实时灌溉量以及实时发电量；实时水流量和实时水位的获取方式为：通过在水下安装水位和流量传感器获取；实时灌溉量的获取方式为：利用可视化遥感技术获取到农田的影像数据；结合图像处理软件，进行图像解译和分类，区分出灌溉农田的区域；采用像素计数法，计算图像中灌溉农田的像素数，结合已知分辨率即可计算得到农田被灌溉后的面积，即为实际灌溉量；实时发电量的获取方式为：通过发电机组监测设备获取发电机组的发电数据，累计各个发电机组在同一时刻获取的发电量总和，即为获取实时发电量。

11、进一步的，方案一的具体实现方式为：

12、目标函数设置：引入相关指标为实时灌溉量和实时发电量，建立数据分析模型，对实时灌溉量和实时发电量进行无量纲化处理后，生成经济效益评估值epz，所依据的公式如下：

13、

14、式中，t为时段变量，t为时段总数，δt为计算时段小时数，nt表示在t时段内的经济效益评估系数，gzt为t时段内的灌溉量均值，fdt为t时段内的发电量均值，α、β分别为灌溉量均值和发电量均值的预设比例系数，且α>β>0，α+β＝2.17；其中的灌溉量均值gzt为t时段内实时灌溉量累加后的平均值，发电量均值fdt为t时段内实时发电量累加后的平均值；

15、约束条件设置：设置的限制条件为最小水流量和最大水位变化范围。

16、进一步的，方案二的具体实现方式为：

17、目标函数设置：引入相关指标为实时水流量和实时水位，建立数据分析模型，对实时水流量和实时水位进行无量纲化处理后，生成环境效益评估值hpz，所依据的公式如下：

18、

19、式中，t为时段变量，t为时段总数，δt为计算时段小时数，ft表示在t时段内的环境效益评估系数，slt为t时段内的水流量均值，wst为t时段内的水位均值，γ、δ分别为水流量均值和水位均值的预设比例系数，且γ>δ>0，γ+δ＝2.23，其中的水流量均值slt为t时段内实时水流量累加后的平均值，水位均值wst为t时段内实时水位累加后的平均值；

20、约束条件设置：设置的限制条件为最小发电量和最小灌溉量。

21、进一步的，方案三的具体实现方式为：

22、目标函数设置：引入相关指标为方案一和方案二中未设置约束条件下获取的经济效益评估值epz和环境效益评估值hpz，基于数据分析模型，以生成综合效益评估值zhpz，所依据的公式如下：

23、

24、式中，ac、ar分别为经济效益评估值和环境效益评估值的预设比例系数，且ac>ar>0，ac+ar＝2.01，g为常数修正系数；

25、约束条件设置：设置的限制条件为成本最大限制值和污染物最大排放量。

26、进一步的，将差值与预设的第一阈值和第二阈值做出对比后，且第一阈值＜第二阈值，若是差值≤第一阈值，则选用方案一，若是第一阈值＜差值＜第二阈值，则选用方案三，若是差值≥第二阈值，则选用方案二。

27、(三)有益效果

28、本发明提供了一种水利工程生态调度方案的优化方法，具备以下有益效果：

29、1、根据水利工程所处地区的收支数据，评估得出当地对于水利工程的建设方向，并根据评估结果自动选取适配的对应方案，在保证一定环境基础的前提下，实现相应的调度处理，体现了整体方案设计的灵活性，并满足实际的需求；

30、2、在选定所需的优化方案后，通过将实际对应的评估值与对应最大的评估值进行差值计算，使获取的偏差值与预定阈值完成对比，根据对比结果能够直观、准确的得出对应方案是否有效，继而对根据实际情况选定的方案进行二次判定，确保获取的评估值能够为工作人员提供调整或调度的依据，避免选定到无效的方案。