一種城市景觀河道整治的經濟優化設計方法
2023-05-29 05:32:51 1
專利名稱：一種城市景觀河道整治的經濟優化設計方法
技術領域：
本發明涉及城市景觀河道整治方法，特別是一種城市景觀河道整治的經濟優化設計方法。
背景技術：
城市河道是城市生態系統的重要組成部分，對城市河道進行綜合治理，對於維護城市生態平衡、優化城市景觀、改善人居環境具有重要意義。傳統的城市河道整治模式主要著眼於行洪排澇的要求，進行河道疏浚和護岸建設，多採用河道的直線化或渠道化以及混凝土化的治理模式，而忽略了河道的生態景觀功能。近年來，隨著經濟社會的發展和居民生活水平的提高，關於生態景觀河道的理念與體系開始逐步建立，城市河道治理的目標，也從單一的修復行洪排澇功能目標，逐漸發展成為包括修復行洪排澇功能、改善水體汙染、重塑濱水景觀環境以及構建生態循環系統等多元目標。目前，生態景觀河道治理雖有一定的技術與理念，但是並沒有形成系統的通用模式，這就導致了一條河道生態治理的成功方式並不一定適應於另一條河道，此外，河道治理項目多，包括瀉洪、排澇、蓄水、引清、景觀、生態、航運等等，由於沒有一種綜合評價分析的體系方法，使得項目目標互相干涉，並且由於設計時未能綜合考慮，只關注了河道治理後的生態景觀功能，忽略了治理過程中經濟成本問題，導致總體治理成本很高。
發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種通過建立河道斷面整治經濟優化數學模型達到城市景觀河道整治收益最大化的經濟優化設計方法。本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是一種城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，包括如下步驟步驟一對現狀河道分段，根據各河段斷面結構數據，分析河段功能是否滿足要求，確定需要整治的河段及其斷面整治型式；步驟二 根據斷面整治型式確定決策變量，根據規劃及標準確定約束條件，並以河道整治收益為目標函數建立河道斷面整治經濟優化數學模型；步驟三採用優化算法對數學模型進行模擬計算，獲取決策變量的優選值。還包括將模擬計算結果與實際經驗值相比較，反饋修正數學模型參數的步驟。步驟一中所述數據分析包括對河道過流能力、景觀功能以及生態功能的現狀數據分析。所述優化算法為遺傳算法。步驟二中所述約束條件包括水力指標約束條件、生態指標約束條件和景觀指標約束條件。所述水力指標約束條件包括斷面自身約束條件、擴寬擴深加高約束條件、收縮約束條件、邊坡約束條件、堤岸銜接約束條件、底坡銜接約束條件和水位約束條件。
所述生態約束條件和所述景觀約束條件轉化為流速約束條件、流量約束條件以及水位約束條件。步驟二中所述目標函數數學表達式為Y (X) =Hiax {B (x) _C (x)}，式中Y (x)為河道治理收益，B(X)為河道治理效益，C(X)為河道治理成本。所述河道治理效益包括節約土地效益，其數學表達式為
權利要求
1.一種城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，其特徵在於，包括如下步驟步驟一對現狀河道分段，根據各河段斷面結構數據，分析河段功能是否滿足要求，確定需要整治的河段及其斷面整治型式；步驟二 根據斷面整治型式確定決策變量，根據規劃及標準確定約束條件，並以河道整治收益為目標函數建立河道斷面整治經濟優化數學模型；步驟三採用優化算法對數學模型進行模擬計算，獲取決策變量的優選值。
2.根據權利要求1所述的城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，其特徵在於，還包括將模擬計算結果與實際經驗值相比較，反饋修正數學模型參數的步驟。
3.根據權利要求1所述的城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，其特徵在於，步驟一中所述數據分析包括對河道過流能力、景觀功能以及生態功能的現狀數據分析。
4.根據權利要求1所述的城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，其特徵在於，所述優化算法為遺傳算法。
5.根據權利要求1所述的城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，其特徵在於，步驟 ~■中所述約束條件包括水力指標約束條件、生態指標約束條件和景觀指標約束條件。
6.根據權利要求5所述的城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，其特徵在於，所述水力指標約束條件包括斷面自身約束條件、擴寬擴深加高約束條件、收縮約束條件、邊坡約束條件、堤岸銜接約束條件、底坡銜接約束條件和水位約束條件。
7.根據權利要求5所述的城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，其特徵在於，所述生態約束條件和所述景觀約束條件轉化為流速約束條件、流量約束條件以及水位約束條件。
8.根據權利要求1所述的城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，其特徵在於，步驟二中所述目標函數數學表達式為Y(x)=max{B(X)-C(X)}，式中Y(X)為河道治理收益，B(x) 為河道治理效益，C(x)為河道治理成本。
9.根據權利要求8所述的城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，其特徵在於，所述河道治理效益包括節約土地效益，其數學表達式為β = B'吃 +BpJ/2]產1,式中，B表示節約土地效益，B1表示水平方向單位面積土地效益，Bp表示斷面P河岸收縮距離，Lp表示斷面P與下一斷面距離，η為整治河道斷面數。
10.根據權利要求8所述的城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，其特徵在於，所述河道治理成本的數學表達式為n—I/ C' I C \ —It1-l 7 I rJn-\C = (C1+C2)*X LiiMt'""叫 + C3 - YiBm + Βιιι+ι) /2 +C4* Σ - - + 2 * ^Lm * C5m=lm=lm=l^m=\'- 」 式中，C表示河道治理成本，C1表示橫斷面單位體積挖方成本，C2表示單位體積土運輸成本，C3表示沿水平方向單位長度挪堤、建堤成本，C4表示沿高程方向單位距離挪堤、建堤成本，C5表示沿河道縱剖面方向單位距離邊坡整治成本，Sffl表示斷面擴挖面積，Bffl表示斷面水平方向挪堤建堤距離，Zm表示沿高程方向挪堤建堤距離，1^表示斷面m與下一斷面距離，η 為整治河道斷面數。
全文摘要
本發明公開了一種城市景觀河道整治的經濟優化設計方法，包括如下步驟步驟一對現狀河道分段，根據各河段斷面結構數據,分析河段功能是否滿足要求，確定需要整治的河段及其斷面整治型式；步驟二根據斷面整治型式確定決策變量，根據規劃及標準確定約束條件，並以河道整治收益為目標函數建立河道斷面整治經濟優化數學模型；步驟三採用優化算法對數學模型進行模擬計算，獲取決策變量的優選值。本發明通過構建耦合了水力、景觀、生態等多種治理目標的數學模型，通過計算機模擬計算，得到最優化的決策變量值，從而使治理的收益達到最大，適於城市景觀河道整治規劃設計。
文檔編號G06Q10/04GK103020741SQ201210574930
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者練繼建, 徐奎, 馬超, 張雅卓 申請人:天津大學