一種水資源開發利用控制紅線的動態管理方法與流程

2023-06-09 13:05:32 2

本發明涉及水資源管理領域，具體涉及一種水資源開發利用控制紅線的動態管理方法。
背景技術：
：水資源開發利用控制紅線是最嚴格水資源管理制度的重要組成，目前的水資源開發利用控制紅線反映了在多年平均條件下對用水總量的約束，針對的是多年平均來水頻率情境，不同來水頻率中水資源開發利用控制紅線的適應性管理以及用水總量控制指標核算研究是當前水資源管理中的研究熱點，也是實行最嚴格水資源管理制度的重要科技需求。在目前實踐當中，對於不同來水頻率，在水資源開發利用控制紅線的執行和考核過程中，採取的主要措施是對代表多年平均水平的水資源開發利用控制紅線進行調整，用調整後的用水總量指標對當前的取用水量進行考核。然而，從對用戶取用水行為的約束性上來說，即使設定了不同來水頻率下的用水總量控制指標，如果沒有徑流預報措施，則只能在年底對用水總量進行考核，對當年實際發生的取用水過程的約束性極為有限，導致水資源開發利用控制紅線的適應性和約束性大大降低。有鑑於此，急需提高水資源開發利用控制紅線在水資源管理過程中的適應性和約束性。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是如何有效的提高水資源開發利用控制紅線在水資源管理過程中的適應性和約束性問題。為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是提供一種水資源開發利用控制紅線的動態管理方法，包括以下步驟：對歷史徑流數據進行聚類分析，並確定當前月份徑流所屬的聚類，在不同來水頻率用水總量初始指標庫中，選取當前月份徑流所屬聚類對應的來水頻率下的用水總量初始指標，作為當前月份的初始用水指標；採用序貫決策方法，在當前月份結束後，根據當前月份的實際徑流和歷史徑流數據，預報下一月份的徑流，並確定下一月份的初始用水指標；將當前月份的初始用水指標與實際用水量作差得到的盈餘量順延至下一月份，與下一月份的初始用水指標相加，作為下一月份的最終預報用水總量控制指標。在上述技術方案中，採用模糊c均值聚類算法對歷史徑流數據進行聚類分析，各聚類組成聚類中心。在上述技術方案中，在所述聚類中心的基礎上，採用逐月相關係數分析的方法，利用以下公式確定所述當前月份徑流所屬聚類對應的來水頻率：r=Σi=1n(Xi-X)(Yi-Y)Σi=1n(Xi-X)2Σi=1n(Yi-Y)2]]>式中，X為實測歷史徑流過程，Y為每一個聚類對當前月份的徑流過程，n為採用的歷史徑流的月份個數，n＝4；通過計算歷史徑流過程與各聚類的相關係數，根據相關係數最大的聚類確定所述當前月份徑流所屬的來水頻率。在上述技術方案中，所預報年份的所述不同來水頻率用水總量初始指標庫的確定過程包括以下步驟：基於水資源配置模型，根據區域內水庫的調蓄能力、需水水平、不同來水頻率和所述當前月份徑流所屬聚類對應的來水頻率，在典型來水頻率用水總量控制指標庫中選取對應來水頻率下的用水總量控制指標，作為所述當前月份的用水總量初始指標。在上述技術方案中，在所述當前月份結束後，根據所述當前月份出入境斷面的實測流量，利用面向用水總量控制的水循環模擬技術覆核所述當前月份的實際用水量。在上述技術方案中，所述聚類包括豐水年、平水年、偏枯年和特枯年。在上述技術方案中，所述當前月份為預報年份的起始月份時，所述當前月份的初始用水指標為所述當前月份的最終預報用水總量控制指標。本發明在徑流模糊聚類預報以及來水頻率預報的基礎上，結合不確定性動態系統優化決策方法，通過建立逐月來水頻率預報模型，覆核各月實際用水量對逐月的初始用水指標進行滾動修正，實現了預報加覆核的雙向約束下逐月用水總量控制指標的序貫決策，實現了逐月用水總量控制指標的彈性管理，能夠在水資源管理過程中有效地提高水資源開發利用控制紅線的適應性和約束性，具有很高的實用價值。附圖說明圖1為本發明實施例提供的一種水資源開發利用控制紅線的動態管理方法流程圖；圖2為本發明實施例提供的具體實現方法流程圖。具體實施方式針對水資源開發利用控制紅線在不同來水頻率的適應性管理問題，本發明將水資源開發利用控制紅線管理的過程概化為序貫決策過程，體現出水資源管理系統的動態性、水資源管理系統下一時段的隨機性以及決策的序貫型，具體地，本發明在徑流模糊聚類預報以及來水頻率預報的基礎上，結合不確定性動態系統優化決策方法，通過建立逐月來水頻率預報模型，覆核各月實際用水量對逐月的初始用水指標進行滾動修正，實現了預報加覆核的雙向約束下逐月用水總量控制指標的序貫決策，實現了逐月用水總量控制指標的彈性管理，能夠在水資源管理過程中有效地提高水資源開發利用控制紅線的適應性和約束性，具有很高的實用價值。下面結合說明書附圖和具體實施方式對本發明做出詳細的說明。本發明實施例提供了一種水資源開發利用控制紅線的動態管理方法，如圖1所示，具體包括以下步驟：S1、對歷史徑流數據進行聚類分析，並確定當前月份徑流所屬的聚類，在不同來水頻率用水總量初始指標庫中，選取當前月份徑流所屬聚類對應的來水頻率下的用水總量初始指標，作為當前月份的初始用水指標。S2、採用序貫決策方法，在當前月份結束後，根據當前月份的實際徑流和歷史徑流數據，預報下一月份的徑流，並確定下一月份的初始用水指標。S3、將當前月份的初始用水指標與實際用水量作差得到的盈餘量順延至下一月份，與下一月份的初始用水指標相加，作為下一月份的最終預報用水總量控制指標。在上述步驟S1中，採用模糊c均值聚類算法對歷史徑流數據進行聚類分析，將歷史逐月徑流數據劃分為四類，分別為豐水年、平水年、偏枯年及特枯年四個聚類的聚類中心，用於判斷未來月份的徑流所屬的來水頻率，由於徑流聚類預報需要從上個年度的最後四個月開始，所以模糊c均值聚類算法是從上一年度的9月至當年的12月，算法收斂後，得到如表1所示的聚類中心。表1.聚類中心。在聚類中心的基礎上，採用逐月相關係數分析的方法，利用以下公式來確定當前月份徑流所屬聚類對應的來水頻率：r=Σi=1n(Xi-X)(Yi-Y)Σi=1n(Xi-X)2Σi=1n(Yi-Y)2]]>式中，X為實測歷史徑流過程，Y為每一個聚類對當前月份的徑流過程，n為採用的歷史徑流的月份個數，本方案採用歷史徑流的月份個數為4，所以式中n＝4；通過計算歷史徑流過程與四個聚類的相關係數，根據相關係數最大的聚類來確定當前月份徑流所屬的來水頻率。所預報年份的不同來水頻率用水總量初始指標庫的確定過程包括以下步驟：基於水資源配置模型，根據區域內水庫的調蓄能力、需水水平、不同來水頻率和當前月份徑流所屬聚類對應的來水頻率，在典型來水頻率用水總量控制指標庫中選取對應來水頻率下的用水總量控制指標，作為當前月份的用水總量初始指標。當年不同來水頻率用水總量初始指標庫如表2所示，該表用於在當年用水條件下，確定不同來水頻率的逐月用水總量初始指標。考慮水資源開發利用控制紅線是一種約束性控制指標，所以在豐水年份，水資源充足的情況下，不再單獨設定豐水年的水資源開發利用控制紅線，而採用平水年的水資源開發利用控制紅線作為約束。表2.不同來水頻率用水總量初始指標庫。月份平水年75％95％1月2.202.382.072月2.202.382.073月2.642.852.484月3.083.332.905月3.523.803.316月3.964.283.727月3.964.283.728月3.964.283.729月3.523.803.3110月3.083.332.9011月2.642.852.4812月2.202.382.07在上述步驟S3中，在當前月份結束後，根據當前月份出入境斷面的實測流量，利用面向用水總量控制的水循環模擬技術覆核當前月份的實際用水量，核算當前月份的初始用水指標與實際用水量作差得到的盈餘量，將盈餘量順延至下一月份，並與下一月份的初始用水指標相加得到下一月份的最終預報用水總量控制指標，如表3所示，為逐月來水頻率預報、初始用水指標、實際用水量和預報用水總量控制指標的滾動修正結果。表3.逐月來水頻率預報、初始用水指標、實際用水量和預報用水總量控制指標的滾動修正結果。從表3可以看出，預報用水總量控制指標隨著根據來水頻率預報確定的初始用水指標和實際用水量的產生而發生變化，7月之前實際用水量小於初始用水指標，所以最終的預報用水總量控制指標不斷與盈餘量相加而增加，並且在後期用水量較大並超過初始用水指標的時段，由於對預報用水總量控制指標不斷的修正，也保障了當年用水量處於用水總量控制指標的範圍內。現對本方案的實現方法進行舉例說明，如圖2所示，具體包括以下步驟：S101、以上一年度9、10、11和12月份的徑流數據為初始數據。S102、預報當年1月份的徑流，採用模糊c均值聚類算法對9、10、11和12月份的徑流數據進行聚類分析，得到聚類中心。S103、在聚類中心的基礎上，採用逐月相關係數分析的方法，確定當年1月份徑流所屬聚類對應的來水頻率。S104、在不同來水頻率用水總量初始指標庫中選擇對應來水頻率下當年1月份的用水總量初始指標。S105、將對應來水頻率下當年1月份的用水總量初始指標作為1月份的初始用水指標。S106、在當年1月份結束後，根據1月份的實際徑流，結合上一年度10、11、12月份徑流數據，滾動預報2月份的徑流，並確定2月份初始用水指標。S107、同時根據1月份初始用水指標(即1月份的最終預報用水總量控制指標)與1月份實際用水量之間的差值得到1月份的盈餘量。S108、將1月份的盈餘量順延至2月份，並與2月份初始用水指標相加，作為2月份的最終預報用水總量控制指標。之後依次類推，當每個月份結束後，確定下一個月份的預報用水總量控制指標。本方案利用基於徑流聚類預報與出入境斷面覆核雙向約束的時程滾動修正的序貫決策方法，根據歷史徑流觀測資料以及實際用水量的監測數據，滾動確定年內逐月的預報用水總量控制指標，徑流聚類預報可以在一定可信度上對當月的來水頻率做出預知，是實現不同來水頻率下用水總量控制的基礎，基於耗水控制的水資源配置技術則可以對典型來水頻率用水總量控制指標庫進行指標分解，形成不同來水頻率用水總量初始指標庫，將其與徑流聚類預報相結合，提升了水資源開發利用控制紅線的適應性，使其不止局限於年末的指標考核，而是在每個月實時用水行為的約束中發揮了作用。本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下作出的結構變化，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護範圍之內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp