水資源優(yōu)化配置的多目標(biāo)模型求解

孫紅娟+張力峰

摘要：水資源優(yōu)化配置就是對(duì)現(xiàn)有水資源做科學(xué)的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用和管理。文章闡述了水資源配置多目標(biāo)優(yōu)化模型及其求解方法。

關(guān)鍵詞：水資源優(yōu)化配置；多目標(biāo)優(yōu)化模型；求解方法

中圖分類號(hào)：TV21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 1674-0432（2014）-13-25-11 水資源多目標(biāo)優(yōu)化的概念

多目標(biāo)優(yōu)化配置從水資源的可持續(xù)利用、開(kāi)發(fā)、管理和保護(hù)出發(fā)，既考慮現(xiàn)實(shí)又顧及長(zhǎng)遠(yuǎn)，對(duì)現(xiàn)有水資源進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，使水資源的配置盡可能最理想。多目標(biāo)優(yōu)化配置包括五層含義：優(yōu)化區(qū)域特定；優(yōu)化以可持續(xù)、公平、高效為原則；優(yōu)化的最終目標(biāo)是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和水資源可持續(xù)利用；優(yōu)化配置對(duì)象為特定區(qū)域內(nèi)的所有可利用水資源；優(yōu)化配置由非工程措施和工程措施共同實(shí)現(xiàn)[1]。

2 多目標(biāo)優(yōu)化模型建立

多目標(biāo)優(yōu)化模型由決策因子、優(yōu)化目標(biāo)、目標(biāo)函數(shù)和約束條件共同組成，三者具有一定的函數(shù)關(guān)系[2]。

2.1 決策因子與優(yōu)化目標(biāo)

決策因子由特定區(qū)域內(nèi)的地形地貌、水源個(gè)數(shù)、用水需求個(gè)數(shù)確定。若將用水區(qū)域分為n個(gè)分區(qū)，那么決策因子的數(shù)量就等于n×分區(qū)水源個(gè)數(shù)×分區(qū)用水需求。

優(yōu)化目標(biāo)的確定由經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)、環(huán)境效益目標(biāo)和社會(huì)效益目標(biāo)組成。經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)就是通過(guò)優(yōu)化配水，使區(qū)域內(nèi)的直接經(jīng)濟(jì)效益最大；環(huán)境效益目標(biāo)就是優(yōu)化配水不破壞區(qū)域環(huán)境，水質(zhì)污染指標(biāo)最低，環(huán)境污染程度最低；社會(huì)效益目標(biāo)就是供水區(qū)域缺水程度最低，用戶對(duì)供水效果滿意程度最高。

2.2 優(yōu)化模型函數(shù)、目標(biāo)函數(shù)與約束條件

包括了三個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的水資源優(yōu)化配置模型函數(shù)為：

MaxF(x)= Max[f1(x)，f2(x)，f3(x)]

Min F(x)= Min[f1(x)，f2(x)，f3(x)]

經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)函數(shù)、環(huán)境效益目標(biāo)函數(shù)和社會(huì)效益目標(biāo)函數(shù)分別為：

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為了確保三個(gè)目標(biāo)函數(shù)的值最大限度地滿足優(yōu)化目標(biāo)，還必須對(duì)水源可供水量、輸水能力、用戶需水量、區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展等條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)丶s束和修正。這些約束條件分別為：

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3 多目標(biāo)優(yōu)化模型求解

多目標(biāo)優(yōu)化模型是一個(gè)多變量、非線性的模型，其求解有一定的難度。為了簡(jiǎn)化求解，我們采用了逐漸逼近的方法，即先進(jìn)行分區(qū)求解，分區(qū)優(yōu)化。再在分區(qū)求解的基礎(chǔ)上，反復(fù)協(xié)調(diào)各分區(qū)求解結(jié)果，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)果最佳。

3.1 分區(qū)求解

將區(qū)域分解為k個(gè)分區(qū)，用已知的分區(qū)水源、預(yù)定的用水需求及約束條件，進(jìn)行分區(qū)優(yōu)化。優(yōu)化采用多目標(biāo)遺傳算法。第k分區(qū)的多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化公式為：

Fk（xk）= [f1k （xk），f2k （xk），f3k （xk）]

3.2系統(tǒng)協(xié)調(diào)

分區(qū)求解得到的解已經(jīng)是相對(duì)優(yōu)化的可行的解，但對(duì)整個(gè)區(qū)域來(lái)講，它們不是最優(yōu)解。因此，需要對(duì)各分區(qū)解進(jìn)行系統(tǒng)綜合協(xié)調(diào)，進(jìn)而得到全區(qū)域最優(yōu)解。協(xié)調(diào)公式與協(xié)調(diào)約束如下：

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參考文獻(xiàn)

[1]李淑芹,高偉,耿志勇.區(qū)域水資源優(yōu)化配置模型應(yīng)用研究[J].山東水利,2009,(1):28-29.

[2]杜守建，崔振才.區(qū)域水資源優(yōu)化配置與利用[M].鄭州:黃河水利出版社,2009.

作者簡(jiǎn)介：孫紅娟，本科學(xué)歷，吉林省防汛機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)，助理工程師，研究方向：水利水電工程施工管理。